城市道路rfid檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于行程時(shí)間估算及流量相似性分析的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法。該方法首先通過(guò)對(duì)城市路網(wǎng)中各個(gè)基本路段的交通量進(jìn)行相似性分析和平均行程時(shí)間進(jìn)行估算，確定出基本路段流量之間的相關(guān)矩陣和檢測(cè)器布設(shè)數(shù)目，然后以此建立RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，最后通過(guò)遺傳算法對(duì)模型進(jìn)行求解，得到優(yōu)化布設(shè)方案。該方法考慮到檢測(cè)設(shè)備自身特點(diǎn)以及檢測(cè)點(diǎn)的最優(yōu)選擇布設(shè)問(wèn)題，根據(jù)城市道路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各個(gè)路段交通參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，在路網(wǎng)中布設(shè)盡量少的檢測(cè)器來(lái)獲得給定精度和完整度的交通數(shù)據(jù)，降低了路段上布設(shè)RFID檢測(cè)器所需的花費(fèi)。
【專利說(shuō)明】城市道路RF ID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市道路交通檢測(cè)器領(lǐng)域，具體涉及一種基于行程時(shí)間估算及流量相 似性分析的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 智能交通系統(tǒng)（ITS)被公認(rèn)為是當(dāng)前解決我國(guó)城市交通擁擠和提高道路安全的 有效手段。利用交通檢測(cè)器收集交通數(shù)據(jù)是ITS的基本功能之一?，F(xiàn)有的交通檢測(cè)器主要 有地感式檢測(cè)器、微波檢測(cè)器、浮動(dòng)車檢測(cè)器、視頻檢測(cè)器等。經(jīng)多年發(fā)展，RFID檢測(cè)技術(shù) 已逐步應(yīng)用于城市道路交通檢測(cè)，相比傳統(tǒng)交通檢測(cè)技術(shù)，RFID檢測(cè)器具有：成本較低，且 具有讀取便捷、能精確追蹤到每輛車輛信息、能存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量大、不受環(huán)境影響、安全性高 和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 傳統(tǒng)的RFID檢測(cè)器布設(shè)方法主要在有交通沖突的地方布設(shè)檢測(cè)器，即采用偶然 性的經(jīng)驗(yàn)性檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)方法，并沒(méi)有考慮到檢測(cè)設(shè)備自身特點(diǎn)，也沒(méi)有考慮到檢測(cè)點(diǎn)的最 優(yōu)選擇布設(shè)問(wèn)題。但隨著城市的發(fā)展，城市路網(wǎng)密度越來(lái)越大，如果要在每個(gè)路段上都布設(shè) RFID檢測(cè)器，所需的花費(fèi)將是非常驚人的。所以，根據(jù)城市道路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和各個(gè)路段交 通參數(shù)之間的內(nèi)在關(guān)系，研究城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，在路網(wǎng)中布設(shè)盡量少的 檢測(cè)器就能獲得給定精度和完整度的交通數(shù)據(jù)，這對(duì)于基于RFID的交通數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的 建設(shè)無(wú)疑是非常重要的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于行程時(shí)間估算及流量相似 性分析的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法。
[0005] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0006] 本發(fā)明提供的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，包括以下步驟：
[0007] Sl :獲取城市道路路網(wǎng)中各個(gè)基本路段的交通參數(shù)；
[0008] S2:對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的基本行程時(shí)間進(jìn)行平均行程時(shí)間估算并得到檢測(cè) 器布設(shè)數(shù)目；
[0009] S3 :對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的交通量進(jìn)行流量相似性分析并建立路段相似矩 陣；
[0010] S4 :根據(jù)路段相似矩陣和檢測(cè)器布設(shè)數(shù)目建立RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型，
[0011] S5 :通過(guò)遺傳算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解；
[0012] S6 :得到RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)布設(shè)方案。
[0013] 進(jìn)一步，所述步驟S2中對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的基本行程時(shí)間進(jìn)行平均行程 時(shí)間估算，根據(jù)估計(jì)路段上下游RFID檢測(cè)器計(jì)算上下游斷面間的平均行程時(shí)間；用估算路 段的長(zhǎng)度與上下游RFID檢測(cè)器之間的距離比值乘以平均行程時(shí)間獲得路段行程時(shí)間估計(jì) 值；具體包括以下步驟：
[0014] S21 :采用以下公式計(jì)算估計(jì)路段平均行程時(shí)間：

【權(quán)利要求】
1. 城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：包括以下步驟： 51 :獲取城市道路路網(wǎng)中各個(gè)基本路段的交通參數(shù)； 52 :對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的基本行程時(shí)間進(jìn)行平均行程時(shí)間估算并得到檢測(cè)器布 設(shè)數(shù)目； 53 :對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的交通量進(jìn)行流量相似性分析并建立路段相似矩陣； 54 :根據(jù)路段相似矩陣和檢測(cè)器布設(shè)數(shù)目建立RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型， 55 :通過(guò)遺傳算法對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行求解； 56 :得到RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)布設(shè)方案。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S2中對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的基本行程時(shí)間進(jìn)行平均行程時(shí)間估算，根據(jù)估計(jì)路段上下 游RFID檢測(cè)器計(jì)算上下游斷面間的平均行程時(shí)間；用估算路段的長(zhǎng)度與上下游RFID檢測(cè) 器之間的距離比值乘以平均行程時(shí)間獲得路段行程時(shí)間估計(jì)值；具體包括以下步驟： 521 :采用以下公式計(jì)算估計(jì)路段平均行程時(shí)間：
