本發(fā)明屬于交通規(guī)劃和交通管理與控制領域，具體涉及一類掉頭車輛和轉向限制的道路交叉口流量流向推算方法。
背景技術：
：近年來，交通擁堵及交通事故等諸多交通現(xiàn)象成為制約我國城市發(fā)展的主要問題，而交叉口作為交通網(wǎng)絡的瓶頸，是導致這一系列交通問題的根源所在。道路交叉口流量流向是進行交叉口控制方式確定、幾何設計、匝道設計和信號方案設置等工作的重要參數(shù)依據(jù)，對交叉口的流量及流向特征做出合理、準確的預測，對整個道路網(wǎng)絡的管理與控制具有重要的現(xiàn)實意義，是解決城市交通問題的關鍵。對于交通網(wǎng)絡現(xiàn)狀交通量調(diào)查，路段交通量可以通過檢測系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)得到，而轉向交通量則需要通過交叉口流向觀測獲得，進行交叉口流向觀測相當復雜，尤其是多路交叉口和環(huán)形交叉口；對于交通網(wǎng)絡未來交通量預測，各種交通分配算法一般都將重點放在路段交通量上，無法獲得交叉口的轉向流量，通過人工觀測獲取道路交叉口未來交通各個轉向流量更是無處談及。為了避免通過費時、費力、高成本的人工調(diào)查方式來獲取現(xiàn)狀道路交叉口各轉向流量及準確推算未來道路交叉口各轉向流量，豐富城市虛擬交通系統(tǒng)測試平臺中城市交通管理控制可視量化測試功能，優(yōu)化城市道路網(wǎng)絡的交叉口交通管理與控制策略，一種利用容易獲取的道路交叉口進、出口交通量并綜合考慮交叉口掉頭車輛比例及轉向限制管理信息來推算交叉口各個轉向交通量的技術就顯得尤為必要。本發(fā)明為此提出了一類考慮掉頭車輛和轉向限制的道路交叉口流量流向推算方法。技術實現(xiàn)要素：為解決上述問題，本發(fā)明公開了一類掉頭車輛和轉向限制的道路交叉口流量流向推算方法，避免通過傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式來獲取道路交叉口轉向流量，節(jié)約調(diào)查費用，利用道路交叉口進口道和出口道流量數(shù)據(jù)，通過迭代的方法準確獲取城市道路交叉口各個轉向流量，用于更好地服務于城市道路交通規(guī)劃與管理。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：一類掉頭車輛和轉向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步驟：(a)通過道路檢測和監(jiān)控系統(tǒng)獲取路段現(xiàn)狀交通流量或者通過交通需求預測獲取路段未來交通流量；這里包括如下四個參數(shù)：道路交叉口編號k，k交叉口進、出口道數(shù)目r[k]，k交叉口i進口道總流量oi，k交叉口j出口道總流量dj，(i，j＝1，2，…，r[k])；若研究目的為獲取道路交叉口現(xiàn)狀各個轉向流量值，則需要通過道路檢測和監(jiān)控系統(tǒng)獲取交通路網(wǎng)各路段單向現(xiàn)狀交通流量；若研究目的為獲取道路交叉口未來各個轉向流量值，則需要通過交通需求預測獲取交通路網(wǎng)各路段單向未來交通流量。(b)獲取道路交叉口歷史資料，包括各進口道掉頭車輛比例和交叉口轉向限制管控方案；這里包括如下兩個參數(shù)：k交叉口i進口道掉頭車輛比例pui，k交叉口轉向限制管控方案t(i，j)＝0(禁止進口道i轉向出口道j)，(i，j＝1，2，…，r[k])。(c)檢查道路交叉口進口道流量和與出口道流量和是否滿足平衡條件，不平衡的交叉口進行流量校正；一般來說，車輛不能在道路交叉口停留，這也就要求交叉口各進口道交通量之和與各出口道交通量之和相等，均等于交叉口總交通量。對道路交叉口進口道流量和與出口道流量和進行檢查和校正的步驟包括：(c1)判斷道路交叉口進口道流量和與出口道流量和是否相等；這里包括如下兩個參數(shù)：交叉口進口道交通量∑in進i，交叉口出口道交通量∑jn出j；(c2)進口道流量和與出口道流量和不相等的交叉口進行流量校正；流量校正的步驟包括：(c21)計算交叉口進口道流量和減去出口道流量和的差值；(c22)根據(jù)等概率假設，各個進口道流量按其占全部進口道總流量的比例減去所述步驟(c21)中得到的差值的一半；(c23)根據(jù)等概率假設，各個出口道流量按其占全部出口道總流量的比例加上所述步驟(c21)中得到的差值的一半。(d)根據(jù)等概率假設，并考慮交叉口掉頭車輛和轉向限制，確定道路交叉口流量流向迭代初始值，包括如下步驟：(d1)假設由某一進口道轉向其他出口道的轉向車流量與相應出口道車流量成正比，確定迭代初始值1；對于進口i，其進口流量為n進i，掉頭車輛比例為pui，對于出口j，其出口流量為n出j，由下式來確定進口i各個轉向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d2)假設由其他進口道轉向某一出口道的轉向車流量與相應進口道車流量(扣除掉頭車輛)成正比，確定迭代初始值2；對于進口i，其進口流量為n進i，對于出口j，其出口流量為n出j，由下式來確定出口j各個轉向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算術平均值；(d4)跟據(jù)步驟(b)所獲取的道路交叉口轉向限制信息(禁止進口道i轉向出口道j)，將限制轉向的車流量t0(i，j)調(diào)整為0，確定最終的各轉向車流量迭代初始值。