專利名稱：基于浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量融合的間斷流路段行程時間估計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于智能交通技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及交通流誘導(dǎo)和管理領(lǐng)域中的行程時間估計與預(yù)測，更具體地說，涉及一種基于浮動車和流量數(shù)據(jù)融合的間斷流路段行程時間估計方法。
背景技術(shù)：
間斷交通流(Interrupted Flow)是指交通流設(shè)施有引起交通流周期性間斷的固定元素，這些元素包括交通信號、停車標(biāo)志和其他類型的管制設(shè)備。不管有多少交通量存在，這些設(shè)備都會引起交通周期性停止(或顯著減慢)，也就是說道路上行駛的交通流因外界因素，如道路交叉口、標(biāo)志或信號的原因，而停駛中斷的流動體。一般來說，城市地面道路上的交通流為間斷流。行程時間預(yù)測值指下一個(多個)時段內(nèi)，某路段(或路徑)的行程時間，它是智能交通服務(wù)和管理中的一個重要參數(shù)，可以直接應(yīng)用于路徑誘導(dǎo)、交通控制與組織、交通狀態(tài)判別等多方面。行程時間估計值指當(dāng)前時段內(nèi)，某路段(或路徑)的行程時間，行程時間估計值是行程時間預(yù)測研究中的一個關(guān)鍵輸入?yún)?shù)，因此行程時間估計具有重要的研究價值。由于間斷流受到交通信號等管制設(shè)備的影響，其交通狀態(tài)具有復(fù)雜多變的時空特性，因此間斷流行程時間的估計一直以來都是一個研究難點。浮動車(Floating Car),也被稱作“探測車(Probe car)”,是近年來國際智能交通系統(tǒng)(ITS)中采用的獲取道路交通信息的先進(jìn)技術(shù)手段之一。浮動車數(shù)據(jù)采集技術(shù)具有安裝成本低、維護(hù)簡易、高效、實時、自動化水平高、檢測參數(shù)全面等優(yōu)點，得到大量推廣應(yīng)用。目前各大城市都建立了 ITS平臺并配置了大量的基于出租車或公交車的浮動車設(shè)備，其采集到的交通信息數(shù)據(jù)可以應(yīng)用于間斷流平均行程時間估計。其基本原理是在浮動車上配備GPS接收裝置，以一定的采樣間隔記錄車輛的三維位置坐標(biāo)和時間數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)傳入計算機(jī)后與地理信息系統(tǒng)(GIS)的電子地圖相結(jié)合，經(jīng)過重迭分析計算出車輛的瞬時速度及其所經(jīng)過道路的行程時間和行程速度等交通擁堵信息。如果在城市中部署足夠數(shù)量的浮動車，并將這些浮動車的位置數(shù)據(jù)通過無線通訊系統(tǒng)定期、實時地傳輸?shù)揭粋€信息處理中心，由信息中心綜合處理，就可以獲得整個城市內(nèi)間斷流的動態(tài)、實時的道路的行程時間和行程速度等交通擁堵信息。傳統(tǒng)的浮動車路段平均行程時間進(jìn)行估計方法為首先估計每輛浮動車樣本的路段行程時間，然后對浮動車全體樣本的行程時間進(jìn)行算術(shù)平均得到路段平均行程時間。在間斷流上，浮動車樣本量具有很大的時空分布不均勻性，因此，在很多時段內(nèi)路段上的浮動車樣本量很小，導(dǎo)致浮動車路段平均行程時間估計值的誤差很大。與浮動車數(shù)據(jù)不同，線圈數(shù)據(jù)是一種斷面數(shù)據(jù)(包括斷面流量、斷面占有率、斷面瞬時速度等信息)，單純依靠線圈數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確估計路段行程時間。目前，我國大中城市普遍采用的線圈數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括SCATS和SCOOT兩種。
SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System:悉尼協(xié)調(diào)自適應(yīng)交通系統(tǒng))是由澳大利亞新南威爾士道路和交通局(RTA)于20世紀(jì)70年代末研制成功的。從1980年起陸續(xù)在悉尼等城市安裝使用。目前，世界上大約有50個城市正在運行SCATS系統(tǒng)，我國的上海、沈陽、杭州、南京、廣州市等城市也使用了 SCATS系統(tǒng)。其中，SCATS檢測器安裝在停車線。SCOOT (Split Cycle Offset Optimizing Technique),即綠信比、周期、相位差優(yōu)化技術(shù)，作為UTC軟件的加模塊，在UTC系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)真正的實時自適應(yīng)交通控制系統(tǒng)。二十世紀(jì)80年代初引入中國，成都、大連、北京等城市用SC00T，其中，SCOOT檢測器的環(huán)形線圈埋設(shè)在上游交叉路口的出口。