CN105070056A

CN105070056A - 一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法

Info

Publication number: CN105070056A
Application number: CN201510443162.7A
Authority: CN
Inventors: 邹娇; 高万宝; 吴先会; 李慧玲
Original assignee: HEFEI GELYU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: HEFEI GELYU INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2015-11-18

Abstract

本发明涉及一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法。本发明利用浮动车技术获取的路段平均速度，通过交叉口道饱和度的计算，实现对交叉口拥堵指数的计算。本发明包括以下步骤：利用浮动车GPS数据计算路段单车样本速度；提取路段平均行程速度；计算交叉口各个进口道的饱和度；计算交叉口的饱和度；计算交叉口的拥堵指数；交叉口运行服务水平估计。

Description

一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法

技术领域

本发明涉及浮动车数据处理技术领域，具体来说是一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法。

背景技术

浮动车技术是根据道路运行车辆动态位置信息获取道路通行状况的一种技术，利用带有GPS信息的浮动车(出租车或公交车)可以实时采集车辆的位移信息，将时间序列的车辆位置坐标与地图进行匹配，可以得到浮动车辆的速度数据，取路段所有样本车辆速度的空间平均值可以得到交叉口各个相关路段的实时平均速度，将一定周期内的路段实时速度进行算术平均可以得到道路的周期平均旅行速度，在此基础上计算相应交叉口的饱和度，从而得到交叉口的拥堵指数。

交叉口拥堵指数ICI(IntersectionCongestionIndex)是一个用来衡量交叉口运行状态和拥堵水平的指标，与交叉口饱和度相关。计算交叉口饱和度主要是各进口道饱和度以进口道流量为权的加权平均值。传统的各个进口道饱和度和进口道流量主要是通过线圈检测器得到，如果想要大范围的获取交叉口饱和度数据的话，需要各个交叉口铺设线圈，此法成本高、实施难度大、后期较难维护。浮动车技术是一种移动式采集手段，投入少，覆盖面积广，而且不需要破坏路面、运维简单，通过浮动车技术进行交叉口饱和度估计，从而得到交叉口拥堵指数，有利于评估路网环境下交叉口运行服务水平、为交叉口信号优化提供决策支持，提高交叉***通流运行效率，实现效益最大化。

目前城市常规的交通拥堵主要发生在交叉口，路段上的拥堵是由交叉口拥堵蔓延导致的。但是如何实时准确的评估交叉口的拥堵水平呢？传统线圈检测器成本高、实施难度大且较难维护，为了能够实时获取的交叉口拥堵信息，有效的评估交叉口拥堵水平，提出了基于浮动车技术的交叉口拥堵指数计算方法。

发明内容

本发明的目的是利用浮动车技术获取的路段平均速度，通过交叉口道饱和度的计算，实现对交叉口拥堵指数的计算，实现了对交叉口的运行服务水平估计，可以满足信号控制、交叉口渠化、交叉口规划等需求，成本低且效果高。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，包括以下步骤：

(1)利用浮动车GPS数据计算路段单车样本速度；

(2)提取路段平均行程速度；

(3)计算交叉口各个进口道的饱和度；

(4)计算交叉口的饱和度；

(5)计算交叉口的拥堵指数；

(6)交叉口运行服务水平估计。

利用浮动车数据计算路段单车样本速是计算一个统计周期内单车样本平均旅行速度。在得到样本车辆j所经过的前后相邻两点的路径信息{P_i,i＝1,2,L,n}后，通过路径长度和时间差得到此次路径的平均旅行速度当途径路段数只有一个(不跨越路口)或公里/小时(畅通状态)时，将赋给路段P₁；否则，按以下原则，结合起点的瞬时速度v₁和终点的瞬时速度v₂，分四种交通状态对途径的每个路段速度分别赋值：

