一種基于路網拓撲關系的網絡交通流量檢測器布設方法
【專利摘要】一種基于路網拓撲關系的網絡交通流量檢測器布設方法，首先將路網內的路段劃分為路網進口路段、出口路段和內部路段三類，并確定有交通生成的路段，所需的最少檢測路段數(shù)量即為路網進口路段與有交通生成路段數(shù)之和；然后根據(jù)交叉口交通流量守恒規(guī)律，建立路網流量守恒方程組；接著根據(jù)道路等級與費用對路段進行檢測優(yōu)先排序，取其逆序作為檢測權重；最后以檢測路段集的優(yōu)先性最高為優(yōu)化目標，以檢測器布設的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立檢測器布設優(yōu)化模型，并采用貪婪算法進行求解，確定檢測器的最優(yōu)布設位置?？稍诮档吐肪W交通流檢測系統(tǒng)建設與維護費用的同時，避免OD矩陣調查的高昂成本和出行者路徑選擇行為的失真假設。
【專利說明】—種基于路網拓撲關系的網絡交通流量檢測器布設方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于城市道路交通【技術領域】，涉及網絡交通流量檢測。
【背景技術】
[0002]網絡交通流量的獲取在城市交通規(guī)劃、設計與控制管理等領域至關重要。由于城市道路網絡規(guī)模龐大(通常包括上萬條路段)，在所有路段都安裝交通流量檢測器不僅意味著巨大的建設費用投入，也將帶來運營管理工作中驚人的維護費用，在實際應用中不具有可行性。采用少量檢測設備完成路網流量采集的方法受到關注，檢測器數(shù)量與布設位置的確定是這一方法中的核心問題。
[0003]傳統(tǒng)的基于部分檢測路段流量進行網絡流量推算的方法多采用先進行交通需求(Origin/Destination, 0D)矩陣反算，再通過交通分配得到所有路段流量的思路，因此，已有的路網交通流量檢測器布設方法多以OD反算效果的提升為目的，形成的方法實質是一些原則性的建議，比如：0D對覆蓋原則、OD對間最大流量比例原則、最大流量攔截原則和路段流量無關原則等，并未給出確切的方法。同時，面向OD反算的檢測器布設方法需以歷史OD矩陣為先驗信息，并需建立在一定的出行者路徑選擇行為假設基礎之上。歷史OD矩陣的獲取需要定期進行大規(guī)模的交通需求調查，高昂的調查成本使得很多城市望而卻步，即使是一些經濟條件好的城市，此類調查也是每隔數(shù)年才開展一次，OD矩陣的更新速度十分緩慢。同時，眾多研究結果也表明，出行者路徑選擇行為十分復雜，現(xiàn)有的假設與實際符合程度不高。
[0004]方法不明確、先驗信息獲取成本高、出行者路徑選擇行為假設偏離現(xiàn)實等一系列問題導致已有方法在實際應 用中推廣困難。中國專利CN102306450A公開了一種稀疏路網交通檢測器布局方法，該方法面向稀疏公路網交通事件檢測提出，并非一種針對城市密集道路網絡交通流量檢測技術。
[0005]綜上所述，設計一種不依賴于歷史OD矩陣和出行者路徑選擇行為假設的網絡交通流檢測器布設方法將可提高城市建設道路網絡檢測系統(tǒng)的經濟和技術可行性，從而為城市的交通規(guī)劃、設計、控制管理等工作提供更好的數(shù)據(jù)支撐。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于給出一種新的網絡交通流檢測器布設方法，該方法能夠在降低路網交通流檢測系統(tǒng)建設與維護費用的同時，避免OD矩陣調查的高昂成本和出行者路徑選擇行為的失真假設，提高系統(tǒng)的經濟和技術適用性。
[0007]為了實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明基于路網拓撲關系的網絡交通檢測器布設方法步驟包括：
[0008]I)對路網中的路段按其在路網中所處的位置進行分類；
[0009]2)確定路網中有交通生成的路段；
[0010]3)確定所需的最少的檢測器數(shù)量；[0011]4)根據(jù)交叉口交通進出流量守恒，針對所有的路網內部路段和路網出口路段建立流量守恒方程，形成流量守恒線性方程組，得到流量守恒系數(shù)矩陣；
[0012]5)將路網內所有路段作為備選檢測路段，建立流量檢測系數(shù)矩陣，與流量守恒系數(shù)矩陣共同組成檢測器布設優(yōu)化系數(shù)矩陣；
[0013]6)對路網內所有路段按檢測優(yōu)先順序進行排序，優(yōu)先等級越高，排序數(shù)字越小。以逆序作為路段檢測的權重；
[0014]7)以檢測路段集的優(yōu)先性最高（即權重和最高）為優(yōu)化目標，以檢測器布設的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立網絡交通流量檢測器布設優(yōu)化模型，并采用貪婪算法求解模型，確定檢測器的最優(yōu)布設位置；
[0015]8)上述方法在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網內部的交通生成時，可以快速給出一種不依賴于路網內部拓撲關系的封閉環(huán)式檢測器布局。
[0016]進一步，所述流量檢測器是指環(huán)形線圈、視頻、紅外、微波等所有可以獲取道路斷面流量的檢測器。
[0017]所述路網中路段的分類方法是：設路網由η條有向路段組成，以數(shù)字編號為
1,2,……，η，路段集記為A= {1,2,……，η}。將其中僅為路網范圍內交叉口進口道的路段作為路網進口路段；僅為交叉口出口道的路段作為路網出口路段，其他路段為路網內部路段，設路網出口路段數(shù)與內部路段數(shù)之和為m。
[0018]所述有交通生成的路段是指在分析時段內路段上的交通產生量與吸引量不等的路段，設此類路段數(shù)量為g。
[0019]所述最少檢測器數(shù)量為路網進口路段數(shù)與有交通生成路段數(shù)之和，即n-m+g。
