專利名稱：區(qū)域交通服務(wù)水平微觀指標(biāo)及評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通監(jiān)管技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種區(qū)域交通水平微觀指標(biāo)及評價方法。
背景技術(shù)：
大城市道路交通的有效管理、社會及公眾高品質(zhì)交通服務(wù)和政府相關(guān)科學(xué)決策一 直是我國城市社會及經(jīng)濟有序高效發(fā)展的熱點和難點問題。通過研究和開發(fā)先進(jìn)的交通狀 態(tài)獲取與融合、交通特征提取與態(tài)勢分析以及集成應(yīng)用基礎(chǔ)技術(shù)，建立符合我國國情的多 粒度區(qū)域交通狀態(tài)評估、預(yù)報預(yù)警和服務(wù)水平評價關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)則是緩解和解決上述問 題的基礎(chǔ)和不可或缺的技術(shù)手段。服務(wù)水平的概念最早是在HCM(Highway Capacity Manual)中提出的，此后被廣泛 應(yīng)用于城市道路交通系統(tǒng)評價中。服務(wù)水平是一種定性的方式，描述了特定因素與性能之 間的關(guān)系；主要描述的因素有交通密度，相關(guān)旅行速度，延遲等。其中服務(wù)水平等級的描述大致相同，將服務(wù)水平分為A-F六個等級。服務(wù)水平分 別從公路類型范圍和運營條件進(jìn)行了不同的定義，公路類型包括高速路(主線路，坡道，交 織路段)，雙車道公路，交叉口，主干道，公交設(shè)施，和行人設(shè)施。確立道路交通服務(wù)水平指標(biāo) 體系，是評價城市道路交通服務(wù)水平的一個核心和關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。指標(biāo)體系涵蓋的是否全面、 層次結(jié)構(gòu)是否清晰合理，直接關(guān)系到評估質(zhì)量的好壞。目前微觀服務(wù)水平評價存在以下兩方面的不足1)缺乏完整的指標(biāo)體系；2)國內(nèi)外文獻(xiàn)僅依據(jù)速度、占有率等單指標(biāo)對微觀服務(wù)水平評價。

發(fā)明內(nèi)容
針對當(dāng)前微觀服務(wù)水平評價技術(shù)存在的不足本發(fā)明提出了微觀交通態(tài)勢指標(biāo)，以 準(zhǔn)確反映路網(wǎng)微觀層面交叉口、路段實時交通狀態(tài)的變化和趨勢，建立了完整的指標(biāo)體系。本發(fā)明交通狀態(tài)微觀層指標(biāo)體系包括速度，流量，流率，密度，時間占有率，空間占 有率，平均延誤；還包括微觀交通態(tài)勢，微觀交通速度態(tài)勢，微觀交通流量態(tài)勢，微觀交通流 率態(tài)勢，微觀交通密度態(tài)勢等12個指標(biāo)。微觀指標(biāo)涉及全面，能夠完全準(zhǔn)確的反映交叉口、路段的實際交通狀態(tài)，為服務(wù)水 平評價提供有效的評判依據(jù)。其中速度，流量，流率，密度，時間占有率，空間占有率，平均延誤均為目前廣泛應(yīng) 用的評價指標(biāo)。微觀交通態(tài)勢，微觀交通速度態(tài)勢，微觀交通流量態(tài)勢，微觀交通流率態(tài)勢，微觀 交通密度態(tài)勢說明如下1)微觀交通態(tài)勢是交通流狀態(tài)的各微觀指標(biāo)在單位時間內(nèi)的變化量。該指標(biāo)是衡 量微觀層面交通狀態(tài)單位時間變化趨勢的重要指標(biāo)。其實際意義在于，交通管理部門可以通過交通態(tài)勢指標(biāo)，在交通擁堵發(fā)生前，做出判斷，并及時采取交通措施，避免嚴(yán)重?fù)矶碌?發(fā)生。計算公式為
A. i{t + M)-i{t)Al = —--—
AtA i-微觀交通態(tài)勢；i(t)_在t時刻某斷面或某段距離的微觀指標(biāo)量。微觀指標(biāo)量為速度、流量、密度、時間占有率、空間占有率、平均延誤中的一種或幾 種。該指標(biāo)定義為微觀交通態(tài)勢的統(tǒng)一定義，下面將以各個微觀指標(biāo)對微觀交通態(tài)勢 做詳細(xì)說明。2)微觀交通速度態(tài)勢是速度在單位時間內(nèi)的變化量。該指標(biāo)是描述速度的變化快慢，用于評價道路交通狀態(tài)的變化趨勢，是衡量交通 管理工作效果的有效指標(biāo)。計算公式A^ = —---—