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷和不足，基于浮動車數(shù)據(jù)和SCATS流量數(shù)據(jù)，引入浮動車樣本覆蓋率指標(biāo)，以該指標(biāo)為參考指標(biāo)，挖掘歷史數(shù)據(jù)，提出一種基于浮動車和線圈數(shù)據(jù)融合的間斷流路段行程時間估計方法。 本發(fā)明的解決方案是一種間斷流路段平均行程時間估計方法，目標(biāo)路段上同時具有浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量數(shù)據(jù)，通過融合目標(biāo)路段上的浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量，對路段平均行程時間進(jìn)行估計；以浮動車樣本量除以線圈流量作為浮動車樣本覆蓋率指標(biāo)，以該指標(biāo)為參考確定路段平均行程時間估計值。進(jìn)一步，以浮動車樣本覆蓋率為參考確定路段平均行程時間估計是指假如浮動車樣本覆蓋率大于等于5%，則利用當(dāng)前浮動車數(shù)據(jù)進(jìn)行路段平均行程時間估計；假如浮動車樣本覆蓋率小于5%，挖掘當(dāng)前路段、歷史同時段的數(shù)據(jù)(包括浮動車數(shù)據(jù)和線圈數(shù)據(jù))，找到一個具有最大浮動車樣本覆蓋率的時段，把該時段的浮動車路段平均行程時間估計值當(dāng)作是當(dāng)前時段的路段平均行程時間估計值。采用直接法估計當(dāng)前時段內(nèi)通過目標(biāo)路段每輛浮動車的行程時間，然后把所有浮動車樣本的行程時間進(jìn)行算術(shù)平均得到路段平均行程時間估計值。所述直接法利用路段邊界兩側(cè)GPS定位點的位置坐標(biāo)，采用內(nèi)插的方式估算車輛經(jīng)過路段邊界的時刻，進(jìn)而計算單輛浮動車的路段行程時間。所述的間斷流路段平均行程時間估計方法包括如下步驟(I)對路段每個時段內(nèi)采集到的浮動車樣本量和線圈流量進(jìn)行統(tǒng)計，假如時段i。
內(nèi)的浮動車樣本量為Iiv線圈流量為Np則時段的浮動車樣本覆蓋率為(2)假如時段ic內(nèi)浮動車樣本覆蓋率大于等于5%，則利用該時段內(nèi)的浮動車樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行平均行程時間估計；(3)假如時段i。內(nèi)浮動車樣本覆蓋率小于5%，挖掘當(dāng)前路段、歷史同時段的數(shù)據(jù)(浮動車和線圈數(shù)據(jù))，找到一個具有最大浮動車樣本覆蓋率的時段，把該時段的浮動車平均行程時間估計值當(dāng)作時段h的平均行程時間估計值。所述步驟(I)包括
①修正GIS地圖坐標(biāo)；②預(yù)處理浮動車數(shù)據(jù)；其中包括a)數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)清理例程試圖填充缺失的值，光滑噪聲并識別離群點，糾正數(shù)據(jù)中的不一致；b)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或統(tǒng)一成適合于挖掘的形式；③把浮動車數(shù)據(jù)匹配到GIS地圖上；④提取浮動車樣本量；其中包括a)選取滿足直接法估計條件的浮動車GPS點對；b)統(tǒng)計這些GPS點對的數(shù)量。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明能有效融合浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量數(shù)據(jù)，其路段行程時間估計值的準(zhǔn)確度要優(yōu)于傳統(tǒng)浮動車路段行程時間估計值和線圈路段行程時間估計值的準(zhǔn)確度，在智能交通服務(wù)和交通管理等方面具有重要的意義。本發(fā)明中采用的方法和技術(shù)簡單易行，運行條件容易滿足，易于在大中型城市中推廣應(yīng)用。


圖I是本發(fā)明的方法流程示意圖。
圖2是路段行程時間估計直接法示意圖。
圖3是路段的定義不意圖。
圖4是SCATS下的線圈檢測器布設(shè)示意圖。
圖5是目標(biāo)路段的上游交叉口示意圖。
圖6是目標(biāo)路段的下游交叉口示意圖。
圖7是SCOOT下的線圈檢測器布設(shè)圖。
圖8是目標(biāo)路段的上游交叉口示意圖。
圖9是目標(biāo)路段的下游交叉口示意圖。
具體實施方式
為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
本發(fā)明所使用的單車浮動車行程時間估計方法是“直接法”。
傳統(tǒng)的浮動車路段平均行程時間進(jìn)行估計方法為首先利用直接法估計每輛浮動車樣本的路段行程時間，然后對浮動車全體樣本的行程時間進(jìn)行算術(shù)平均得到路段平均行程時間。
直接法的基本原理是利用路段邊界兩側(cè)GPS定位點的位置坐標(biāo)，采用內(nèi)插的方式
估算車輛經(jīng)過路段邊界的時刻，進(jìn)而計算單車路段行程時間(見圖2)。該方法假設(shè)在路段邊界兩側(cè)GPS定位點之間車輛是勻速行駛的。 假設(shè)車輛在相鄰GPS定位點之間保持勻速直線行駛，可以按照下式來計算路段斷面的通過時刻
權(quán)利要求