①减速状态(满足)时

起始路段速度值赋为其它路段速度值根据出行时间一致原则计算，即用总的出行时间Δt_j减去起始路段的出行时间，然后通过距离除以该时间得到速度。

②加速状态(满足)时

终止路段速度值赋为其它路段速度值根据出行时间一致原则计算。

③先减速后加速时

起始路段速度值赋为v₁，终止路段速度值赋为v₂，中间路段(如果存在)速度值根据出行时间一致原则计算。

④先加速后减速时

车辆处于走走停停状态，途径路段速度值赋为

所述提取路段平均行程速度，是根据一个统计周期内路段的多车样本平均行程速度。计算公式如下：

\{\begin{matrix} V_{i} = \frac{l_{i}}{t_{i}} = \frac{l_{i}}{(Σ_{j = 1}^{n} \frac{l_{i}}{v_{j}}) / n} = \frac{n}{Σ_{j = 1}^{n} \frac{1}{v_{j}}}, & i f & n_{i} &NotEqual; 0 \\ V_{i} = {\overset{&OverBar;}{V}}_{i}, & i f & n_{i} = 0 \end{matrix}

式中V_i为弧段P_i的平均速度，l_i为弧段P_i的长度，t_ij为第j辆车在路径中弧段P_i上的出行时间，n_i为弧段P_i上参与计算的车辆数目。这里，当n_i等于0，即该路段上没有数据覆盖时，我们用历史积累的一周不同时间段的历史平均速度进行补充；当n_i不等于0时，路段旅行速度是多个样本的调和平均速度。

所述的单个进口道路段饱和度计算，步骤如下：

(31)以路段平均行程速度作为度量标准，确定进口道路段交通状态划分阈值标准。将进口道路段交通状态划分为5级：自由流、畅通、缓行、拥挤、拥堵，对应的阈值标准区间为(s0，s1]、(s1，s2]、(s2，s3]、(s3，s4]、(s4，s5]。

(32)根据《道路通行能力手册》和《城市道路交叉口规划设计规范》相关规定，确定各个进口道交通状态、速度与饱和度的对应关系。见下表：

表进口道交通状态、速度与饱和度的对应关系表

交通状态级别	交通状态描述	速度等级	饱和度V/C
				1	自由流	(s0，s1]	(r0，r1]
2	畅通	(s1，s2]	(r1，r2]
				3	缓行	(s2，s3]	(r2，r3]
4	拥挤	(s3，s4]	(r3，r4]
				5	拥堵	(s4，s5]	(r4，r5]

(33)单个进口道路段饱和度计算

交叉口相应的某个进口道饱和度(R_i)计算公式如下：

R_{i} = r_{n} - \frac{s - s_{n}}{s_{n - 1} - s_{n}} (r_{n} - r_{n - 1})

其中：

s:路段平均行程速度的值；

n：相应的交通状态级别，n的取值是1、2、3、4、5；

s_n：交通状态n级别对应的速度阈值上限；

s_n-1：交通状态n级别对应的速度阈值下限；

r_n：交通状态n级别对应的饱和度阈值上限；

r_n-1：交通状态n级别对应的饱和度阈值下限。

所述的交叉口饱和度ISV计算，交叉口饱和度为所有进口方向上饱和度的加权和值。步骤如下：

(41)交叉口饱和度计算，公式如下：

ISV＝R₁*ω₁+R₂*ω₂+...+R_j*ω_j

其中：

ω_i(i＝1,...,n)：第i个进口方向的加权系数交叉口饱和度为所有进口方向上饱和度的加权和值。

R_i(i＝1,...,n)：第i个进口方向的饱和度。

(42)权重计算方法

交叉口进口方向的加权系数与道路等级有关。见表2：

表2道路等级与权重值对应关系表

道路等级	快速路	主干路	次干路	支路
					权重值	w′₁	w′₂	w′₃	w′₄

四个权重值满足

则交叉口某一个进口方向的权重值计算公式如下：

w_{j} = \frac{{w^{'}}_{j}}{Σ_{1}^{n} {w^{'}}_{j}}

其中：

w′_j是计算进口方向道路等级对应的权重值；

是该交叉口各个进口方向道路等级对应权重值之和。

所述的交叉口拥堵指数ICI计算，公式如下：

I C I = \{\begin{matrix} 10 * I S V & I S V < 1 \\ 10 & I S V &GreaterEqual; 1 \end{matrix}

