基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于城市高架道路交通分流疏通領域，具體涉及一種基于交通基本圖的高 架道路路段交通擁堵臨界值計算方法。
【背景技術】
[0002] 交通擁堵是經濟發(fā)展不平衡導致的人口分布不均、城市交通供給有限及城市布局 與經濟發(fā)展不匹配等各種社會矛盾的集中體現，是一個世界性難題。相對于處于地面的地 面交通而言，立體交通向的高架道路更是具有相對較高的封閉特性，一旦擁堵，極易造成長 距離、大范圍堵塞，甚至區(qū)域路網癱瘓，乘客及駕駛者也會往往面臨進退失據的局面。雖然 國家《道路通行狀態(tài)信息發(fā)布規(guī)范》（GA/T994-2012)標準確定了高架道路通行狀態(tài)與機動 車行駛速度對應表，以用來對比當前高架道路行駛數據，為交通管理者提供交通分流及誘 導參考。然而，實際問題在于：由于各城市發(fā)展程度不同、區(qū)域道路規(guī)劃的區(qū)別，甚至同一區(qū) 域各高架道路間還存在路況車道差異等，上述僅僅理想化和靜態(tài)化的統(tǒng)一規(guī)定，往往存在 靈活度不足和缺乏適應性的缺點，從而遠遠無法達到完美的針對性貼合各路段高架道路的 動態(tài)使用需要。如何尋求一種操作簡潔而合理的客觀化的交通擁堵計算方式，能夠在貼合 當前城市當前高架道路實際動態(tài)變化路況的同時，亦可確保其計算數據的高精確性和高針 對性，從而能夠為交通管理者進行在線交通分流提供精準依據，以在交通擁堵來臨前部署 警力及執(zhí)行交通分流誘導操作，最終保障高架道路的交通暢通性，為本領域技術人員近年 來所亟待解決的技術難題。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的為克服上述現有技術的不足，提供一種更為高效快捷的基于交通基 本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法。本方法可在貼合當前城市當前高架道路實 際動態(tài)變化路況的同時，亦可確保其計算數據的高精確性和高針對性需求，從而能夠為交 通管理者進行在線交通分流提供精準依據，進而可在交通擁堵來臨前部署警力及執(zhí)行交通 分流誘導操作，以最終保障高架道路的交通暢通性。
[0004] 為實現上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：
[0005] -種基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法，其特征在于包括 以下步驟：
[0006] 1)、根據高架道路出、入口匝道位置，以連接相鄰出、入口匝道的高架橋路定為一 個高架道路路段；獲取每個高架道路段上的微波雷達檢測器的設備數據，該數據至少包括 高架道路路段交通流量數據和各車輛行駛速度數據；
[0007] 2)、確定一個采集周期，根據該高架道路路段交通流量和車輛速度數據，計算每條 路段每一個采集周期內的交通流量和車輛平均速度；
[0008] 3)、取一天之內所有采集周期所對應的交通流量和車輛平均速度作為樣本集合， 記為：
[0009] Q= {(χ, y) I χ = X1, χ2......xn；y = y i, y2......yn}，
[0010] 其中，
[0011] X代表高架道路路段交通流量；
[0012] y代表高架道路路段車輛平均車速，單位km/h ;
[0013] 4)、根據樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數據，繪制交通基本圖的散點 圖；
[0014] 5)、以流量-速度基本圖回歸方程X= (Y) 2+β2Υ+ε，根據樣本集合中的交 通流量和車輛平均速度數據，將其錄入回歸方程計算模型，獲得回歸系數β。、βρ β2和統(tǒng) 計誤差ε ;
[0015] 根據回歸曲線的數學意義，曲線頂點對應的值即是最大交通流量和臨界車輛速度 值，將上述流量-速度基本圖回歸方程轉化為下式：
[00'
為0值時，反推Y值，得到曲線頂點對應的最大交通流量情況下的平 均臨界車輛速度Vni;將前述各述回歸系數及統(tǒng)計誤差ε代入回歸方程，計算獲得該高架道 路路段的最大交通流量時路段的平均臨界車輛速度Vni和暢通車輛速度V f的數值，計算公式 如下：
[0019] 其中，Vni和V f的單位均為km/h。
[0020] 所述步驟1)中，微波雷達檢測器的設備數據還包括當前設備編號數據、所處位置 編號數據以及當前所處的交通道路路段名稱ID數據。