(e)利用增長系數(shù)法進行交叉口各個轉向交通量迭代運算，包括如下步驟：(e1)給定可以接受的精度要求；精度ε取值為0.0001或更小時已經(jīng)能夠滿足工程實踐的要求；(e2)選定一種增長系數(shù)算法進行交叉口流量流向迭代計算，包括如下步驟：(e21)令迭代次數(shù)m＝0；(e22)給定交叉口流量流向表中的ui、vj和x；(e23)確定當前交叉口流量流向表中和tm；(e24)求各進口道和各出口道交通量的增長率和(e25)求第m+1次各個轉向交通量的近似值(e26)收斂判定；(條件1)(條件2)式中：ui：i進口道總交通量；vj：j出口道總交通量；x：交叉口總交通量；i進口道駛向j出口道第m次迭代的交通量；i進口道第m次迭代的總交通量；j出口道第m次迭代的總交通量；tm：交叉口第m次迭代的總交通量；i進口道第m次迭代的增長系數(shù)；j出口道第m次迭代的增長系數(shù)；ε：任意給定的誤差常數(shù)；若收斂條件1和2滿足要求，則停止迭代；否則，令m＝m+1，返回步驟(e23)繼續(xù)迭代；(e3)滿足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的輸出結果即為交叉口流量流向推算結果。所述步驟(e2)中的增長系數(shù)算法，根據(jù)函數(shù)的種類不同，可以分為平均增長系數(shù)法、底特律法、福萊特法和佛尼斯法，下面分別講述：1、平均增長系數(shù)法平均增長系數(shù)法假定交叉口各個轉向交通量tij的增長系數(shù)是i進口道交通量和j出口道交通量增長系數(shù)的平均值。模型公式為：2、底特律法底特律法假定交叉口各個轉向交通量tij的增長系數(shù)與i進口道交通量和j出口道交通量增長系數(shù)之積成正比，與交叉口總交通量的增長系數(shù)成反比。模型公式為：3、福萊特法福萊特法假設交叉口各個轉向交通量tij的增長系數(shù)不僅與i進口道交通量增長系數(shù)和j出口道交通量增長系數(shù)有關，還與整個交叉口其他進、出口道交通量的增長系數(shù)有關。模型公式為：式中，li、lj分別為i，j進、出口道的位置系數(shù)。4、佛尼斯法佛尼斯法假設交叉口各個轉向交通量tij的增長系數(shù)與i進口道交通量增長系數(shù)和j出口道交通量增長系數(shù)都有關系。模型公式為：本發(fā)明的上述技術方案相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：(1)本發(fā)明利用比較容易獲取的道路交叉口進口道和出口道交通量，通過迭代的方法推算滿足精度要求的交叉口各個轉向交通量，避免了通過傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式來獲取道路交叉口轉向流量，節(jié)約了大量的調(diào)查費用。(2)本發(fā)明在推算交叉口各個轉向交通的過程中，對不滿足平衡條件的交叉口進口道和出口道流量進行校正，確定交叉口流量流向迭代初始值時考慮了掉頭車輛和交叉口轉向限制，提高了流量流向計算的精確度。(3)本發(fā)明總結了一類高效、實用而又精確的獲取城市道路交叉口各個轉向流量的方法，能夠很好地服務于城市道路交通規(guī)劃與管理，為城市虛擬交通系統(tǒng)測試平臺的建設提供了可靠的技術基礎。附圖說明圖1為本發(fā)明方法的流程圖；圖2為本發(fā)明中確定迭代初始值方法的流程圖；圖3為本發(fā)明中增長系數(shù)算法的流程圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式，進一步闡明本發(fā)明?！緦嵗恳阎乘穆方徊婵趯磉M、出口道預測交通流量表(表1)，其中進口道1和進口道3存在有5％的掉頭車輛，進口道2禁止轉向出口道3，進口道4禁止轉向出口道1，利用福萊特法求解該四路交叉口將來的交通流量流向表，設定收斂標準為ε＝1％。表1將來進、出口道交通流量表(單位：輛/小時)如圖1所示，一類考慮掉頭車輛和轉向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步驟：(a)通過道路檢測和監(jiān)控系統(tǒng)獲取路段現(xiàn)狀交通流量或者通過交通需求預測獲取路段未來交通流量；實例的研究目的是獲取道路交叉口未來各個轉向流量值，因此需要通過交通需求預測獲取交通路網(wǎng)各路段單向未來交通流量。道路交叉口編號為1，交叉口進、出口道數(shù)目r[1]＝4，交叉口i進口道總流量oi，交叉口j出口道總流量dj詳見表1(i，j＝1，2，3，4)。(b)獲取道路交叉口歷史資料，包括各進口道掉頭車輛比例和交叉口轉向限制管控方案；根據(jù)歷史資料，該交叉口進口道1和進口道3存在有5％的掉頭車輛，即pu1＝5％，pu3＝5％；進口道2禁止轉向出口道3，進口道4禁止轉向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0。(c)檢查道路交叉口進口道流量和與出口道流量和是否滿足平衡條件，不平衡的交叉口進行流量校正；一般來說，車輛不能在道路交叉口停留，這也就要求交叉口各進口道交通量之和與各出口道交通量之和相等，均等于交叉口總交通量。