CN103839411B

CN103839411B - 一种基于动态交通信息的事故影响范围分析方法

Info

Publication number: CN103839411B
Application number: CN201410105534.0A
Authority: CN
Inventors: 马洪; 雷利军; ***; 聂炜; 景泽涛; 单雅文; 王法岩; 荆长林; 万蔚; 于渊; 田启华; 张丹
Original assignee: CHINA AEROSPACE SYSTEMS ENGINEERING CORP
Current assignee: CHINA AEROSPACE SYSTEMS ENGINEERING CORP
Priority date: 2014-03-20
Filing date: 2014-03-20
Publication date: 2016-03-02
Anticipated expiration: 2034-03-20
Also published as: CN103839411A

Abstract

本发明提供一种基于动态交通信息的事故影响范围分析方法及***，所述方法包含：步骤101）判断路段是否发生拥堵，若路段当前通行能力小于路段实时流量，则路段发生拥堵，执行步骤102）；步骤102）计算拥堵启动波传递速度；计算拥堵波在任意路段i的传递时间：基于得到拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间估计事故影响范围、事故影响时间和拥堵传输路径。本发明采用动态交通数据结合路网数据实现了对城市道路交通事故影响范围的预测，可针对特定事故进行有针对性的预测。本发明以线圈、浮动车等数据作为预测的数据输入，这些数据具有较高的准确性，从而在预测数据依据上保证了本专利预测结果的准确性。

Description

一种基于动态交通信息的事故影响范围分析方法

技术领域

本发明涉及一种事故影响范围分析方法，具体涉及一种基于动态交通信息的事故影响范围分析***。

背景技术

随着我国机动车保有量的快速上升和基础设施建设趋于饱和，城市交通压力越来越大，交通流运行的稳定性也随之降低，城市道路交通事故的快速反应、处理对于城市交通的正常运行显得尤为重要。

目前，传统的城市道路交通事故处理方法主要是简单的发现事故、处理事故，对于事故的影响范围很难做出准确的判断和预警。如何快速准确的对事故地及周边路段影响范围进行预测，并在此基础上进行事故处理方案的制定，对于提高城市道路交通事故处理效率，降低交通事故影响具有重要作用。

专利【201010533022】给出了一种基于固定检测器的城市道路交通事故影响范围确定方法；专利【201120084414.9】给出了一种高速公路交通事故影响预测与控制***的实现方法；专利【201110231292.6】提出了一种基于交通波理论的高速公路事故影响范围的确定方法，用于在无出入口匝道的高速公路上发生交通事故后确定交通事故的时空影响范围。

城市道路交通事故影响范围的预测对于针对特定交通事故及时制定出有针对性的、高效的事故处理方案具有重要意义。但目前对于城市道路交通事故影响范围的预测还存在一定的弊端，主要有：

（1）对于城市道路交通事故影响范围的预测方法较少，有些只是对城市道路交通事故影响范围的实时监测或是简单预测，而没有针对特定路段，特定时间的城市道路交通事故影响进行有针对性的预测。

（2）有些城市道路交通事故影响范围的预测方法需要安装大量固定的监测器，建设成本较高。

（3）目前有一些针对高速公路交通事故影响预测的方法，但由于高速公路和城市交通有着较大的差异，无法直接应用到城市道路交通事故影响的预测中。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于综合动态交通信息的城市道路交通事故影响范围预测的方法，综合利用线圈历史及实时数据、浮动车历史及实时数据和路网数据，对城市道路交通事故影响范围做出准确的预测，为事故的处理提供有效的数据支持和依据。

为了实现上述目的，本发明提供了一种基于动态交通信息的事故影响范围分析方法，所述方法包含：

步骤101）判断路段是否发生拥堵，若路段当前通行能力大于或等于路段实时流量，则路段不拥堵；若路段当前通行能力小于路段实时流量，则路段发生拥堵，执行步骤102）；

步骤102）采用如下公式计算拥堵波启动传递速度；

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})}

其中，C_i′表示任意路段I的通行能力，q_i表示路段I的实时流量，k()表示路段的交通密度函数，该交通密度函数与路段的流量相关；

采用如下公式计算拥堵波在任意路段i的传递时间：

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}}

其中，l_k表示任意路段k的长度，V_w,k表示任意路段k的拥堵波传递速度；所述k与i相等或不等；

基于得到拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间估计事故影响范围、事故影响时间和拥堵传输路径。

