CN106297285B - 基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，首先根据采集的车检器数据与收费数据计算评价指标值；然后根据动态交通数据计算指标权重向量；最后根据权重向量建立动态模糊综合评价模型并计算高速公路交通运行状态的综合评价值：对高速公路交通运行状态进行评价并输出评价结果。本发明提出的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，基于现有高速公路数据源，利用动态交通数据实时计算指标权重，并采用模糊综合评价方法对高速公路路段的交通运行状态进行评价，该方法针对高速公路路段采取路段饱和度、占有率、平均行程车速、平均行程时间延误四个参数进行评价指标，通过动态权重来实现模糊综合评价。

Description

基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法

技术领域

本发明涉及高速公路交通运行评价领域，特别是一种基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法。

背景技术

高速公路交通运行状态评价体系可以为高速公路的管控措施与运营策略提供理论支撑。为了更好的提出高速公路管理策略，提高运行效率，以及最大程度发挥高速公路的作用，需要对不同时间的高速公路交通运行进行评价，以便识别出运行状况最好的时期，并将其作为以后实践的参考标准以对

目前，模糊综合评价方法是高速公路运行评价中的常用方法，该方法主要是选取一个或多个交通指标进行交通评价，通过定性和定量评价高速公路运行状态。但在评价的过程中，各评价指标的权重是通过专家法获取，受主观因素的影响很大，且不同的高速公路路段、同一路段不同时间由于交通数据的动态变化，指标对高速公路路段的运行状态反映的重要程度可能会有所不同。

因此，有必要研究基于动态交通数据的指标权重计算方法，从而使得高速公路交通运行状态进行评价更客观、更合理。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法；用于对高速公路路段运行状态进行合理的评价。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明提供的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，包括以下步骤：

步骤1：采集高速公路数据并对数据进行预处理；所述数据包括车检器数据和收费数据；

步骤2：根据采集的车检器数据与收费数据计算评价指标值；所述评价指标值包括计算流量饱和度、时间占有率、平均行程速度和平均行程时间延误；

步骤3：根据动态交通数据，利用数据的差异驱动原理实时计算指标权重向量；

步骤4：根据权重向量建立动态模糊综合评价模型并计算高速公路交通运行状态的综合评价值：

步骤5：根据综合评价值对高速公路交通运行状态进行评价并输出评价结果。

进一步，所述步骤1的数据预处理是按照以下步骤来计算的：

(11)利用阈值法对车检器数据中的超常数据进行剔除，具体步骤如下：

按照以下公式确定流量阈值q：

0≤q≤f_cCT/60；

其中：C为道路通行能力；T为数据采集的时间间隔；f_c为流量的修正系数；

按照以下公式确定速度v：

0≤v≤f_vv₀；

其中：v₀为高速路段的限制速度；f_v为速度的修正系数。

(12)对收费数据的预处理，具体步骤如下：

按照以下公式确定行程时间的预设阈值TE：

TE＝[L/1.5*v₀,24]；

其中，TE为有效数据区间；L为路段长度；v₀为高速路段的限制速度；

判断收费数据是否处于预设阈值TE内，如果是，则收费数据为正确数据，如果否，则收费数据为超常数据；

剔除超常数据。

进一步，所述步骤2中的评价指标值是按照以下步骤来计算的：

所述评价指标值的按照以下公式进行计算：

(21)采用车检器数据计算流量饱和度及占有率：

其中：S为路段流量饱和度；Q为实际车流量；C₀为路段的设计车流量；R_t为时间占有率；T为观测时间长度；t_i为第i辆车占用检测器的时间，i＝1,2…n；

(22)通过高速公路收费数据的收费ID号，出入站口时间和路段里程，得到每辆车的行驶里程和行程时间，计算平均行程速度及平均行程时间延误：

其中：D为平均行程车速；L_D为评价时段内评价路段上所有行车的总里程；T_D为评价时段内所有车辆行车的总时间；n_D为评价时段内评价路段上所有行车车辆数；l_Di为评价时段内行车车辆i的行车里程；t_Di为评价时段内行车车辆i的行车时间；TD为平均行程时间延误；l为路段长度；td_i为第i辆车的行程时间，T_td为总行程时间，可通过收费数据计算获得；v₀为畅行速度，根据路段的设计车速获取；n为观测时间内通过的车辆数总和；

