一種高速公路交通狀態(tài)判別方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高速公路交通狀態(tài)判別方法，用于高速公路交通管理與控制，屬 于智能交通研宄領域。
【背景技術】
[0002] 高速公路交通狀態(tài)判別是指利用高速公路主線斷面檢測器及出入口匝道檢測器 所獲取的交通流參數(shù)，建立表征高速公路交通流運行狀態(tài)主要指標的計算方法，進而對高 速公路交通流運行狀態(tài)進行分級判別。高速公路交通狀態(tài)的合理判別為城市交通管理者、 出行者的決策提供支持技術和參考信息，為交通管理者實時了解路網(wǎng)交通狀態(tài)變化的信 息，及時采取對策疏導交通、緩解擁擠、提升交通安全，發(fā)揮路網(wǎng)時空資源最大的效率奠定 基礎。
[0003] 現(xiàn)有的交通狀態(tài)估計方法有以下幾個缺點：（1)檢測器檢測的空間斷面、狀態(tài)估 計的空間單元、交通狀態(tài)發(fā)布的空間單元三者不一致，從而進行狀態(tài)估計和發(fā)布都沒有充 分利用檢測器信息；（2)交通狀態(tài)的隨機性影響沒有考慮，從而發(fā)布的信息穩(wěn)定性有待提 高；（3)相關方法過于復雜，很難在實踐中進行應用。
[0004] 基于此，為了更加準確地判斷高速公路交通運行效率與擁擠程度，需要建立一種 高效的高速公路交通狀態(tài)判別方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種高速公路交通狀態(tài)判別方法。該方法的基本思想是通 過路網(wǎng)布設的檢測器獲取交通流參數(shù)，經(jīng)過交通數(shù)據(jù)處理后，進而建立路網(wǎng)交通流運行狀 態(tài)指標計算方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的高速公路交通狀態(tài)判別方法包括：檢測器 數(shù)據(jù)處理、交通狀態(tài)的估計、狀態(tài)分級與判別。
[0006] 本發(fā)明的基本步驟如下：
[0007] cl、檢測器數(shù)據(jù)處理；
[0008] c2、高速公路交通狀態(tài)的估計；
[0009] c3、狀態(tài)分級與判別流程。
[0010] 步驟cl具體是：
[0011] 檢測器數(shù)據(jù)的采集和處理。
[0012] 每個主線斷面檢測器需要至少記錄每個車道每個采樣間隔內(nèi)交通流的平均速度 和流量。同時需要對數(shù)據(jù)進行相應的預處理，保證模型輸入數(shù)據(jù)的規(guī)范、標準。建議在高速 公路數(shù)據(jù)采集時，采用1分鐘作為基本的數(shù)據(jù)采樣間隔。同時，可以根據(jù)實際需要進行數(shù)據(jù) 的合并與調整，交通狀態(tài)的發(fā)布間隔可以是1分鐘的倍數(shù)。數(shù)據(jù)預處理主要包括流量和速 度數(shù)據(jù)。
[0013] 基本數(shù)據(jù)主要包括兩類：第η個基本顯示單元內(nèi)、第i條車道、以1分鐘為采樣間 隔下第kl采樣間隔的每車道檢測器流量q(n，i，(單位：veh/1 min)及第η個基本顯示 單元內(nèi)、第i條車道、以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的車輛速度平均值V (n，i，ki) (單位：km/h)。
[0014] 步驟c2的過程包括：
[0015] c21、高速公路交通狀態(tài)變量及其計算方法
[0016] 根據(jù)我國高速公路檢測器布設的基本情況，確定高速公路交通狀態(tài)顯示的基本單 元為2km。對交通流的宏觀描述需要定義在某一特定時間段及特定位置下的描述交通流平 均運行行為的變量。因此，需要對時間和空間進行離散化。離散的時間間隔可以用T來表 示。高速公路的顯示單元可以劃分為η個2千米長度的基本單元。每個基本單元在每個時 間間隔內(nèi)t = kT都可以用相應的宏觀交通流基本參數(shù)進行表示。
[0017] ①交通流密度：P n(k)(單位：veh/km/lane)。表示在kT時刻，第η個基本單元內(nèi) 車輛數(shù)除以基本單元的長度Δ π以及車道數(shù)λ m。
[0018] ②平均速度：vn(k)(單位：km/h)。表示在kT時刻，第η個基本單元內(nèi)所有車輛的 平均速度。
[0019] ③交通流量：qn(k)(單位：veh/h)。表示在時間段[kT, (k+l)T]內(nèi)，離開第η個基 本單元的車輛數(shù)除以時間間隔Τ。