1.一種間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于 目標(biāo)路段上同時具有浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量數(shù)據(jù)，融合目標(biāo)路段上的浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量，對路段平均行程時間進(jìn)行估計； 以浮動車樣本量除以線圈流量作為浮動車樣本覆蓋率指標(biāo)，以該指標(biāo)為參考確定路段平均行程時間估計值。
2.如權(quán)利要求I所述的間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于以浮動車樣本覆蓋率為參考確定路段平均行程時間估計是指 假如浮動車樣本覆蓋率大于等于5%，則利用當(dāng)前浮動車數(shù)據(jù)進(jìn)行路段平均行程時間估計； 假如浮動車樣本覆蓋率小于5%，挖掘當(dāng)前路段、歷史同時段的數(shù)據(jù)，包括浮動車數(shù)據(jù)和線圈數(shù)據(jù)，找到一個具有最大浮動車樣本覆蓋率的時段，把該時段的浮動車路段平均行程時間估計值當(dāng)作是當(dāng)前時段的路段平均行程時間估計值。
3.如權(quán)利要求I所述的間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于采用直接法估計當(dāng)前時段內(nèi)通過目標(biāo)路段每輛浮動車的行程時間，然后把所有浮動車樣本的行程時間進(jìn)行算術(shù)平均得到路段平均行程時間估計值。
4.如權(quán)利要求3所述的間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于所述直接法利用路段邊界兩側(cè)GPS定位點的位置坐標(biāo)，采用內(nèi)插的方式估算車輛經(jīng)過路段邊界的時亥IJ，進(jìn)而計算單輛浮動車的路段行程時間。
5.如權(quán)利要求I所述的間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于包括如下步驟 (1)對路段每個時段內(nèi)采集到的浮動車樣本量和線圈流量進(jìn)行統(tǒng)計，假如時段L內(nèi)的浮動車樣本量為Hi ,線圈流量力N則時段i。的浮動車樣本覆蓋率為 1C1C1C (2)假如時段i。內(nèi)浮動車樣本覆蓋率大于等于5%，則利用該時段內(nèi)的浮動車樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行平均行程時間估計； (3)假如時段i。內(nèi)浮動車樣本覆蓋率小于5%，挖掘當(dāng)前路段、歷史同時段的數(shù)據(jù)，包括浮動車和線圈數(shù)據(jù)，找到一個具有最大浮動車樣本覆蓋率的時段，把該時段的浮動車平均行程時間估計值當(dāng)作時段h的平均行程時間估計值。
6.如權(quán)利要求5所述的間斷流路段平均行程時間估計方法，其特征在于所述步驟(I)包括 ①修正GIS地圖坐標(biāo)； ②預(yù)處理浮動車數(shù)據(jù)； 其中包括 a)數(shù)據(jù)清洗數(shù)據(jù)清理例程試圖填充缺失的值，光滑噪聲并識別離群點，糾正數(shù)據(jù)中的不一致； b)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或統(tǒng)一成適合于挖掘的形式； ③把浮動車數(shù)據(jù)匹配到GIS地圖上； ④提取浮動車樣本量； 其中包括a)選取滿足直接法估計條件的浮動 車GPS點對；b)統(tǒng)計這些GPS點對的數(shù)量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種間斷流路段平均行程時間估計方法，目標(biāo)路段上同時具有浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量數(shù)據(jù)，通過融合目標(biāo)路段上的浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量，對路段平均行程時間進(jìn)行估計；以浮動車樣本量除以線圈流量作為浮動車樣本覆蓋率指標(biāo)，以該指標(biāo)為參考，結(jié)合歷史同時段數(shù)據(jù)的挖掘，確定路段平均行程時間估計值。本發(fā)明能有效融合浮動車數(shù)據(jù)和線圈流量數(shù)據(jù)，其路段行程時間估計值的準(zhǔn)確度要優(yōu)于傳統(tǒng)浮動車路段行程時間估計值和線圈路段行程時間估計值的準(zhǔn)確度，在智能交通服務(wù)和交通管理等方面具有重要的意義。本發(fā)明中采用的方法和技術(shù)簡單易行，運行條件容易滿足，易于在大中型城市中推廣應(yīng)用。
文檔編號G08G1/01GK102930718SQ20121035632
公開日2013年2月13日 申請日期2012年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月20日
發(fā)明者楊曉光, 李慧兵 申請人:同濟(jì)大學(xué)