可选的，上述步骤102）进一步包含：

步骤102-1）计算任意路段的拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间；

步骤102-2）初始化，具体为：

将编号为k的路段赋值k为i；

将编号为k的路段的拥堵传输速度V_w，k赋值为路段k的拥堵启动波传递速度V_w；

将拥堵传输距离l_k赋值为事故点距离上游路口距离L_i’；

将拥堵传输时间t初始化为拥堵波在路段i的传递时间的t_i；

步骤102-2）判断事故是否处理完成，若拥堵波传递时间t大于预设的事故处理时间T，则拥堵波不再继续传播并止于当前层区段，执行步骤102-4）；否则进入下一步骤；

步骤102-3）计算路段k及路段k的上游各路段拥堵传递速度，并计算路段k及路段k的上游各路段的拥堵波传递时间；

并基于得到的各路段的拥堵波传递时间更新拥堵传递时间t，返回步骤102-2），直至拥堵传递时间大于预设的事故处理时间，进入下一步骤；

步骤102-4）拥堵停止传递，累加各路段的拥堵传递时间，各路段拥堵波传递速度，及路段拓扑，得到最终的统计结果。

可选的，查询得到路段的线圈、浮动车历史数据和实时数据，并基于查询的数据计算路段实时流量。

为了实现上述目的，本发明还提供了一种基于动态交通信息的事故影响范围分析***，所述***包含：

拥堵状况判断模块，用于判断路段是否发生拥堵，若路段当前通行能力大于或等于路段实时流量，则路段不拥堵；若路段当前通行能力小于路段实时流量，则路段发生拥堵，启动；

处理模块，用于：

采用如下公式计算拥堵启动波传递速度；

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})}

采用如下公式计算拥堵波在任意路段i的传递时间：

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}}

其中，l_k表示任意路段k的长度，V_w,k表示任意路段k的拥堵启动波传递速度；所述k与i相等或不等；

可选的，上述处理模块进一步包含：

第一处理子模块，用于计算任意路段的拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间；

初始化子模块，用于完成各参数的初始化，具体为：

将编号为k的路段赋值k为i；

将拥堵传输距离l_k赋值为事故点距离上游路口距离L_i’；

将拥堵传输时间t初始化为拥堵波在路段i的传递时间的t_i；

事故处理判断子模块，用于判断事故是否处理完成，若拥堵波传递时间t大于预设的事故处理时间T，则拥堵波不再继续传播并止于当前层区段，启动记录子模块；否则启动第二处理子模块；

第二处理子模块，用于计算路段k及路段k的上游各路段拥堵传递速度，并计算路段k及路段k的上游各路段的拥堵波传递时间；

记录子模块，用于拥堵停止传递，累加各路段的拥堵传递时间，各路段拥堵波传递速度，及路段拓扑。

可选的，与流量相关的交通密度的计算公式为：

则密度与流量的关系为：K＝k(Q)，k为基于Q的计算公式得到的K与Q之间的对应关系式；其中，Q为当前车流量；K_j是阻塞密度；畅行车速为V_f。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

（1）本发明采用动态交通数据结合路网数据实现了对城市道路交通事故影响范围的预测，可针对特定事故进行有针对性的预测。

（2）本发明以线圈、浮动车等数据作为预测的数据输入，这些数据具有较高的准确性，从而在预测数据依据上保证了本专利预测结果的准确性。

（3）本发明通过对城市道路交通事故影响范围的预测，为城市道路交通事故的处理提供有效的数据支持和依据。

附图说明

图1为事故位置判定模块业务流程；

图2为事故影响范围测算模块算法流程。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的预测方法的主要业务流程分为事故位置判定模块（如图1）和事故影响范围计算模块（以流程A——事故发生在非快速路的路段中间位置为例，如图2），分析事故范围影响因素，建立算法规则，精确计算出影响区域。当有城市道路交通事故信息输入时，城市道路交通事故影响预测模块根据输入的实时事故信息，并结合线圈、浮动车历史、实时数据及路网数据对事故影响范围进行预测。事故影响范围算法流程中两个主要参数——路段拥堵传递时间t_k和道路阻塞密度K具体算法如下：

由交通工程理论中速度、流量、密度关系原理：

Q＝KV（2-1）

得：

道路平均速度与流量的关系：

V＝v(Q)（2-4）

密度与流量的关系：

K＝k(Q)（2-5）

（1）计算路段拥堵传递时间

计算阻塞密度K_j

流量与密度的关系：

Q = V_{f} (K - \frac{K^{2}}{K_{j}}) - - - (2 - 3)

