本發(fā)明涉及高速公路管理技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法。

背景技術(shù)：

行程時間可靠性描述了交通出行能在某一時間范圍內(nèi)完成的概率。計算行程時間可靠性的方法主要有基于變異系數(shù)的行程時間可靠性和行程遭遇指數(shù)。

基于變異系數(shù)的行程時間可靠性是統(tǒng)計車輛的行程時間數(shù)據(jù)，將其變異系數(shù)作為行程時間可靠性；基于延遲行程指標的行程時間可靠性方法是將行程時間按照從小到大順序排列，利用行程遭遇指數(shù)來表示路網(wǎng)的不可靠性。利用變異系數(shù)指標可以消除不同路徑長度對行程時間的影響，而遭遇指數(shù)則是用來評價偶發(fā)因素對行程時間的影響。兩種方法在計算單條道路的行程時間可靠性是有效的，但對于大規(guī)模路網(wǎng)，由于各條道路設(shè)計速度不同，實際車輛速度差異很大，統(tǒng)計所有車輛速度并求均速度進行計算，較難準確反映實際路網(wǎng)運行的可靠程度。而利用bpr函數(shù)計算路段行程時間的方法中，由于路段的通行能力是一個隨機變量，行程時間不易確定，且該方法反而計算單條路段的行程時間，但并未直接反映其可靠性。

以上兩種方法均有上述局限性，為更直觀描述公路網(wǎng)絡(luò)的車輛運行的可靠程度，提出了基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性計算方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明公開了一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法。

其采用如下技術(shù)方案：一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，包括以下步驟：

s1：選定路網(wǎng)，確定其道路條數(shù)n，并確定每條道路的起終點；

s2：設(shè)定最大限速為v，取高速公路的設(shè)計速度，可得單位距離的行程時間，作為最小單位行程時間tmin；由每條高速公路的平均行程速度計算其單位行程時間，平均行程速度為設(shè)定時間范圍、高速公路的設(shè)定路段內(nèi)所有車輛平均速度的均值，并求第i條高速公路的單位行程時間ti與最小單位行程時間tmin的比值，稱為行程時間系數(shù)δi，其均值為δx，δx的值采用以下公式計算：

式中i＝1，……，n，n為道路條數(shù)；δx為行程時間系數(shù)；ti為第i條公路的單位行程時間；tmin為第i條公路的最小單位行程時間；

s3：設(shè)定臨近阻斷狀態(tài)的單位行程時間ti，計算此時的行程時間系數(shù)δd，稱為阻斷系數(shù)，δd的值采用以下公式計算：

δd為阻斷系數(shù)；ti,d為第i條公路臨近阻斷狀態(tài)的單位行程時間；

s4：計算行程時間系數(shù)δi及其均值為δx，計算延遲時間系數(shù)δi,80；設(shè)第i條高速公路的80％行程時間ti,80與最短單位行程時間tmix的比值稱為延遲時間系數(shù)δi,80，其均值為δx,80，δx,80的值采用以下公式計算：

式中δx,80為延遲時間系數(shù)；ti,80為第i公路的80％行程時間；

s5：最后利用δx、δd和δx,80計算行程時間可靠性rt，rt的值采用以下公式計算：

計算行程時間可靠性rt。

式中：δx,80為延遲時間系數(shù)；rt為行程時間可靠性，其取值為[0,1]，設(shè)定時間范圍內(nèi)的公路網(wǎng)區(qū)域其行程時間可靠性為單一數(shù)值。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，通過雷達檢測器和卡口檢測器中獲取每輛車的速度，進而得到所述所有車輛平均速度；所述雷達檢測器為微波雷達傳感器。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，所述雷達檢測器安裝在單車道中央的上方以檢測駛來或離去車流的交通參數(shù)。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，所述雷達檢測器安裝在多車道道路的路邊安裝以測量多條車道上車輛的交通參數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明的一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，在延遲時間系數(shù)不變的條件下，當(dāng)行程時間系數(shù)變化時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)具有相同的變化趨勢，即當(dāng)行程時間系數(shù)最小時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)的數(shù)值都達到最大值，且隨著低速道路條數(shù)增加，行程時間可靠性降低，三者變化規(guī)律基本一致。