所述的交叉口运行服务水平估计，是以交叉口拥堵指数为基础，估计交叉口拥堵水平。见表。

表基于交叉口拥堵指数的交叉口拥堵水平分析表

拥堵指数	[0,3)	[3,6)	[6,7.5)	[7.5,9)	[9,10]
						交叉口拥堵水平	非常畅通	畅通	轻度拥堵	中度拥堵	严重拥堵

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为速度—饱和度对应关系图。

具体实施方式

一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，包括以下步骤：

(1)利用浮动车GPS数据计算路段单车样本速度；

(2)提取路段平均行程速度；

(3)计算交叉口各个进口道的饱和度；

(4)计算交叉口的饱和度；

(5)计算交叉口的拥堵指数；

(6)交叉口运行服务水平估计。

①减速状态(满足)时

②加速状态(满足)时

③先减速后加速时

④先加速后减速时

车辆处于走走停停状态，途径路段速度值赋为

\{\begin{matrix} V_{i} = \frac{l_{i}}{t_{i}} = \frac{l_{i}}{(Σ_{j = 1}^{n} \frac{l_{i}}{v_{j}}) / n} = \frac{n}{Σ_{j = 1}^{n} \frac{1}{v_{j}}}, & i f & n_{i} &NotEqual; 0 \\ V_{i} = {\overset{&OverBar;}{V}}_{i}, & i f & n_{i} = 0 \end{matrix}

所述的单个进口道路段饱和度计算，步骤如下：

(32)根据《道路通行能力手册》和《城市道路交叉口规划设计规范》相关规定，确定各个进口路段交通状态、速度与饱和度的对应关系。见下表：

表进口路段交通状态、速度与饱和度的对应关系表

(33)单个进口道路段饱和度计算

交叉口相应的某个进口道饱和度(R_i)计算公式如下：

R_{i} = r_{n} - \frac{s - s_{n}}{s_{n - 1} - s_{n}} (r_{n} - r_{n - 1})

其中：

s:路段平均行程速度的值；

n：相应的交通状态级别，n的取值是1、2、3、4、5；

s_n：交通状态n级别对应的速度阈值上限；

s_n-1：交通状态n级别对应的速度阈值下限；

r_n：交通状态n级别对应的饱和度阈值上限；

r_n-1：交通状态n级别对应的饱和度阈值下限。

(41)交叉口饱和度计算，公式如下：

ISV＝R₁*ω₁+R₂*ω₂+...+R_j*ω_j

其中：

R_i(i＝1,...,n)：第i个进口方向的饱和度。

(42)权重计算方法

交叉口进口方向的加权系数与道路等级有关。见表2：

表2道路等级与权重值对应关系表

四个权重值满足

则交叉口某一个进口方向的权重值计算公式如下：

w_{j} = \frac{{w^{'}}_{j}}{Σ_{1}^{n} {w^{'}}_{j}}

其中：

w′_j是计算进口方向道路等级对应的权重值；

是该交叉口各个进口方向道路等级对应权重值之和。

所述的交叉口拥堵指数ICI计算，公式如下：

I C I = \{\begin{matrix} 10 * I S V & I S V < 1 \\ 10 & I S V &GreaterEqual; 1 \end{matrix}

表基于交叉口拥堵指数的交叉口拥堵水平分析表

目前，北京地方标准拥堵评价标准征求意见稿中以及郭继孚等申请的相关，只是简单了提出了路网拥堵指数的概念和计算方法，且此方法计算过程中主要是依据路段拥堵里程，并没有提出交叉口拥堵指数。由于交叉口特殊性，相比较路段而言较为复杂，故没有体现。此外，现有技术获取交叉口饱和度的信息主要是依赖传统的线圈检测器、视频检测器等固定式检测器，这些检测器设备成本高、维护难，因此提出了基于浮动车技术来计算交叉口饱和度。