[0020] 由于實際交通流的數(shù)據(jù)采集間隔為1分鐘，根據(jù)需要將數(shù)據(jù)進行加和得到任意采 樣間隔的交通流數(shù)據(jù)。其中，流量可以直接相加求和，而速度需要進行加權平均得到。
[0021] 設qd(n，i，k)表示第η個基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，在采樣間隔時間為T分鐘 情況下，第k個采樣間隔的檢測器流量（單位：veh/T min)。vd(n, i, k)表示第η個基本顯 示單元內(nèi)，第i條車道，第k個采樣間隔的平均速度（單位：km/h)。
[0022] 則該斷面交通流小時流量（單位veh/h)、斷面速度（單位km/h)及斷面周邊密度 (單位：veh/km/lane)的計算公式分別如下：
【主權項】
1. 一種高速公路交通狀態(tài)判別方法，其特征在于該方法包括以下步驟： Cl、檢測器數(shù)據(jù)處理；具體是：檢測器檢測到的原始數(shù)據(jù)據(jù)主要包括兩類：以1分鐘為 采樣間隔的每車道流量q (n, i, Ii1)及速度V (n, i, Ii1) ;qdl (n, i, Ii1)表示第η個基本顯示單元 內(nèi)，第i條車道，以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的檢測器流量；v dl (n，i，表示第η 個基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，以1分鐘為采樣間隔下第kl采樣間隔的車輛速度平均值； c2、尚速公路交通狀態(tài)的估計；具體是： c21、斷面交通三參數(shù)的估計； 設qd(n，i，k)表示第η個基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，在采樣間隔時間為T分鐘情況 下，第k個采樣間隔的檢測器流量；vd(n，i，k)表示第η個基本顯示單元內(nèi)，第i條車道，第 k個采樣間隔的平均速度； 則該斷面交通流小時流量為：
其中，λn為車道數(shù)； 斷面速度為：
斷面周邊密度為：
c22、交通三參數(shù)的平滑； 考慮到數(shù)據(jù)的波動特性，斷面檢測器三參數(shù)需要進行相應的平滑濾波處理進而應用于 交通狀態(tài)的估計；三參數(shù)的平滑濾波模型如下：
其中，01、02、03分別為平滑的三個參數(shù)，且01+0 2+03=1;三參數(shù)可以根據(jù)實際需 要進行設置，這里考慮β i= 〇. 2 ; β 2= 〇. 3 ; β 3= 〇. 5 ;; c23、狀態(tài)估計； 通過檢測器數(shù)據(jù)進行區(qū)段交通狀態(tài)的估計，主要分為兩種情況；第一種：當基本顯示 單元為第一個區(qū)段或最后一個區(qū)段時，其區(qū)段的交通狀態(tài)參數(shù)就等于該區(qū)段內(nèi)檢測器計算 得到的交通狀態(tài)參數(shù)；第二種：當區(qū)段前后都存在相應的狀態(tài)時，按如下方式進行： 將基本顯示單元η前半部分速度和基本顯示單元η后半部分速度分別表示為：
則基本顯示單元的運行速度為：
同理，需専對沄桿諫庶講桿平滑樸理，
c3、狀態(tài)分級與判別流程；具體是：根據(jù)高速公路交通流運行的特性，采用速度指標作 為衡量交通運行狀態(tài)的關鍵變量；根據(jù)實際情況設置三級或四級交通狀態(tài)分級標準；具體 的速度閾值結合實際數(shù)據(jù)及交通管理者的需求進行設置；
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種能夠對高速公路進行交通狀態(tài)估計的方法。現(xiàn)有高速公路交通負荷日益增加,道路的通行能力及服務水平顯著降低。本發(fā)明的基本思想是利用檢測器檢測的流量和速度數(shù)據(jù)，首先估計檢測器周圍的交通三參數(shù)，隨后根據(jù)顯示單元和檢測器的位置關系，得到不同區(qū)段進行加權估計，并依據(jù)區(qū)段交通參數(shù)進而加權得到顯示單元的交通狀態(tài)，最后利用閾值對交通狀態(tài)進行分級。本發(fā)明提供了一種高效的高速公路交通狀態(tài)判別方法，使有限的路網(wǎng)時空資源發(fā)揮最大的效率。
【IPC分類】G08G1-01, G08G1-052
【公開號】CN104658253
【申請?zhí)枴緾N201510081290
【發(fā)明人】金盛, 劉美岐, 王殿海, 付鳳杰, 馬東方, 祁宏生
【申請人】浙江大學
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年2月14日