(2)本發(fā)明的一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，在延遲時間系數(shù)不變的條件下，隨著低速道路條數(shù)的增加，路網(wǎng)的行程時間可靠性降低；隨著行程時間系數(shù)的增加，路網(wǎng)的行程時間可靠性也降低；當(dāng)速度降低時，路網(wǎng)的行程時間可靠性有加速降低的趨勢，符合實際路網(wǎng)的運行狀況。

(3)本發(fā)明的一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，在行程系數(shù)不變的條件下，隨著低速道路條數(shù)的增加，路網(wǎng)行程時間可靠性降低；隨著擁擠道路的條數(shù)增加，路網(wǎng)行程時間可靠性有加速降低的趨勢；且隨著行程時間系數(shù)和延遲系數(shù)的增加，路網(wǎng)行程時間可靠性有降低的趨勢，當(dāng)行程時間系數(shù)和延遲時間系數(shù)均達到最小值時，此時的路網(wǎng)行程時間可靠性的值最大，這也是符合實際路網(wǎng)的運行狀況的。

(4)本發(fā)明的一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，基于變異系數(shù)和遭遇指數(shù)的兩種方法在計算單條道路的行程時間可靠性是有效的，但對于大規(guī)模路網(wǎng)，由于各條道路設(shè)計速度不同，實際車輛速度差異很大，統(tǒng)計所有車輛速度并求均速度進行計算，不能反映實際路網(wǎng)運行的可靠程度；而以設(shè)計時速為基準的行程時間可靠性計算能有效反映不同交通狀態(tài)下的路網(wǎng)運行特性，適用于于大規(guī)模路網(wǎng)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；

圖1為基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性示意圖；

圖2為基于變異系數(shù)的行程時間可靠性示意圖；

圖3為基于延遲行程指標的行程時間可靠性；

圖4為基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性；

圖5為基于變異系數(shù)的行程時間可靠性；

圖6為基于延遲行程指標的行程時間可靠性。

具體實施方式

為使本發(fā)明的技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚完整的描述。

實施例1

一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，包括以下步驟：

s1：選定路網(wǎng)，確定其道路條數(shù)n，并確定每條道路的起終點；

s2：設(shè)定最大限速為v，取高速公路的設(shè)計速度，可得單位距離的行程時間，作為最小單位行程時間tmin；由每條高速公路的平均行程速度計算其單位行程時間，平均行程速度為設(shè)定時間范圍、高速公路的設(shè)定路段內(nèi)所有車輛平均速度的均值，并求第i條高速公路的單位行程時間ti與最小單位行程時間tmin的比值，稱為行程時間系數(shù)δi，其均值為δx，δx的值采用以下公式計算：

式中i＝1，……，n，n為道路條數(shù)；δx為行程時間系數(shù)；ti為第i條公路的單位行程時間；tmin為第i條公路的最小單位行程時間；

s3：設(shè)定臨近阻斷狀態(tài)的單位行程時間ti，計算此時的行程時間系數(shù)δd，稱為阻斷系數(shù)，δd的值采用以下公式計算：

δd為阻斷系數(shù)；ti,d為第i條公路臨近阻斷狀態(tài)的單位行程時間；

s4：計算行程時間系數(shù)δi及其均值為δx，計算延遲時間系數(shù)δi,80；設(shè)第i條高速公路的80％行程時間ti,80與最短單位行程時間tmix的比值稱為延遲時間系數(shù)δi,80，其均值為δx,80，δx,80的值采用以下公式計算：

式中δx,80為延遲時間系數(shù)；ti,80為第i公路的80％行程時間；

s5：最后利用δx、δd和δx,80計算行程時間可靠性rt，rt的值采用以下公式計算：

計算行程時間可靠性rt。

式中：δx,80為延遲時間系數(shù)；rt為行程時間可靠性，其取值為[0,1]，設(shè)定時間范圍內(nèi)的公路網(wǎng)區(qū)域其行程時間可靠性為單一數(shù)值。