對道路交叉口進口道流量和與出口道流量和進行檢查和校正的步驟包括：(c1)判斷道路交叉口進口道流量和與出口道流量和是否相等；由表1第7列可知，該四路交叉口進口道交通量∑in進i和出口道交通量∑jn出j不滿足平衡關系，需要進行校正；(c2)進口道流量和與出口道流量和不相等的交叉口進行流量校正；流量校正的步驟包括：(c21)計算交叉口進口道流量和減去出口道流量和的差值；(c22)根據(jù)等概率假設，各個進口道流量按其占全部進口道總流量的比例減去所述步驟(c21)中得到的差值的一半；(c23)根據(jù)等概率假設，各個出口道流量按其占全部出口道總流量的比例加上所述步驟(c21)中得到的差值的一半。交叉口進、出口道交通量進行調(diào)整后得表2。表2平衡后將來進、出口道交通流量表(單位：輛/小時)(d)根據(jù)等概率假設，并考慮交叉口掉頭車輛和轉向限制，確定道路交叉口流量流向迭代初始值，如圖2所示，包括如下步驟：(d1)假設由某一進口道轉向其他出口道的轉向車流量與相應出口道車流量成正比，確定迭代初始值1；對于進口i，其進口流量為n進i，掉頭車輛比例為pui，對于出口j，其出口流量為n出j，由下式來確定進口i各個轉向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；該交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值計算后得表3；表3交叉口流量流向迭代初始值1(單位：輛/小時)(d2)假設由其他進口道轉向某一出口道的轉向車流量與相應進口道車流量(扣除掉頭車輛)成正比，確定迭代初始值2；對于進口i，其進口流量為n進i，對于出口j，其出口流量為n出j，由下式來確定出口j各個轉向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；該交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值計算后得表4；表4交叉口流量流向迭代初始值2(單位：輛/小時)進/出1234合計112947012965632458273008183551904312955271456302597487635798202215合計30311354324115489174(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算術平均值；采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值t0(i，j)，計算后得表5；表5交叉口流量流向迭代初始值(單位：輛/小時)進/出1234合計112951312825982523266407283371728313365851456822748480635088302039合計29351447303816179037(d4)跟據(jù)步驟(b)所獲取的道路交叉口轉向限制信息(禁止進口道i轉向出口道j)，將限制轉向的車流量t0(i，j)調(diào)整為0，確定最終的各轉向車流量迭代初始值；該交叉口進口道2禁止轉向出口道3，進口道4禁止轉向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0，將t0(2，3)和t0(4，1)均調(diào)整為0，確定交叉口流量流向最終迭代初始值t0(i，j)，計算后得表6。表6交叉口流量流向最終迭代初始值(單位：輛/小時)進/出1234合計11295131282598252326640033710003133658514568227484035088301233合計21291447231016177504(e)利用增長系數(shù)法進行交叉口各個轉向交通量迭代運算，包括如下步驟：(e1)給定可以接受的精度要求；本實例設定的精度要求為ε＝1％；(e2)選定福萊特法進行交叉口流量流向迭代計算，如圖3所示，包括如下步驟：(e21)求各進口道交通量增長系數(shù)各出口道交通量增長系數(shù)以及交叉口各轉向的位置系數(shù)表7進、出口道交通量增長系數(shù)和各轉向的位置系數(shù)表(e22)計算后得表8；表8第一次迭代交通流量流向表(單位：輛/小時)(e23)重新求各進口道交通量增長系數(shù)各出口道交通量增長系數(shù)以及交叉口各轉向的位置系數(shù)表9進、出口道交通量增長系數(shù)和各轉向的位置系數(shù)表(e24)收斂判定；由于和部分系數(shù)大于1％的誤差，因此需要重新進行迭代；(e25)計算后得表10；表10第二次迭代交通流量流向表(單位：輛/小時)od1234合計1152433148352025872113000422155231616505172607290140417144301860合計28991356309715498900(e26)重新求各進口道交通量增長系數(shù)各出口道交通量增長系數(shù)以及交叉口各轉向的位置系數(shù)表11進、出口道交通量增長系數(shù)和各轉向的位置系數(shù)表(e27)收斂判定；和的各項系數(shù)誤差均小于1％；(e3)滿足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的輸出結果表10即為該四路交叉口未來流量流向推算結果。應當指出，上述實例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護范圍之中。當前第1頁12