[0020]所述流量守恒系數(shù)矩陣的確定方法為：取Xi為路段i的流量，Si為路段i上的交通生成量，定義為交通產生量與交通吸引量之差，Bij為路段j在其下游交叉口轉向路段i的流量比例，有O ( Bij ( 1，當路段i不是路段j下游交叉口的出口路段時，Bij = O。則對于路網內部路段和出
口路段中的任意一條路段I根據(jù)交叉口流量守恒均可列出方程Xfr= Σ OijXj+St,共可列出《個這樣的方程。對于有交通生成的路段，為了表達方便，可在這上游交叉口分別增加一條進口虛擬路段，這些虛擬路段以n+l，n+2，…，n+g進行編號，轉入路段k的流量比例aw = I。取這些方程組成的線性方程組的系數(shù)矩陣作為流量守恒系數(shù)矩陣：
[0021]
【權利要求】
1.一種基于路網拓撲關系的網絡交通流量檢測器布設方法，其特征在于：其包括以下步驟： 1)對路網中的路段按其在路網中所處的位置進行分類； 2)確定路網中有交通生成的路段； 3)確定所需的最少檢測路段數(shù)量； 4)根據(jù)交叉口交通進出流量守恒，針對所有的路網內部路段和路網出口路段建立流量守恒方程，形成流量守恒線性方程組，得到流量守恒系數(shù)矩陣； 5)將路網內所有路段作為備選檢測路段，建立流量檢測系數(shù)矩陣，與流量守恒系數(shù)矩陣共同組成檢測器布設優(yōu)化系數(shù)矩陣； 6)對路網內所有路段按檢測優(yōu)先順序進行排序,優(yōu)先等級越高,排序數(shù)字越?。灰阅嫘蜃鳛槁范螜z測的權重； 7)以檢測路段集的優(yōu)先性最高即權重和最高為優(yōu)化目標，以檢測器布設的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立網絡交通流量檢測器布設優(yōu)化模型，并采用貪婪算法求解模型，確定檢測器的最優(yōu)布設位置。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網內部的交通生成時，能夠快速給出一種不依賴于路網內部拓撲關系的封閉環(huán)式檢測器布局。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述流量檢測器為可以獲取道路斷面交通流量的檢測器，包括：環(huán)形線圈檢測器、視頻檢測器、紅外檢測器、微波檢測器。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于：設路網由η條有向路段組成，以數(shù)字編號為1,2,……，η，路段集記為A= {1,2,……，η};所述路網中路段的分類方法是：將其中僅為路網范圍內交叉口進口道的路段作為路網進口路段；僅為交叉口出口道的路段作為路網出口路段，其他路段為路網內部路段。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述有交通生成的路段是指在分析時段內路段上的交通產生量與吸引量不等的路段。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述最少檢測器數(shù)量為路網進口路段數(shù)與有交通生成路段數(shù)之和。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述流量守恒系數(shù)矩陣的確定方法為：取\為路段i的流量,Si為路段i上的交通生成量，定義為交通產生量與交通吸引量之差，au為路段j在其下游交叉口轉向路段i的流量比例，有O ( Bij ( 1，當路段i不是路段j下游交叉口的出口路段時，au = O ;取路網出口路段數(shù)與內部路段數(shù)之和為m，則對于路網內部路段和出口路段中的任意一條路段k，根據(jù)交叉口流量守丨旦均可列出方程Xt = [ OkjXj + Sk，共可列出m個這樣的方程；對于有交通生成的路段，設此類路段數(shù)量為g，可隹路段上游交叉口分別增 加一條交叉口進口虛擬路段，將這些虛擬路段以n+l，n+2，…，n+g進行編號，轉入路段k的流量比例aw = I ;取這些方程組成的線性方程組的系數(shù)矩陣作為流量守恒系數(shù)矩陣：
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述檢測器布局優(yōu)化矩陣的確定方法是： 取Yj代表路段j是否被檢測，Yj = I代表路段j被檢測= O代表路段j不被檢測。則路網的流量檢測系數(shù)矩陣為：
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述路網內路段檢測的優(yōu)先排序方法為：以道路等級為主要因素，檢測設備的安裝維護費用為次要因素進行排序，高等級道路的優(yōu)先級高于低等級道路，對同一道路等級內的所有路段按檢測設備安裝維護所需費用的逆序進行排序，所需費用越低，優(yōu)先級別越高。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的網絡交通流量檢測器布設優(yōu)化模型為：
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于：所述的網絡交通流量檢測器布局優(yōu)化模型求解的貪婪算法步驟為： ①將矩陣仏中后n+g行所有yk，ke{I,-,n+g}以I代替，可形成矩陣C2 :
12.如權利要求2所述的方法，其特征在于：所述不依賴于路網內部拓撲關系的封閉環(huán)式檢測器布局是指：在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網內部的交通生成時，由于流量守恒系數(shù)矩陣C為為行向量滿秩矩陣，只要在路網所有進口路段布設檢測器，形成一個“封閉環(huán)”，就可以保證檢測器布局優(yōu)化矩陣C1的秩為n+g，因此可以得到路網內所有路段的流量。
【文檔編號】G08G1/065GK103489316SQ201310410323
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權日:2013年9月10日
【發(fā)明者】邵敏華, 孫立軍 申請人:同濟大學