进一步，所述步骤3中的权重向量是按照以下步骤来计算的：

(31)结合时序加权平均算子TOWA算子建立高速公路的动态综合评价模型：

其中：y(t_k)为线性函数；w_j(t_k)为t_k(k＝1,2,...n)时刻的权重；x_j(t_k)为t_k时刻的指标观测值；

(32)计算线性函数离差平方和最大值；

(33)按照以下公式构建指标矩阵A：

其中，m表示评价指标体系指标项数，x_i(t_j)表示评价指标体系的指标；

(34)根据以下公式计算w使函数y(t_k)的离差平方和最大：

(35)取H的最大特征根对应的特征向量，作为权重向量w。

进一步，所述步骤4中的动态模糊综合评价是按照以下步骤来计算的：

(41)按照以下公式建立因素集U：

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}＝{流量饱和度,平均行程车速,占有率,行程时间延误}；

(42)按照以下公式建立评价集V：

V＝{畅通，基本畅通，一般，拥挤，堵塞}＝{5,4,3,2,1}；

(43)按照以下公式建立权重集W：

其中，w＝{w₁,w₂,w₃,w₄}，且权重相加

(44)按照以下公式建立评价矩阵R：

其中，r_j为指标的评价等级；

将n个时刻的交通运行状态的评价等级构建如下的多维评价矩阵：

其中：R_1j，R_2j，R_3j，R_4j分别表示流量饱和度、评价行程车速、占有率、行程时间延误在时刻j的评价等级值；j＝1,2,…n。

(45)按照以下公式进行模糊综合评价，根据权重向量和评价矩阵计算矩阵的乘积得到综合评价值：

其中，bn表示时刻n的综合评价结果值。

进一步，所述步骤5中的评价结果是通过权重向量与评价矩阵求得某一时刻的综合评价结果，通过评价结果的数值确定交通运行状态。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明提出的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，基于现有高速公路数据源，利用动态交通数据实时计算指标权重，并采用模糊综合评价方法对高速公路路段的交通运行状态进行评价，确定路段交通状态的方法。该方法针对高速公路路段采取路段饱和度、占有率、平均行程车速、平均行程时间延误四个参数进行评价指标建立，通过动态权重来实现模糊综合评价。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

本发明的附图说明如下。

图1为本发明的流程图。

图2为本发明的权重计算图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图所示，本实施例提供的模糊综合评价方法对高速公路路段的交通运行状态进行评价，具体通过如下所述步骤实现：

步骤1：数据预处理

(1)首先利用阈值法对超常数据进行剔除，车检器数据数据预处理：

流量阈值q的合理范围为：

0≤q≤f_cCT/60

其中：C为道路通行能力(veh/h)；T为数据采集的时间间隔(min)；f_c为流量的修正系数，通常取1.1-1.3。

速度v的合理范围为：0≤v≤f_vv₀

其中：v₀为高速路段的限制速度，不同的路段限制速度不同，由路段本身决定；f_v为速度的修正系数，通常取1.3-1.5。

占有率o的合理取值范围：0≤o≤100％。

(2)收费数据预处理：

认为行程时间在区间TE＝[L/1.5*v₀,24]内的数据为正确数据，在此区间之外的数据认为是超常数据进行剔除。

其中，TE为有效数据区间；L为路段长度；v₀为高速路段的限制速度。

步骤2：计算指标参数值

基于采集的车检器数据与收费数据计算评价指标值，具体公式如下：

(1)采用车检器的5mim数据计算流量饱和度，以及占有率：

其中：S为路段流量饱和度；Q为5min实际车流量；C₀为路段的设计车流量；R_t为时间占有率；T为观测时间长度；t_i为第i辆车占用检测器的时间，i＝1,2…n；