優(yōu)選的，所述s3步驟設(shè)定臨近阻斷狀態(tài)的單位行程時間ti可取當(dāng)車輛平均速度為10km/h時,該值表示道路擁擠達到癱瘓的臨界狀態(tài)，低于此值則道路阻斷，高于此值道路為運行狀態(tài)。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，通過雷達檢測器和卡口檢測器中獲取每輛車的速度，進而得到所述所有車輛平均速度；所述雷達檢測器為微波雷達傳感器。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，所述雷達檢測器安裝在單車道中央的上方以檢測駛來或離去車流的交通參數(shù)。

進一步地，在上述技術(shù)方案中，所述雷達檢測器安裝在多車道道路的路邊安裝以測量多條車道上車輛的交通參數(shù)。

所述雷達檢測器具有精確度高、工作全天候、性價比高、安裝工程簡易、供電模式方便可選、通信方式靈活多變等優(yōu)點。而且它的工程安裝非常簡便，只需要將雷達感應(yīng)車輛檢測器按一定的技術(shù)要求固定在路邊的路燈桿上或龍門架上即可，并且只需要一臺筆記本電腦就可以完成參數(shù)設(shè)置，不用影響和中斷正常的交通，不像傳統(tǒng)的線圈感應(yīng)車輛檢測器那樣，在安裝過程中需要開挖原有路面。

采用卡口系統(tǒng)對道路的建設(shè)非常有意義，它可以很迅速捕捉到肇事車輛、違章車輛等，對公路運行車輛的構(gòu)成、流量分布、違章情況進行常年不斷的自動記錄，可為交通規(guī)劃，交通管理，道路養(yǎng)護部分提供重要的基礎(chǔ)和運行數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)記錄經(jīng)過卡口的每一輛車的信息，包括車牌號碼、車速、車型、經(jīng)過時間等，并保存在數(shù)據(jù)庫中，對過往卡口車輛的流量信息進行統(tǒng)計，并提供方便的數(shù)據(jù)搜索與瀏覽、報警設(shè)置等操作手段。能夠按時間、速度、車型、車輛牌照、行駛方向等條件查找、列表顯示；具有模糊查詢和精確查詢功能，為指揮中心提供管理與指揮的數(shù)據(jù)資料。

本實施例還具有以下應(yīng)用價值：

1)對于大規(guī)模路網(wǎng)，以設(shè)計時速為基準的行程時間可靠性計算能有效反映不同交通狀態(tài)下的路網(wǎng)運行特性，隨著擁擠道路的條數(shù)增加，路網(wǎng)行程時間可靠性有加速降低的趨勢；且隨著行程時間系數(shù)和延遲系數(shù)的增加，路網(wǎng)行程時間可靠性有降低的趨勢，當(dāng)且僅當(dāng)行程時間系數(shù)和延遲時間系數(shù)均達到最小值時，此時的路網(wǎng)行程時間可靠性的值最大；

2)通過行程時間可靠性和連通可靠性的加權(quán)計算，可從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運行狀態(tài)兩方面綜合評判路網(wǎng)交通的可靠程度；

3)目前國省干線公路網(wǎng)基本實現(xiàn)了全國縣及以上行政區(qū)的連接和覆蓋，我國高速公路已經(jīng)成網(wǎng)運行。高速公路的大規(guī)模建設(shè)已經(jīng)逐漸轉(zhuǎn)向運行管理，因此，對于公路網(wǎng)的行程時間可靠性的評價就愈加重要。使用該方法進行可靠性評價，可為各省市的交通主管部門以及路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務(wù)中心的日常工作及應(yīng)急管理提供決策依據(jù)。