AtA s-微觀交通速度態(tài)勢；s(t)_在t時刻車道或道路某點的速度。當(dāng)As < 0時，速度呈減小的變化趨勢，且數(shù)值越小，減小的變化趨勢越強烈；當(dāng)As > 0時，速度呈增大的變化趨勢，且數(shù)值越大，增大的變化趨勢越明顯。As = 0速度趨于穩(wěn)定。3)微觀交通流量態(tài)勢是流量在單位時間內(nèi)的變化量。單位輛/h。該指標(biāo)描述交通流量的變化快慢，可用于預(yù)測交通服務(wù)水平的變化趨勢。計算公式
r n A v(/ + A0-v(0Av =—----—
AtA v-微觀交通流量態(tài)勢；v(t)_在t時刻車道或道路某點的流量。當(dāng)Av < 0時，流量呈減小的變化趨勢， 且數(shù)值越小，減小的變化趨勢越強烈；當(dāng)Av > 0時，流量呈增大的變化趨勢，且數(shù)值越大， 增大的變化趨勢越明顯。A v = 0流量趨于穩(wěn)定。4)微觀交通流率態(tài)勢是流率在單位時間內(nèi)的變化量。該指標(biāo)是描述交通流率變化的快慢，可用于預(yù)測交通流率的變化趨勢。計算公式A/ = —-‘ J、‘AtA f-微觀交通流率態(tài)勢；f (t)_在t時刻車道或道路某點的流率。當(dāng)Af < 0時，流率呈減小的變化趨勢，且數(shù)值越小，減小的變化趨勢越強烈；
當(dāng)Af>0時，流率呈增大的變化趨勢，且數(shù)值越大，增大的變化趨勢越明顯。Af =0流率趨于穩(wěn)定。5)微觀交通密度態(tài)勢是密度在單位時間內(nèi)的變化量。單位輛/ (km 車道 h)。該指標(biāo)描述交通流密度的變化快慢，可用于預(yù)測交通流密度的變化趨勢。計算公式 A d-微觀交通密度態(tài)勢；d(t)_在t時刻車道或道路某點的密度。當(dāng)Ad < 0時，密度呈減小的變化趨勢，且數(shù)值越小，減小的變化趨勢越強烈；當(dāng) Ad > 0時，密度呈增大的變化趨勢，且數(shù)值越大，增大的變化趨勢越明顯。Ad = 0密度趨 于穩(wěn)定°以上各指標(biāo)除了速度、流量、時間占有率外，其他均為不可直接測得量，需要從直 接可測量計算或推理獲得。參考國內(nèi)外現(xiàn)有微觀服務(wù)水平評價的相關(guān)文獻(xiàn)，依據(jù)我國道路交通實際情況，僅 依據(jù)速度、占有率等單指標(biāo)對微觀服務(wù)水平評價標(biāo)準(zhǔn)如表1 表1速度、占有率單指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn) 對155個測試數(shù)據(jù)進(jìn)行單指標(biāo)評價和上述模型評價，評價結(jié)果如表2 表2單指標(biāo)、多指標(biāo)評價結(jié)果 從表2可以看出，單純依據(jù)一個指標(biāo)對服務(wù)水平進(jìn)行評價準(zhǔn)確率具有一定的局限 性，而依據(jù)多個指標(biāo)對服務(wù)水平進(jìn)行評價準(zhǔn)確率達(dá)到92. 90%，而在一次偏差之內(nèi)的累積百 分比接近100%，從而說明對微觀服務(wù)水平評價依據(jù)多個指標(biāo)的合理性，以及微觀服務(wù)水平 計算模型的準(zhǔn)確性。本發(fā)明提出的路段服務(wù)水平計算模型采用一種以速度、流量、占有率為輸入數(shù)據(jù) 的綜合計算模型，通過直接檢測得到的速度、流量、占有率指標(biāo)計算或推理獲得其他各微觀 指標(biāo)，歸一化后在評價模型中計算得到微觀服務(wù)水平值與等級。計算過程如圖1所示。為減小輸出服務(wù)水平值得誤差，還需要對計算模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，通過服務(wù)水平 參考值與評價模型輸出的微觀服務(wù)水平值之間的誤差進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，對評價模型進(jìn)行調(diào) 整，如圖2所示。