式中，n為樣本車輛數(shù)，< 為第i車輛通過(guò)第一檢測(cè)器時(shí)的時(shí)間，為第i車輛通過(guò)第二 檢測(cè)器時(shí)的時(shí)間； 522 :按以下公式計(jì)算估計(jì)路段長(zhǎng)度和上下游RFID檢測(cè)器距離之間的比值：
式中，1為估計(jì)路段長(zhǎng)度，L為上下游RFID檢測(cè)器距離； 523 :按以下公式估計(jì)路段行程時(shí)間： (3) 式中，h為第i車輛通過(guò)估計(jì)路段行程時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S2中檢測(cè)器布設(shè)數(shù)目確定具體包括以下步驟： 524 :獲取檢測(cè)器布設(shè)密度直線、行程時(shí)間的估計(jì)誤差曲線和投資曲線； 525 :計(jì)算檢測(cè)器布設(shè)密度直線分別與誤差曲線和投資曲線相交于A、B兩點(diǎn)，則所述A、 B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)的檢測(cè)器密度為對(duì)應(yīng)的合理檢測(cè)器密度區(qū)間（a，b)。 S26:根據(jù)實(shí)際情況選取合理檢測(cè)器密度區(qū)間（a，b)中的數(shù)字作為檢測(cè)器布設(shè)個(gè)數(shù)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S3中對(duì)基本路段的交通參數(shù)中的交通量進(jìn)行流量相似性分析并建立路段相似矩陣，具體包 括以下步驟： S31 :獲取城區(qū)多個(gè)路段的交通流量并將任兩個(gè)路段交通流量按以下公式計(jì)算兩個(gè)基 本路段交通流量之間的相似程度：
式中，X代表路段X的交通量數(shù)組，Y代表路段Y的交通量數(shù)組；P (X，Y)代表路段X和 Y交通流量之間的相關(guān)系數(shù)； 532 :根據(jù)相關(guān)系數(shù)判別兩個(gè)基本路段交通流量是否為相似，如果相關(guān)系數(shù)大于或等于 相似度指標(biāo)，則表示兩個(gè)基本路段交通量之間具有相似性，采用" 1"代表相似； 533 :如果相關(guān)系數(shù)小于相似度指標(biāo)，則表示兩個(gè)基本路段交通量之間不具有相似性， 采用"〇"代表相似； 534 :對(duì)路網(wǎng)所有基本路段兩兩之間進(jìn)行相似性分析，并把所得到的相關(guān)系數(shù)用相似度 指標(biāo)進(jìn)行定性化后，得到了用"〇"和" 1"表示的所有路段的路段相似矩陣。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S4中建立RFID檢測(cè)器最優(yōu)布點(diǎn)的數(shù)學(xué)模型如下：
式中，a u為路段相似矩陣中元素值，Ci表示在i路段的綜合布點(diǎn)系數(shù)，代表了在該路 段布點(diǎn)的重要度，k為基于行程時(shí)間估算優(yōu)化方法推算得到的RFID檢測(cè)器個(gè)數(shù)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S5中的遺傳算法求解城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)模型的迭代過(guò)程，具體包括以下步驟： 551 :初始化，置遺傳代數(shù)T = 0,初始種群隨機(jī)產(chǎn)生，編碼后利用適應(yīng)度函數(shù)評(píng)價(jià)各初 始個(gè)體的個(gè)體適應(yīng)度； 552 :選擇適應(yīng)度較低的個(gè)體，剔除適應(yīng)度較高的個(gè)體； 553 :應(yīng)用交叉算子和變異算子生成新一代群體，且保持種群個(gè)體數(shù)目m不變； 554 :對(duì)新一代種群個(gè)體的適應(yīng)度進(jìn)行評(píng)價(jià)，并檢驗(yàn)終止準(zhǔn)則，如果滿足終止條件，則轉(zhuǎn) 至步驟S55,否則T = T+1，轉(zhuǎn)到步驟S52 ; S55 :跳出，輸出最佳個(gè)體，獲得最佳RFID檢測(cè)器布設(shè)方法。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S5中的編碼，具體如下： 將路網(wǎng)中的基本路段布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)編碼采用二進(jìn)制編碼；一個(gè)基因段可以表示若干路段 組成的路網(wǎng)檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)集合，該集合中的一位代表一個(gè)路段檢測(cè)點(diǎn)布設(shè)情況，1表示路段布 設(shè)檢測(cè)點(diǎn)，〇表示路段不布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)；在一個(gè)構(gòu)造的染色體中，按照由左至右的順序，滿足 約束條件的一個(gè)基因段表不一種檢測(cè)點(diǎn)選擇方案。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S5中的適應(yīng)度采用以下的優(yōu)化布設(shè)目標(biāo)函數(shù)作為適應(yīng)度函數(shù)來(lái)計(jì)算：
式中，f表示全局最小值；(；表示在i路段的綜合布點(diǎn)系數(shù)，代表了在該路段布點(diǎn)的重 要度A表示在i路段是否布設(shè)檢測(cè)點(diǎn)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市道路RFID檢測(cè)器優(yōu)化布設(shè)方法，其特征在于：所述步驟 S5中的終止準(zhǔn)則，具體采用如下公式：
算法終止條件=Q(T)-Q(T-I) < e ; 式中，Q(T)為當(dāng)前趨向收斂值；T為當(dāng)前計(jì)算中所出現(xiàn)的遺傳代數(shù)，表示第t代中 最小的適應(yīng)度值，其中￡表示預(yù)設(shè)閾值。
【文檔編號(hào)】G08G1/01GK104332051SQ201410613935
【公開(kāi)日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】孫棣華, 鄭林江, 劉衛(wèi)寧, 趙敏, 韓坤琳 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)