4)從管理者的角度而言，高速公路行程時間可靠性可以為管理決策者制定合理的高速公路管理政策、措施提供科學(xué)依據(jù)；從出行者的角度而言，可以通過發(fā)布信息，便于出行者進行路徑的合理選擇以及對行程時間的合理預(yù)期，降低行程時間的不可靠性；從行程時間可靠性實施的基礎(chǔ)條件來看，高速公路的建設(shè)正在迅速發(fā)展，并且采用先進的技術(shù)和硬件設(shè)備，對各種監(jiān)控系統(tǒng)不斷升級優(yōu)化，力爭確保高速公路的安全和車流通暢，降低擁堵，減少延誤。

基于高速公路交通數(shù)據(jù)檢測，通過其采集、處理并發(fā)布各種信息來進行高速公路行程時間可靠性的監(jiān)控與發(fā)布，誘導(dǎo)、控制高速公路上車輛的運行，以此來提高高速公路上的行程時間可靠性。同時，隨著大部制的進一步推進，高速公路應(yīng)跟隨著這種理念，促進跨地區(qū)、跨部門、跨行業(yè)的協(xié)作，擁有應(yīng)急救援的支撐系統(tǒng)，使路政、運營、交警、醫(yī)療以及消防等部門實現(xiàn)聯(lián)動，以此來更好地保障出行者在高速公路上的行程時間可靠性。

實施例2

行程時間可靠性的新方法(基于延遲時間系數(shù))與其他方法對比分析：

設(shè)定高速公路網(wǎng)每條道路的車輛數(shù)相同，且假設(shè)路網(wǎng)所有車輛速度服從正態(tài)分布。當(dāng)最大限速和臨近阻斷速度給定時，rt僅與每條道路的車速有關(guān)，反映在公式中即為δx和δx,80兩個變量，所以可分成兩種情況，即不同行程時間系數(shù)下的擁擠道路行程時間可靠性和不同延遲時間系數(shù)下?lián)頂D道路行程時間可靠性。

給定臨近阻斷狀態(tài)的車輛平均速度vd＝10km/h，每條高速公路的最大限速為120km/h，用公式(2)計算可得阻斷系數(shù)為δd＝11。

對比例1

對比不同行程時間系數(shù)下低速道路的行程時間可靠性：

假設(shè)高速公路網(wǎng)所有道路的暢行速度均為110km/h，其中一條或多條道路處于低速狀態(tài)(如介于10km/h與110km/h之間)，利用公式(4)計算路網(wǎng)行程時間可靠性，此時路網(wǎng)的連通可靠性不變。

設(shè)定高速公路網(wǎng)所有道路的暢行速度均為110km/h，所有道路的80％速度均為50km/h，此時單位行程時間的方差為0.605min²。設(shè)各條道路車輛速度均值為70km/h、90km/h、110km/h，對應(yīng)的方差分別為0.166min²、0.401min²、0.508min²。當(dāng)部分道路的速度變化且不同速度下的低速道路條數(shù)逐漸增加時，根據(jù)不同方法計算的路網(wǎng)行程時間可靠性的變化規(guī)律如表1、圖1、圖2、圖3所示。

表1路網(wǎng)行程時間可靠性變化規(guī)律

圖1為基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性(vi＝70,90,100km/h)，由圖1可看出，在延遲時間系數(shù)不變的條件下，隨著低速道路條數(shù)的增加，路網(wǎng)的行程時間可靠性降低；隨著行程時間系數(shù)的增加，路網(wǎng)的行程時間可靠性也降低。當(dāng)速度為90km/h時，雖有多條低速道路，但路網(wǎng)行程時間可靠性降低不大，甚至所有道路均擁擠時，行程時間可靠性仍為0.719；當(dāng)?shù)退僦稻鶠?0km/h時，行程時間可靠性為0.69，路網(wǎng)運行是相對可靠的，而當(dāng)速度降低時，路網(wǎng)的行程時間可靠性有加速降低的趨勢，這也是符合實際路網(wǎng)的運行狀況的。