流量与速度的关系：

Q = K_{j} (V - \frac{V^{2}}{V_{f}}) - - - (2 - 2)

Q为当前车流量（pcu/h），K_j是阻塞密度pcu/km，可取80-100，V_f（km/h）是路段畅行车速，与道路设计通行能力有关（对应关系见附录1）。

通过查询附录的设计通行能力C与畅行车速V_f，利用式2-2可求出阻塞密度K_j。

计算拥堵波启动传递速度和拥堵波路段传递速度

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})} - - - (2 - 7)

拥堵波以拥堵启动波传递速度V_w向上游传递，经过交叉口后的上游路段的传播速度受道路饱和度的影响，饱和度越大，传递速度越快，反之越小则传播速度越慢。拥堵波路段传递速度V_w,k与拥堵起动波V_w的关系：

V_w,k＝ρ_kV_w（2-8）

其中，ρ_k第k路段道路拥堵波传递折算系数，与道路饱和度相关，无量纲参数。

计算路段传递时间

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}} - - - (2 - 9)

其中，t_k(h)表示拥堵波在第k路段的传递时间，l_k(km)为第k路段长度。

（2）计算道路阻塞密度

计算路段实时流量Q

i.具有线圈检测器

设线圈检测流量为Q_coil，线圈离下游交叉口的距离为L_coil。

a)若L_coil＜L_thr，则Q＝γQ_coil，γ为路段流量折算系数，一般大于1，L_thr为距交叉口距离判定阈值，一般取30—80m；

b)若L_coil＞L_thr，则Q＝Q_coil。

ii.具有浮动车路段平均速度值

运用（式2.1）计算Q_float值，令Q＝Q_float。

iii.具有线圈检测器与浮动车速度值

Q＝η₁Q_float+η₂Q_coil（2-6）

η₁与η₂为流量权值。

计算道路阻塞密度

设计流量、最大速度、阻塞密度三者关系：

Q_{m} = \frac{1}{4} V_{f} K_{j} - - - (2 - 10)

把（2-10）代入（2-3），得：

Q = V_{f} (K - \frac{K^{2}}{\frac{4 Q_{m}}{V_{f}}}) = - \frac{V_{f}^{2}}{{4 Q}_{m}} K^{2} + V_{f} K - - - (2 - 11)

对式（2-11）求解可得道路阻塞密度预测K：

K = \frac{2 Q_{m}}{V_{f}} (1 + \sqrt{1 - \frac{Q}{Q_{m}}})

（3）事故影响范围分析

通过迭代算法获得事故影响路段拓扑、影响距离∑lk，影响时间tu和影响程度K，综合反映事故影响范围。

交通事故发生位置——包括路口、路段、匝道入口和出口等，如图1所示，影响下游的传播速度和传播范围。但是本专利中只研究了比较复杂且常见的路段本专利讨论的情形是远离路口、匝道口200m以上的，车辆进入较为稳定的直行路段，即本发明只分析研究图1的路段间发生的事故对路段的影响。

图2迭代算法流程解释：

步骤1：判断路段i是否拥堵。若路段当前通行能力C_i′≥路段实时流量q_i，则路段不拥堵，迭代结束；若路段当前通行能力C_i′＜路段实时流量q_i，则路段拥堵；

步骤2：利用当前车流量（式2-2）计算路段i达到最大通行能力C_i′时的密度k(C_i′)，拥堵时的阻塞密度k(q_i);利用式2-7计算拥堵启动波传递速度V_w;利用式2-9计算拥堵波在路段i的传递时间t_i；

步骤3：初始化赋值，进入迭代循环。

步骤4：判断事故是否处理完成。若t＞事故处理时间T，则拥堵波不再继续传播并止于该层区段，记录该传递路径，迭代结束；否则进入迭代循环操作。

步骤5：读取第k段上游邻接矩阵n（k），利用公式2-9分别计算拥堵波在路段k及其上游路段上的传递时间t_n（k）i，…，t_n（k）s

步骤6：记录更新路段k及其上游路段的拥堵波传递时间。

步骤7：判断拥堵波是否到达其影响范围边界。若拥堵波传递时间t（k）＞事故处理时间T，则拥堵波止于该路段，记录该传递路径，迭代结束。否则记录新的t值，传递层数递增并回到步骤4。