根據(jù)模型對輸入值計算獲得的服務(wù)水平值與參考值之間的誤差，對評價模型中計 算服務(wù)水平值的部分進(jìn)行調(diào)整，即修改對應(yīng)的權(quán)值，最終使誤差達(dá)到可接受的范圍。服務(wù)水平參考值是通過道路交通狀態(tài)在線視頻分析與打分軟件獲取得，模型基本 數(shù)據(jù)通過視頻分析軟件獲取，對應(yīng)的服務(wù)水平等級由交通專家根據(jù)視頻進(jìn)行打分獲得。微觀服務(wù)水平的計算模型經(jīng)過參數(shù)標(biāo)定后所得的模型輸出誤差要明顯好于參數(shù) 標(biāo)定前，同時誤差范圍被控制在[-0.2 0.2]之間，這樣在誤差不會導(dǎo)致模型輸出與真實交 通狀態(tài)之間在服務(wù)水平等級差別超過1個級別。本發(fā)明依據(jù)多個指標(biāo)對服務(wù)水平進(jìn)行評價，提高了對微觀服務(wù)水平評價的準(zhǔn)確 率，微觀服務(wù)水平等級計算模型能夠提供合理的、正確的微觀交通狀態(tài)定性判別功能。


圖1本發(fā)明服務(wù)水平計算模型計算流程2本發(fā)明服務(wù)水平計算模型進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定過程3本發(fā)明實施例中直接監(jiān)測得到的同一路段同一時間段V/C、速度、占有率值分 布圖。圖4本發(fā)明實施例中微觀指標(biāo)歸一化后標(biāo)準(zhǔn)值分布圖該圖中縱坐標(biāo)為該路段的V/C值，所謂標(biāo)準(zhǔn)值就是歸一化之后的值。橫坐標(biāo)為數(shù) 據(jù)采集時刻(以兩分鐘為單位)圖5本發(fā)明實施例中微觀服務(wù)水平評價結(jié)果圖6本發(fā)明實施例中進(jìn)行結(jié)果驗證和模型參數(shù)調(diào)整的主觀評價結(jié)果9
具體實施例方式1、采用本發(fā)明對北京市微觀交通服務(wù)水平進(jìn)行評價。本次服務(wù)水平評價空間區(qū)域覆蓋聯(lián)想橋和北展橋，空間覆蓋節(jié)假日和普通工作曰。在對北京市交管局既有項目海量歷史數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合HCM2000及國際各 城市的劃分標(biāo)準(zhǔn)，本發(fā)明對直接可測的指標(biāo)量進(jìn)行了服務(wù)水平等級的閾值確定。如下表所
7J\ o表3獨立微觀指標(biāo)(速度、流量、占有率)的服務(wù)水平等級劃分閾值
從面向交通管理的服務(wù)水平本質(zhì)概念出發(fā)，選取國際上較多城市采用的評價指標(biāo) (微觀)——V/C。其中，V為實時的選定路段交通流量，為直接可測量；C為該路段的通行 能力。通行能力的計算是交通流理論中的一個難點與重點。本發(fā)明采取整體論的思想進(jìn)行 處理，即不做任何假設(shè)；同時，考慮到北京市城市交通豐富的數(shù)據(jù)積累，采用如下方法獲 得某一路段的通行能力。Cs = Max(t —){VS}其中，C為某一路段通行能力，V為該路段在t時刻的流量。通行能力在上面的公 式中被定義為歷史數(shù)據(jù)中的最大流量值。表4路段服務(wù)水平等級劃分(v/c) 速度、流量、占有率指標(biāo)直接監(jiān)測得到(以北京市交管局既有項目為依據(jù))如圖3 所示為同一路段同一時間段V/C、速度、占有率值分布圖。評價模型的計算流程為(1)對三個指標(biāo)進(jìn)行歸一化，如圖4所示；
(2)對三個指標(biāo)分別賦予權(quán)值；(3)對各指值加權(quán)計算得出綜合評價值；(4)模型參數(shù)標(biāo)定。計算結(jié)果如圖5所示。2最后通過主觀評價進(jìn)行結(jié)果驗證和模型參數(shù)調(diào)整a.參與評判團(tuán)體組成交通專業(yè)的學(xué)生、交通專業(yè)的老師，普通行人(非駕駛者)，駕駛者，交管人員。在評價之前，將服務(wù)水平的定義以及國內(nèi)外文章中給出的服務(wù)水平等級的實例及 參考圖片，講給參與標(biāo)注的人員，以使評分者對服務(wù)水平有初步的理論理解和感性認(rèn)識。b.