圖2為基于變異系數(shù)的行程時間可靠性(vi＝70,90,100km/h)，圖3為基于延遲行程指標的行程時間可靠性(vi＝70,90,100km/h)，通過對比圖1與圖2和圖3可看出，在延遲時間系數(shù)不變的條件下，當(dāng)行程時間系數(shù)變化時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)具有相同的變化趨勢，即當(dāng)行程時間系數(shù)最小時，也就是當(dāng)高速公路網(wǎng)所有道路的速度都達到暢行速度110km/h時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)的數(shù)值都達到最大值，且隨著低速道路條數(shù)增加，行程時間可靠性降低，三者變化規(guī)律基本一致。

基于變異系數(shù)的行程時間可靠性的計算結(jié)果分布范圍較大，部分結(jié)果大于1，從數(shù)值上不易直觀地反映行程時間的可靠程度；基于延遲行程指標的行程時間可靠性的計算結(jié)果變化規(guī)律與另外兩種基本一致，但在低速道路較多的情況下，個別結(jié)果有偏差，如低速道路條數(shù)為24至32條時，與實際運行規(guī)律不符合，且計算結(jié)果總體偏小，從數(shù)值大小上不易直觀反映行程時間的可靠程度。

對比例2

對比不同延遲時間系數(shù)下?lián)頂D道路的行程時間可靠性：

設(shè)定每條道路網(wǎng)的平均行駛速度為110km/h時，即高速公路網(wǎng)所有道路的單位行程時間的均值均為0.545min，隨著部分道路的單位行程時間的方差變化時，不同方法的行程時間可靠性變化規(guī)律如圖4到圖6所示。

圖4基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性(vi，80＝30,60,90km/h)，由圖4可以看出，在行程系數(shù)不變的條件下，隨著低速道路條數(shù)的增加，路網(wǎng)行程時間可靠性降低；隨著延遲時間系數(shù)的增加，即80％的平均速度降低時，路網(wǎng)的行程時間可靠性也降低。當(dāng)80％的平均速度為90km/h時，雖有多條道路擁擠，但路網(wǎng)行程時間可靠性降低不大，甚至所有道路均擁擠時，行程時間可靠性仍為0.861，路網(wǎng)運行是相對可靠的，而當(dāng)80％的平均速度降低時，路網(wǎng)的行程時間可靠性有加速降低的趨勢，這也是符合實際路網(wǎng)的運行狀況的。

圖5為基于變異系數(shù)的行程時間可靠性(vi，80＝30,60,90km/h)，圖6為基于延遲行程指標的行程時間可靠性(vi，80＝30,60,90km/h)，通過對比圖4與圖5和圖6可以看出，在行程時間系數(shù)不變的條件下，當(dāng)延遲時間系數(shù)變化時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)具有相同的變化趨勢，即當(dāng)延遲時間系數(shù)最小時，也就是當(dāng)高速公路網(wǎng)所有道路的80％的平均速度都達到速度100km/h時，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)的數(shù)值都達到最大值，進而證明了基于延遲時間系數(shù)的行程時間可靠性計算方法的有效性。

如前述，基于變異系數(shù)的行程時間可靠性的計算結(jié)果分布范圍較大，部分結(jié)果大于1，從數(shù)值上不易直觀地反映行程時間的可靠程度；基于延遲行程指標的行程時間可靠性的計算結(jié)果變化規(guī)律與另外兩種基本一致，但部分數(shù)值變化不連續(xù)，如低速vi，80＝30km/h和vi，80＝60km/h，當(dāng)有一條低速道路時，計算結(jié)果差距較大，不能準確反映整體路網(wǎng)運行的實際規(guī)律。

另外，由計算公式可知，基于延遲行程指標的行程時間可靠性得計算數(shù)值越小越好，從數(shù)值上看對于可靠程度的理解不如另外兩種方法直觀。

由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的一種基于延遲時間系數(shù)的高速公路行程時間可靠性計算方法，行程時間系數(shù)，行程時間可靠性與變異系數(shù)和遭遇指數(shù)變化規(guī)律基本一致；符合實際路網(wǎng)的運行狀況；設(shè)計時速為基準的行程時間可靠性計算能有效反映不同交通狀態(tài)下的路網(wǎng)運行特性，適用于于大規(guī)模路網(wǎng)。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。