此外，本发明还提供了一种基于动态交通信息的事故影响范围分析***，所述***包含：

处理模块，用于：

采用如下公式计算拥堵启动波传递速度；

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})}

采用如下公式计算拥堵波在任意路段i的传递时间：

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}}

可选的，所述处理模块进一步包含：

初始化子模块，用于完成各参数的初始化，具体为：

将编号为k的路段赋值k为i；

将拥堵传输距离l_k赋值为事故点距离上游路口距离L_i’；

将拥堵传输时间t初始化为拥堵波在路段i的传递时间的t_i；

进一步可选的，与流量相关的交通密度的计算公式为：

则密度与流量的关系为：K＝k(Q)；其中，Q为当前车流量；K_j是阻塞密度；畅行车速为V_f。

上述实施例中涉及的各个符号的定义如下：

路段长度L_i；路段车道编号L_i,j；车道直行、左转、右转标志位F_i,j；路段转弯概率p_i,t(t=0,1,2左直右)；路段设计通行能力C_i（单车道，总的通行能力乘以车道数），路段当前通行能力C_i′（拥堵瓶颈下游通行能力）；路段实时流量q_i（瓶颈处上游交通流量）；路段上下游平均速度V_i,1，V_i,2；瓶颈处拥堵波传递速度V_w（km/小时）；车流密度k₁，k₂（上下游）（辆/km）；道路饱和度λ_k；事故处理时间T；事故点离上游路口距离L_i′。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种基于动态交通信息的事故影响范围分析方法，所述方法包含：

步骤101)判断路段是否发生拥堵，若路段当前通行能力大于或等于路段实时流量，则路段不拥堵；若路段当前通行能力小于路段实时流量，则路段发生拥堵，执行步骤102)；

步骤102)采用如下公式计算拥堵波启动传递速度；

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})}

其中，C′_i表示任意路段I的通行能力，q_i表示路段I的实时流量，k()表示路段的交通密度函数，该交通密度函数与路段的流量相关；

采用如下公式计算拥堵波在任意路段i的传递时间：

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}}

基于得到拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间估计事故影响范围、事故影响时间和拥堵传输路径；

其中，所述步骤102)进一步包含：

步骤102-1)计算任意路段的拥堵启动波传递速度和拥堵波在任意路段的传递时间；

步骤102-2)初始化，具体为：

将编号为k的路段赋值k为i；

将拥堵传输距离l_k赋值为事故点距离上游路口距离L_i’；

将拥堵传输时间t初始化为拥堵波在路段i的传递时间的t_i；

步骤102-2)判断事故是否处理完成，若拥堵波传递时间t大于预设的事故处理时间T，则拥堵波不再继续传播并止于当前层区段，执行步骤102-4)；否则进入下一步骤；

步骤102-3)计算路段k及路段k的上游各路段拥堵传递速度，并计算路段k及路段k的上游各路段的拥堵波传递时间；

并基于得到的各路段的拥堵波传递时间更新拥堵传递时间t，返回步骤102-2)，直至拥堵传递时间大于预设的事故处理时间，进入下一步骤；

步骤102-4)拥堵停止传递，累加各路段的拥堵传递时间，各路段拥堵波传递速度，及路段拓扑，得到最终的统计结果。

2.根据权利要求1所述的基于动态交通信息的事故影响范围分析方法，其特征在于，查询得到路段的线圈、浮动车历史数据和实时数据，并基于查询的数据计算路段实时流量。

3.一种基于动态交通信息的事故影响范围分析***，所述***包含：

处理模块，用于：

采用如下公式计算拥堵启动波传递速度；

V_{w} = \frac{C_{i}^{'} - q_{i}}{k (C_{i}^{'}) - k (q_{i})}

采用如下公式计算拥堵波在任意路段i的传递时间：

t_{k} = \frac{l_{k}}{V_{w, k}}

其中，所述处理模块进一步包含：

初始化子模块，用于完成各参数的初始化，具体为：

将编号为k的路段赋值k为i；

将拥堵传输距离l_k赋值为事故点距离上游路口距离L_i’；

将拥堵传输时间t初始化为拥堵波在路段i的传递时间的t_i；

并基于得到的各路段的拥堵波传递时间更新拥堵传递时间t，直至拥堵传递时间大于预设的事故处理时间；

4.根据权利要求3所述的基于动态交通信息的事故影响范围分析***，其特征在于，与流量相关的交通密度的计算公式为：则密度与流量的关系为：K＝k(Q)；

其中，Q为当前车流量；K_j是阻塞密度；畅行车速为V_f。