評價方法根據(jù)固定時間間隔內(nèi)的主觀感受進(jìn)行該觀測時段的目標(biāo)路段的服務(wù)水平的評判。 目前，按照每30s進(jìn)行一次服務(wù)水平評判。事先不告知評價者視頻涉及的時間、地點等信息，盡量排除經(jīng)驗意識的干擾。c.評價結(jié)果的生成采用少數(shù)服從多數(shù)的原則，認(rèn)為多數(shù)一致的評價結(jié)果為最終的、最真實可以用于 驗證系統(tǒng)算法的依據(jù)。這是一個將主觀化的量度進(jìn)行客觀化的過程，從而形成一個客觀的 尺度，以便對服務(wù)水平評價結(jié)果進(jìn)行驗證。由少數(shù)服從多數(shù)得到的第1位服務(wù)水平等級視為直接一致的評價結(jié)果，視為目標(biāo) 路段真實可靠的服務(wù)水平等級。而將介于第1位服務(wù)水平兩側(cè)的服務(wù)水平，即只有1個等 級差別的分析結(jié)果視為一次偏差的評價結(jié)果，由于人們對道路服務(wù)水平的等級期望及理解 不同，1個級別的差異存在是合乎實際的。其他與第1位服務(wù)水平等級相差2個及以上等級 的評價結(jié)果則視為高次偏差，不作為該路段服務(wù)水平等級確定的依據(jù)。采用上述方法進(jìn)行 主觀評價的結(jié)果如圖6所示由上述結(jié)果可以看到人們對服務(wù)水平的主觀判斷是基本一致；雖然存在個體差異 性，其差異一般不超過一個等級。說明該評價結(jié)果是可行的，并可以作為系統(tǒng)服務(wù)水平各指 標(biāo)閾值的依據(jù)。這是一個將主觀化的量度進(jìn)行客觀化的過程，從而形成一個客觀的尺度，以 便對服務(wù)水平評價結(jié)果進(jìn)行驗證。
權(quán)利要求
區(qū)域交通服務(wù)水平微觀指標(biāo)，包括速度，流量，流率，密度，時間占有率，空間占有率，平均延誤，微觀交通態(tài)勢，其特征在于，微觀交通態(tài)勢為區(qū)域交通中某段時間內(nèi)某斷面或某段距離的微觀指標(biāo)量的變化量與時間的比值。
2.如權(quán)利要求1所述的區(qū)域交通服務(wù)水平微觀指標(biāo)，其特征在于，所述微觀指標(biāo)量為 速度、流量、密度、時間占有率、空間占有率、平均延誤中的一種或幾種。
3.如權(quán)利要求1所述的區(qū)域交通服務(wù)水平微觀指標(biāo)，其特征在于，微觀交通態(tài)勢按不 同的微觀指標(biāo)分為微觀交通速度態(tài)勢，微觀交通流量態(tài)勢，微觀交通流率態(tài)勢，微觀交通密 度態(tài)勢。
4.使用如權(quán)利要求1所述的區(qū)域交通服務(wù)水平微觀指標(biāo)進(jìn)行的區(qū)域交通微觀服務(wù)水 平評價方法，通過直接檢測得到的速度、流量、占有率指標(biāo)計算或推理獲得其他各微觀指 標(biāo)，歸一化后在評價模型中計算得到微觀服務(wù)水平，其特征在于，通過服務(wù)水平參考值與評 價模型輸出的微觀服務(wù)水平值之間的誤差進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，對評價模型進(jìn)行調(diào)整。
5.如權(quán)利要求4所述的區(qū)域交通微觀服務(wù)水平評價方法，其特征在于，服務(wù)水平參考 值道路交通狀態(tài)在線視頻分析與打分軟件獲取得。
6.如權(quán)利要求4所述的區(qū)域交通微觀服務(wù)水平評價方法，其特征在于經(jīng)過參數(shù)標(biāo)定后 的計算模型輸出值與服務(wù)水平參考值的誤差范圍應(yīng)在[-0.2 0.2]之間。
全文摘要
本發(fā)明提出了微觀交通態(tài)勢指標(biāo)，以準(zhǔn)確反映路網(wǎng)微觀層面交叉口、路段實時交通狀態(tài)的變化和趨勢，建立了完整的指標(biāo)體系，并結(jié)合其他指標(biāo)，提出了微觀服務(wù)水平評價方法，使微觀交通服務(wù)水平評價更加準(zhǔn)確。
文檔編號G08G1/01GK101866549SQ20091008185
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者唐堃, 張尊棟, 張燁, 承向軍, 江偉, 董宏輝, 裴賀蕊, 賈利民, 郭敏 申請人:北京宏德信智源信息技術(shù)有限公司