[0021] 所述步驟2)中，一個采集周期為一小時；交通流量是每一小時內該交通道路路段 通過的所有當量的小汽車總數，車輛平均車速是采集周期內所有車輛行駛速度的平均值。 [0022] 本發(fā)明的主要優(yōu)點在于：
[0023] 1)、拋棄了傳統(tǒng)的單純依靠國標對應表的方式所導致的諸如操控靈活性低以及不 能直觀貼合當前高架道路的動態(tài)通行需求等諸多缺陷。本發(fā)明以交通基本圖的方式，通過 回歸方程模型計算，依靠交通流量和平均車速的動態(tài)關系，完整呈現道路交通狀態(tài)動態(tài)變 化曲線，直觀而針對性的精確反映了"當前道路"的交通動態(tài)特性。本方法利用高架道路路 段上微波雷達檢測器來點對點的采集數據，精確化的獲得繪制交通基本圖散點圖的樣本集 合，采用回歸分析方法擬合流量-速度基本圖，進而計算獲得臨界車速和暢通車速。本發(fā)明 通過點對點的數據取樣，實現了指定區(qū)域指定路段的現實化和貼合化管理，其適應性和管 理針對性顯然更強。通過以上述高架道路的動態(tài)交通數據，也有效的改進了經驗判定和傳 統(tǒng)的標準靜態(tài)判定高架道路交通擁堵性的不足，其方法精細化程度高，運行極為可靠而穩(wěn) 定。
[0024] 本發(fā)明依靠上述點對點的計算過程，最終獲取暢通車輛速度和該高架道路路段的 最大交通流量時路段平均臨界車輛速度。在獲得上述速度后，一旦該高架道路路段的平均 行駛速度低于上述平均臨界車輛速度，則交通管理者即可進行交通疏散分流及誘導操作； 并判斷在什么時刻安排警力，以進一步的合理化干預高架道路交通管理。反之，一旦該高架 道路路段的平均行駛速度高于暢通車輛速度，也就意味目前該段高架道路路段車況極好。 交通管理者可考慮在交通分流時，建議駕駛員優(yōu)先選擇該段高架道路路段行駛，以提升高 架的道路資源利用率。通過上述操作首端，最終為交通管理部門更加細致掌握高架道路交 通狀態(tài)，提前預警交通擁堵提供決策支持技術。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的工作流程示意圖；
[0026] 圖2為在流量-速度曲線下的平均臨界車輛速度Vni和暢通車輛速度V f的位置關 系圖；
[0027] 圖3為實施例1中，樣本數據的24小時交通量-車速單點關系圖；
[0028] 圖4為實施例1中，樣本數據的交通流量-速度曲線圖。
【具體實施方式】
[0029] 為便于理解，此處結合圖1-2對本發(fā)明的實施過程作以下進一步描述：
[0030] -種基于交通基本圖的高架道路路段交通擁堵臨界值計算方法，該方法包括以下 步驟：
[0031 ] 1)、根據高架道路出入口匝道位置，將高架道路劃分為入口匝道、出口匝道和高架 路段；此處需獲取數據的高架道路路段，也即為上述連接相鄰出、入口匝道的高架橋路段。
[0032] 2)、獲取每個高架道路路段微波雷達檢測器的設備數據，該數據至少包括高架道 路路段交通流量數據和車輛速度數據。
[0033] 3)、根據高架道路路段交通流量和車輛速度數據，計算每條路段一個采集周期內 的交通流量和車輛平均速度；取一天之內所有采集周期所對應的交通流量和車輛平均速度 作為樣本集合，記為Q = {(X，y) |χ = χι，χ2......xn;y = y 1，y2......yj，其中χ代表高架 道路路段交通流量，y代表高架道路路段車輛平均車速。
[0034] 4)、根據樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數據，繪制交通基本圖的散點圖； 采用回歸方程擬合交通基本圖流量-速度曲線，確定回歸系數，計算該高架道路路段的最 大交通流量時路段平均臨界車輛速度Vni，和暢通車輛速度Vf。其中，回歸系數及曲線擬合過 程，采用常規(guī)數學領域的回歸方程模型進行數據錄入及擬合計算即可，此處就不再贅述。
[0035] 上述中的微波雷達檢測器的設備數據，還包括設備編號、所處位置編號以及路段 名稱數據等。而一個采集周期的范圍通常為一小時，交通流量是采集周期內路段通過的所 有當量小汽車總數，車輛平均車速是采集周期內所有車輛速度的平均值。
[0036] 采用回歸方程擬合交通基本圖流量-速度曲線是指，設置流量-速度基本圖回 歸方程為X = β C+β i (Y)2+β 2Υ+ε，根據樣本集合中的交通流量和車輛平均速度數據，計 算回歸系數β。、βρ β2和統(tǒng)計誤差ε ;將回歸系數及統(tǒng)計誤差代入轉化后的回歸方程
[0037] 如圖2所示，當取
為〇值時，反推Y值，得到曲線頂點對應的最大交通流 量情況下的平均臨界車輛速度Vni;獲得平均臨界車輛速度V "和暢通車輛速度V f值，計算公 式如下：
[0039] 其中，