该方法有两大特点，一是根据浮动车技术获取的速度计算交叉口饱和度；二是交叉口拥堵指数计算方法。该方法的提出弥补国内交叉口拥堵指数计算方法的缺失，利用浮动车技术获取的路段平均速度，通过交叉口道饱和度的计算，实现对交叉口拥堵指数的计算，实现了对交叉口的运行服务水平估计，可以满足信号控制、交叉口渠化、交叉口规划等需求，成本低且效果高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims

1.一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)利用浮动车GPS数据计算路段单车样本速度；

(2)提取路段平均行程速度；

(3)计算交叉口各个进口道的饱和度；

(4)计算交叉口的饱和度；

(5)计算交叉口的拥堵指数；

(6)交叉口运行服务水平估计。

2.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述的利用浮动车GPS数据计算路段的一个统计周期内单车样本平均旅行速度。

3.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述提取路段平均行程速度V_i，是根据一个统计周期内路段的多车样本平均行程速度。计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述的单个进口道路段饱和度计算，步骤如下：

(41)以路段平均行程速度作为度量标准，确定进口道路段交通状态划分阈值标准。将进口道路段交通状态划分为5级：自由流、畅通、缓行、拥挤、拥堵，对应的阈值标准区间为(s0，s1]、(s1，s2]、(s2，s3]、(s3，s4]、(s4，s5]。

(42)根据《道路通行能力手册》和《城市道路交叉口规划设计规范》相关规定，确定各个进口道交通状态、速度与饱和度的对应关系。见下表：

表1进口道交通状态、速度与饱和度的对应关系表

交通状态级别交通状态描述速度等级饱和度V/C 1 自由流 (s0，s1] (r0，r1] 2 畅通 (s1，s2] (r1，r2] 3 缓行 (s2，s3] (r2，r3] 4 拥挤 (s3，s4] (r3，r4] 5 拥堵 (s4，s5] (r4，r5]

(43)单个进口道路段饱和度计算

交叉口相应的某个进口道饱和度(Ri)计算公式如下：

其中：

s:路段平均行程速度的值；

n：相应的交通状态级别，n的取值是1、2、3、4、5；

s_n:交通状态n级别对应的速度阈值上限；

s_n-1:交通状态n级别对应的速度阈值下限；

r_n:交通状态n级别对应的饱和度阈值上限；

r_n-1:交通状态n级别对应的饱和度阈值下限。

5.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述的交叉口饱和度ISV计算，交叉口饱和度为所有进口方向上饱和度的加权和值。步骤如下：

(51)交叉口饱和度计算，公式如下：

ISV＝R₁*ω₁+R₂*ω₂+...+R_j*ω_j

其中：

R_i(i＝1,...,n)：第i个进口方向的饱和度。

(52)权重计算方法

交叉口进口方向的加权系数与道路等级有关。见表2：

表2道路等级与权重值对应关系表

道路等级快速路主干路次干路支路权重值 w′₁ w′₂ w′₃ w′₄

四个权重值满足

则交叉口某一个进口方向的权重值计算公式如下：

其中：

w′_j是计算进口方向道路等级对应的权重值；

是该交叉口各个进口方向道路等级对应权重值之和。

6.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述的交叉口拥堵指数ICI计算，公式如下：

7.根据权利要求1所述的一种基于浮动车的交叉***通拥堵指数计算方法，其特征在于，所述的交叉口运行服务水平估计，是以交叉口拥堵指数为基础，估计交叉口拥堵水平。见表。

基于交叉口拥堵指数的交叉口拥堵水平分析表

拥堵指数 [0,3) [3,6) [6,7.5) [7.5,9) [9,10] 交叉口拥堵水平非常畅通畅通轻度拥堵中度拥堵严重拥堵