一種分段式城市道路交通狀態估計方法
【專利摘要】本發明涉及智能交通技術領域，尤其涉及一種分段式城市道路交通狀態估計方法。本發明的方法包括：(1)根據全路段中交通流檢測器所處的不同位置，將全路段分為上游路段、中游路段和下游路段3個子路段；(2)運用速度一流量多項式交通流模型分別計算各子路段的速度；(3)根據各子路段的速度計算全路段的平均速度；(4)根據全路段的平均速度計算道路交通狀態；(5)計算模型可根據交通流檢測器數量的增減進行擴展。本發明技術方案能夠克服速度和流量轉化過程中存在的二義性問題，有效提高道路交通狀態預測的準確性和可靠性。
【專利說明】
一種分段式城市道路交通狀態估計方法
技術領域
[0001] 本發明涉及智能交通技術領域，具體涉及一種分段式城市道路交通狀態估計方 法。
【背景技術】
[0002] 城市道路交通面臨交通安全、交通擁擠、交通污染等一系列挑戰，交通管理部門和 社會公眾對城市交通運行狀態的關注度持續增加。通常，依據路段平均速度來衡量道路交 通狀態。目前，各城市在道路上普遍安裝了線圈、微波和卡口等多種類型的交通流檢測器， 此外還在大量公交車、出租車上部署車載GPS以獲取交通流數據。以上交通流檢測器基 本都能較為準確的測量車流量，但要想準確地轉化成道路平均速度，則需要依靠合適地速 度-流量交通流模型。
[0003] 在對速度-流量交通流模型的研究和實踐過程中，本發明的發明人發現：在速度 和流量的轉化過程中，存在一定的二義性，它直接影響著道路平均速度估計的準確性。比如 傳感器檢測到流量較少時，道路平均速度可能較快，因為通過的車輛較為稀疏，車速較快， 但數量較少；同時，道路平均速度也可能較慢，因為車速較慢導致了車輛通過的數量較少。 但是，這一現象在路段的不同位置，卻有著不同的表現。比如，入口車流較少時，大多是車速 較快的情況；出口車流較少時，大多是車速較慢的情況；道路中部和入口車流都較少，則車 速快的可能性就更高。這說明考慮到傳感器的位置信息，細分不同位置的速度流量轉換參 數，有助于提高速度和流量轉化的準確性。因此，進行城市道路交通狀態預測時，有必要考 慮路段中位置不同導致的速度和流量對應關系的不同。

【發明內容】

[0004] 針對交通狀態估計時速度和流量轉化存在的二義性問題，本發明提供了一種分段 式城市道路交通狀態估計方法。所述技術方案如下：
[0005] -種分段式城市道路交通狀態估計方法，所述方法包括：
[0006] 步驟 1 :
[0007] 根據全路段中固定交通流檢測器所處的不同位置，將全路段等分為3個子路段， 其中靠近路段入口的一段稱之為上游路段，靠近路段出口的一段稱之為下游路段，剩下的 一段稱之為中游路段。
[0008] 步驟 2 :
[0009] 針對步驟1所述的上游路段、中游路段、下游路段，通過各路段中固定型交通流檢 測器觀測到的流量、速度歷史數據，采用最小二乘法估計得到交通流模型參數a、b、c和d， 即：
[0010] u = a- (b X q-c)d (1)
[0011] 式中，q表示單位時間內通過某個路段的流量。
[0012] 步驟 3:
[0013] 根據步驟1的路段分段和步驟2計算得到的模型參數，采用不同位置交通流檢測 器實測的流量計算對應位置的平均通行速度，其公式為：
[0014] 1^= a-(b X q「c)d (2)
[0015] 式中，1表示速度和流量都是在距離路口 1時觀測到的結果。
[0016] 步驟 4:
[0017] 根據步驟3中計算得到的全路段中不同位置（或不同分段）的通行速度計算全路 段的平均通行速度，即：
[0018] u = (^u,dl)/L (3)
[0019] 式中，L表示路段長度。將式（2)代入式（3)，得到：
[0020] u = (J〇 ^a-(bxqt -c)d]c//)/L (4)
[0021] 式中，u即為根據路段中不同位置觀測到的交通流量計算得到的全路段平均速度。
[0022] 在實際應用中，由于不可能獲得路段上每個位置的速度流量變化情況，式（4)可 以簡化為：
[0023] u^Y!HLldi(a-( bx<h-cy)/L (5)
[0024] 式中，A為各分段交通流檢測器對計算路段平均速度的權重。&可以采用真實數據 自動擬合估計方法得到。
[0025] 步驟 5 :