(2)通过高速公路收费数据的收费ID号，出入站口时间，路段里程等字段，得到每辆车的行驶里程和行程时间，计算平均行程速度，以及平均行程时间延误：

其中：D为平均行程车速；L_D为评价时段内评价路段上所有行车的总里程；T_D为评价时段内所有车辆行车的总时间；n_D为评价时段内评价路段上所有行车车辆数；l_Di为评价时段内行车车辆i的行车里程；t_Di为评价时段内行车车辆i的行车时间。TD为平均行程时间延误；l为路段长度；td_i为第i辆车的行程时间，T_td为总行程时间，可通过收费数据计算获得；v₀为畅行速度，可根据路段的设计车速获取；n为观测时间内通过的车辆数总和。

步骤3：确定指标权重w

根据动态交通数据，利用数据的差异驱动原理实时计算指标权重：

(1)由于权重w_j与时间t存在隐式的时序关系，结合时序加权平均算子TOWA算子，将高速公路的动态综合评价表示为：

其中：y(t_k)为线性函数；w_j(t_k)为t_k(k＝1,2,...n)时刻的权重；x_j(t_k)为t_k时刻的指标观测值；

(2)同时，为了最大限度的突出***s不同时刻运行状态之间的差异，即要让线性函数离差平方和最大。

(3)假设，评价指标体系共有m项指标，从评价时刻t_n往前推n-1个时间单位至t₁时刻，所有指标可表示为x_i(t_j)(i＝1,2,...n；j＝1,2...m)

得到指标矩阵A：

w使函数y(t_k)的离差平方和最大，则可转换为线性规划的问题，有以下式子：

则：

取H的最大特征根对应的特征向量，为权重向量w。

步骤4：动态模糊综合评价实现

模糊综合评价的一般步骤按如下进行：

(1)建立因素集U：因素集是指评判对象的因素组成集合，也称为参数指标，

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}＝{流量饱和度,平均行程车速,占有率,行程时间延误}；

(2)建立评价集V：就是评判对对象的评语的集合是评语组成的集合，基于人易读性原则和高速公路交通评价需求，以及高速公路的等级划分标准，评价集

V＝{畅通，基本畅通，一般，拥挤，堵塞}＝{5,4,3,2,1}；

(3)建立权重集W：根据步骤3中计算出来的权重向量w＝{w₁,w₂,w₃,w₄}，权重相加 需要采用归一化的原则来进行处理，重新确定权重集

(4)建立评价矩阵R：从因素集U中单个因素出发进行评价，确定评价对象集中各元素的评价等级；设第i个因素出发进行评价时，指标的评价等级为r_j(r_j的取值为1,2,3,4,5)，r_j的取值大小根据表1确定，则有评价矩阵：

表1指标评价分级标准表(设计车速为120km/h)

当同时评价n个时刻的交通运行状态时，则有如下的多维评价矩阵：

其中：R_1j，R_2j，R_3j，R_4j分别表示流量饱和度，评价行程车速、占有率、行程时间延误在时刻j的评价等级值；j＝1,2,…n。

(5)模糊综合评价：当知道权重集和评价矩阵时，计算矩阵的乘积得到综合评价值：

其中，bn表示时刻n的综合评价结果值。

步骤5：评价结果确定

由步骤4可知，通过权重向量与评价矩阵求得某一时刻的综合评价结果，该结果为[0,5]之间的某一具体值，通过该数值的大小确定交通运行状态，具体的状态区间分类表如下所示：

表2运行状态的区间表

综合评价结果	[0,1.5)	[1.5,2.5)	[2.5,3.5)	[3.5,4.5)	[4.5,5]
						状态	堵塞	拥挤	一般	基本畅通	畅通

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳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，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。

Claims (5)

1.基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：采集高速公路数据并对数据进行预处理；所述数据包括车检器数据和收费数据；