[0026] 建立流量-速度-狀態的轉換方程，將式（5)中的道路平均速度映射到狀態域的 結果，映射函數為DSS，即：
[0027] S = d^SSia -(bxqi-c)d)/L (6)
[0028] 式中，S表示道路的交通狀態，3,表示各交通流檢測器對計算道路交通狀態的權 重。
[0029] 當路段中新增加（或減少）n個交通流檢測器時，需要對式（6)增加（或減少）交 通流檢測器覆蓋分段的速度_流量轉換結果，即：
[0030] 從=d, DSS (a - (b x q, - c)d ) / (L ± n) (7)
[0031] 本發明實施例提供的技術方案的有益效果在于：通過路段中不同位置的交通流檢 測器對勘測路段進行劃分，再根據所觀測到的交通流量分別計算各子路段平均速度，最后 對各分段的交通狀況進行累積計算得到全路段的道路交通狀況，這樣即可克服速度和流量 轉化過程中存在的二義性問題，從而提高道路交通狀態預測的準確性和可靠性。
【附圖說明】
[0032] 為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使 用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖圖2僅僅是本發明的一些實施例， 對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得 其它的附圖。
[0033] 圖1是本發明的交通狀態估計方法的計算流程圖。
[0034] 圖2是本發明的一個實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面將結合本發明實施例中的附圖圖2，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、 完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其 它實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0036] 圖2所示的杭州市某路段，該路段安裝了高清卡口 1、微波2和地感線圈3三類交 通流檢測器，其中卡口 1安裝在路段的入口附近，微波2安裝在路段中部附近，地感線圈3 安裝在路段的出口附近。在一個周期內測得的通過高清卡口 1、微波2和地感線圈3所在安 裝位置區域的車流量為qb、qw、q。。
[0037] 步驟 1 :
[0038] 根據全路段中固定交通流檢測器所處的不同位置，將全路段等分為上游路段、中 游路段和下游路段3個子路段。
[0039] 步驟 2 :
[0040] 采用多項式模型來描述城市道路中交通流處于穩定流和阻塞流階段時的速度和 流量關系，其基本形式為：
[0041 ] u = a- (b X q-c)d (8)
[0042] 式中，q表示單位時間內通過某個路段的流量，u表示該時段內該路段的平均通 行速度。由于高清卡口 1、微波2和地感線圈3等固定型交通流檢測器在全路段中所處 位置為已知，首先采用類似道路的參數初始化模型，然后采用固定型交通流檢測器所在觀 測點歷史道路流量和速度數據進行參數調整，最終得到該路段的模型參數為a = 66. 1、b =-4. 5e_2、c = 1. 6 和 d = 0? 2。
[0043] 步驟 3 :
[0044] 上游路段高清卡口 1、中游路段微波2和下游路段地感線圈3等不同位置的平均通 行速度可由相應位置交通流檢測器所測得的流量計算得到： uh=a-(bxqh-c)d
[0045] < uw=a-(bxqw-c)d (9) uc=a-(bxqc-c)d
[0046] 式中，q^Ui (i = b、w、c)分別表示高清卡口 1、微波2和地感線圈3所在位置處觀 測到的速度和流量。
[0047] 步驟 4 :
[0048] 全路段的平均通行速度可由該路段中高清卡口 1、微波2和地感線圈3所處位置處 的通行速度決定，換言之此路段整體平均通行速度是各個分段整合的結果，即：
[0049] u = (^u,dl)/L (10)
[0050] 式中，L表示路段長度。為了表示局部流量和道路平均速度的對應關系，將式（9) 代入式（10)，得到：
[0051] u = (|：[^ -(bxqi-c)dyi)/L (11)
[0052] 式中，u即為根據路段中不同位置觀測到的交通流量計算的路段平均速度。
[0053] 式（11)中存在積分計算過程，即需要知道每個分段的道路交通情況。在實際應用 中，不可能獲得路段上每個位置的速度流量變化情況。因此，模型可以簡化為：
[0054] u = '^l/^dl(a-(bxql-c)d)/3 (12)
[0055] 式中，A為各位置交通流檢測器對計算路段平均速度的權重。&可以采用真實數據 自動擬合估計方法得到。
[0056] 步驟 5 :
[0057] 建立流量-速度-狀態的轉換方程，將式（12)中的道路平均速度映射到狀態域的 結果，映射函數為DSS，即：
[0058] ^ = Elli diDSS(a ~(bxqi-c)d)/3 (13)
[0059] 式中，S表示道路的交通狀態，A表示各交通流檢測器對計算道路交通狀態的權 重。
[0060] 當路段中新增加（或減少）n個交通流檢測器時，需要對模型進行調整，即增減傳 感器覆蓋分段的速度流量轉換結果。比如，道路中新增一輛GPS浮動車即認為新增一個交 通流檢測器。GPS浮動車可能行駛在路段的任何位置，因此可以采集路段上多個分段的交通 數據。如圖2所示，新增3輛裝載GPS的出租車浮動車4、浮動車5、浮動車6,即新增1 = 4、5、6表示GPS數據覆蓋的路段，則簡化后的公式可以表示為：
[0061] u = d,DSS(a -{bxqi-c)d)l6 (14)
[0062] 以上對本發明實施例所提供的一種分段式城市道路交通狀態估計方法進行了詳 細介紹，本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說 明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據 本發明的思想，在【具體實施方式】及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不 應理解為對本發明的限制。
【主權項】
1. 一種分段式城市道路交通狀態估計方法，其特征在于，包括： 步驟1 : 根據全路段中固定交通流檢測器所處的不同位置，將全路段等分為3個子路段，其中 靠近路段入口的一段稱之為上游路段，靠近路段出口的一段稱之為下游路段，剩下的一段 稱之為中游路段。 步驟2 : 針對步驟1所述的上游路段、中游路段、下游路段，通過各路段中固定型交通流檢測器 觀測到的流量、速度歷史數據，采用最小二乘法估計得到交通流模型參數a、b、c和d，即： u = a- (b X q-c)d (I) 式中，q表示單位時間內通過某個路段的流量。 步驟3 : 根據步驟1的路段分段和步驟2計算得到的模型參數，采用不同位置交通流檢測器實 測的流量計算對應位置的平均通行速度，其公式為： U1= a_(bXq「c)d (2) 式中，1表示速度和流量都是在距離路口 1時觀測到的結果。 步驟4 : 根據步驟3中計算得到的全路段中不同位置（或不同分段）的通行速度計算全路段的 平均通行速度，即：(3) 式中，L表示路段長度。將式（2)代入式（3)，得到：(4) 式中，U即為根據路段中不同位置觀測到的交通流量計算得到的全路段平均速度。 在實際應用中，由于不可能獲得路段上每個位置的速度流量變化情況，式（4)可以簡 化為：(5) 式中，A為各分段交通流檢測器對計算路段平均速度的權重。A可以采用真實數據自動 擬合估計方法得到。 步驟5 : 建立流量-速度-狀態的轉換方程，將式（5)中的道路平均速度映射到狀態域的結果， I^i Hn HQQ 曰 Π .(6) 式中，s表示道路的交通狀態，4表示各交通流檢測器對計算道路交通狀態的權重。2. 根據權利要求1所述的基于路段分段的城市道路交通狀態估計方法，還包括： 當路段中新增加（或減少）η個交通流檢測器時，需要對式（6)增加（或減少）交通流 檢測器覆蓋分段的速度-流量轉換結果，即： (7)
【文檔編號】G08G1/01GK105894809SQ201410827140
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月25日
【發明人】夏瑩杰, 劉強, 單振宇, 周國民
【申請人】杭州遠眺科技有限公司, 浙江警察學院