步骤2：根据采集的车检器数据与收费数据计算评价指标值；所述评价指标值包括计算流量饱和度、时间占有率、平均行程速度和平均行程时间延误；

步骤3：根据动态交通数据，利用数据的差异驱动原理实时计算指标权重向量；

步骤4：根据权重向量建立动态模糊综合评价模型并计算高速公路交通运行状态的综合评价值：

步骤5：根据综合评价值对高速公路交通运行状态进行评价并输出评价结果；

所述步骤3中的权重向量是按照以下步骤来计算的：

(31)结合时序加权平均算子TOWA算子建立高速公路的动态综合评价模型：

其中：y(t_k)为线性函数；w_j(t_k)为t_k时刻的权重，k＝1,2,...n；x_j(t_k)为t_k时刻的指标观测值；

(32)计算线性函数离差平方和最大值；

(33)按照以下公式构建指标矩阵A：

i＝1,2,...n；j＝1,2...m

其中，m表示评价指标体系指标项数，x_i(t_j)表示评价指标体系的指标；

(34)根据以下公式计算w使函数y(t_k)的离差平方和最大：

max{w^THw}

s.t.w^Tw＝1；

w＞0

(35)取H的最大特征根对应的特征向量，作为权重向量w。

2.如权利要求1所述的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，其特征在于：所述步骤1的数据预处理是按照以下步骤来计算的：

(11)利用阈值法对车检器数据中的超常数据进行剔除，具体步骤如下：

按照以下公式确定流量阈值q：

0≤q≤f_cCT/60；

其中：C为道路通行能力；T为数据采集的时间间隔；f_c为流量的修正系数；

按照以下公式确定速度v：

0≤v≤f_vv₀；

其中：v₀为高速路段的限制速度；f_v为速度的修正系数；

(12)对收费数据的预处理，具体步骤如下：

按照以下公式确定行程时间的预设阈值TE：

TE＝[L/1.5*v₀,24]；

其中，TE为有效数据区间；L为路段长度；v₀为高速路段的限制速度；

判断收费数据是否处于预设阈值TE内，如果是，则收费数据为正确数据，如果否，则收费数据为超常数据；

剔除超常数据。

3.如权利要求1所述的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，其特征在于：所述步骤2中的评价指标值是按照以下步骤来计算的：

所述评价指标值的按照以下公式进行计算：

(21)采用车检器数据计算流量饱和度及占有率：

其中：S为路段流量饱和度；Q为实际车流量；C₀为路段的设计车流量；R_t为时间占有率；T为观测时间长度；t_i为第i辆车占用检测器的时间，i＝1,2…n；

(22)通过高速公路收费数据的收费ID号，出入站口时间和路段里程，得到每辆车的行驶里程和行程时间，计算平均行程速度及平均行程时间延误：

其中：D为平均行程车速；L_D为评价时段内评价路段上所有行车的总里程；T_D为评价时段内所有车辆行车的总时间；n_D为评价时段内评价路段上所有行车车辆数；l_Di为评价时段内行车车辆i的行车里程；t_Di为评价时段内行车车辆i的行车时间；TD为平均行程时间延误；l为路段长度；td_i为第i辆车的行程时间，T_td为总行程时间，可通过收费数据计算获得；v₀为畅行速度，根据路段的设计车速获取；n为观测时间内通过的车辆数总和。

4.如权利要求1所述的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，其特征在于：所述步骤4中的动态模糊综合评价是按照以下步骤来计算的：

(41)按照以下公式建立因素集U：

U＝{u₁,u₂,u₃,u₄}＝{流量饱和度,平均行程车速,占有率,行程时间延误}；

(42)按照以下公式建立评价集V：

V＝{畅通，基本畅通，一般，拥挤，堵塞}＝{5,4,3,2,1}；

(43)按照以下公式建立权重集W：

其中，w＝{w₁,w₂,w₃,w₄}，且权重相加

(44)按照以下公式建立评价矩阵R：

其中，r_j为指标的评价等级；

将n个时刻的交通运行状态的评价等级构建如下的多维评价矩阵：

其中：R_1j，R_2j，R_3j，R_4j分别表示流量饱和度、评价行程车速、占有率、行程时间延误在时刻j的评价等级值；j＝1,2,…n；

(45)按照以下公式进行模糊综合评价，根据权重向量和评价矩阵计算矩阵的乘积得到综合评价值：

其中，bn表示时刻n的综合评价结果值。

5.如权利要求1所述的基于动态权重的高速公路交通运行状态模糊综合评价方法，其特征在于：所述步骤5中的评价结果是通过权重向量与评价矩阵求得的综合评价结果，通过评价结果的数值确定交通运行状态。