基于宏觀基本圖的路網(wǎng)關(guān)鍵路段識別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于城市路網(wǎng)重點(diǎn)路段識別與管控領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于宏觀基本圖的 路網(wǎng)關(guān)鍵路段識別方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 交通擁堵是有限的交通供給與不斷增長的交通需求之間的矛盾，隨著機(jī)動車保有 量快速增長，交通擁堵從單個路段擁堵逐漸演變?yōu)檎w路網(wǎng)擁堵，城市交通環(huán)境日益惡化， 成為世界性難題。為了避免城市路網(wǎng)出現(xiàn)整體交通擁堵，亟需找出對路網(wǎng)交通狀態(tài)有重要 影響的關(guān)鍵路段，通過對關(guān)鍵路段進(jìn)行優(yōu)化控制，疏導(dǎo)和平衡路網(wǎng)中的交通流，降低路網(wǎng)的 擁堵程度，緩解路網(wǎng)交通擁堵狀態(tài)。目前，識別路網(wǎng)中關(guān)鍵路段的方法主要從路網(wǎng)的靜態(tài)拓 撲結(jié)構(gòu)中識別對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)有重要作用的重點(diǎn)路段。然而，實(shí)際問題在于：路網(wǎng)結(jié)構(gòu)是靜態(tài) 的，而路網(wǎng)交通狀態(tài)卻是動態(tài)變化的。對路網(wǎng)結(jié)構(gòu)有重要作用的重點(diǎn)路段不一定是對路網(wǎng) 交通狀態(tài)有重要影響的關(guān)鍵路段。因此，在實(shí)際交通管理中，通過路網(wǎng)靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)找到的 重要路段，并不能成為疏導(dǎo)路網(wǎng)交通擁堵的關(guān)鍵。如何尋求一種客觀化的路網(wǎng)關(guān)鍵路段識 別方法，能夠在貼合當(dāng)前城市路網(wǎng)實(shí)際動態(tài)變化路況的同時，確保其計算數(shù)據(jù)的高針對性 和準(zhǔn)確性，從而能夠?yàn)榻煌ü芾碚咦R別重點(diǎn)路段，管控路網(wǎng)交通擁堵狀態(tài)提供精準(zhǔn)依據(jù)，W 在交通擁堵來臨前實(shí)施關(guān)鍵路段的優(yōu)化控制策略，最終保障城市路網(wǎng)的交通楊通性，為本 領(lǐng)域技術(shù)人員近年來所亟待解決的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種更為精確客觀的基于宏觀基 本圖的路網(wǎng)關(guān)鍵路段識別方法。本方法可在貼合當(dāng)前城市路網(wǎng)實(shí)際動態(tài)變化路況的同時， 確保其計算數(shù)據(jù)的高針對性和準(zhǔn)確性需求，從而能夠?yàn)榻煌ü芾碚咦R別重點(diǎn)路段，管控路 網(wǎng)交通擁堵狀態(tài)提供精準(zhǔn)依據(jù)，進(jìn)而可在交通擁堵來臨前實(shí)施關(guān)鍵路段的優(yōu)化控制策略， W最終保障城市路網(wǎng)的交通楊通性。
[0004] -種基于宏觀基本圖的路網(wǎng)關(guān)鍵路段識別方法，包括W下步驟：
[0005] 1)、在路網(wǎng)中每個路段中間部署微波雷達(dá)檢測器，獲取每個路段上的微波雷達(dá)檢 測器的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)至少包括路段交通流量、平均車速和時間占有率數(shù)據(jù)；
[0006] 2)、確定一個采集周期，根據(jù)每條路段的交通流量、平均車速和時間占有率數(shù)據(jù)， 計算路網(wǎng)A每一個采集周期內(nèi)的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度，計算公式如下：
[000引其中，qW是路網(wǎng)A每個采集周期對應(yīng)的加權(quán)交通流量;k"是路網(wǎng)A每個采集周期對應(yīng) 的非加權(quán)密度;qi，ki，0i為i路段的流量、密度和時間占有率；Ii是路段i的長度；S是車輛空 間平均有效長度；
[0009] 3)、取一天之內(nèi)路網(wǎng)A所有采集周期所對應(yīng)的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度作為樣 本集合，記為：
[0010] Q=KqMc^) I q- = q-i,q-2......q"。;k。= k"i，......k。。}
[0011] 4)、根據(jù)樣本集合中的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度數(shù)據(jù)，繪制宏觀基本圖的散點(diǎn) 圖；
[0012] 采用回歸方程擬合宏觀基本圖加權(quán)交通流量-飛加權(quán)密度曲線，確定回歸系數(shù)，計 算路網(wǎng)A的臨界加權(quán)交通流量qW〇;
[001引5)、設(shè)宏觀基本圖回歸方程為qW=e0+Mku)2+02ku+e，根據(jù)樣本集合中的加權(quán)交通 流量和非加權(quán)密度數(shù)據(jù)，將其錄入回歸方程計算模型，獲得路網(wǎng)A的M抑回歸系數(shù)階、01、阮和 統(tǒng)計誤差e;
[0014]將宏觀基本圖回歸方程轉(zhuǎn)化為下式：
[0016]當(dāng)取I
為0值時，反推qw值，得到路網(wǎng)A的MFD曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán)交通 流量值，計算公式如下：
[001引其中，qW0是路網(wǎng)A的M抑曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán)交通流量;是路網(wǎng)A的M抑 回歸系數(shù)；
[0019] 6)、任意刪除某一路段i，計算去除該路段后路網(wǎng)A(-i)的Mro每一個采集周期內(nèi)的 加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度，計算公式如下：
[00別]其中，q(-i)w是路網(wǎng)4村每個采集周期對應(yīng)的加權(quán)交通流量;k(-i)u代表路網(wǎng)4村每 個采集周期對應(yīng)的非加權(quán)密度;Qj，kj，〇j為路網(wǎng)A(-i)中j路段的流量、密度和時間占有率;Ij 是路段j的長度；
[0022] 根據(jù)路網(wǎng)A(-u樣本集合中的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度數(shù)據(jù)，繪制路網(wǎng)A(-u的宏 觀基本圖的散點(diǎn)圖，W宏觀基本圖回歸方程q(-i)w=fV+&/化(-1)叩+抗/k(-i)u+e/，計算路網(wǎng) Aw的MFD曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán)交通流量值，計算公式如下：
[0024] 其中，qV是路網(wǎng)抑曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán)交通流量;(6(/、&/是路 網(wǎng)回歸系數(shù)；
[0025] 比較初始路網(wǎng)A和去除路段i后的路網(wǎng)A(-i)之間加權(quán)交通流量的浮動情況，記為浮 動值A(chǔ)qi,若Aqi大于等于闊值r，則路段i是路網(wǎng)關(guān)鍵路段，浮動值A(chǔ)qi的計算方法如下：
[0026] Aqi=|qVq"i〇'
[0027] 7)、采用K均值聚類分析法對{A qi}進(jìn)行分類，提取闊值r和關(guān)鍵路段。
[0028] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0029] (1)改善了傳統(tǒng)的單純依靠路網(wǎng)靜態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)識別重要路段，不能不能直觀貼合 當(dāng)前路網(wǎng)的動態(tài)交通特性需求等缺陷。本發(fā)明W宏觀基本圖的方式，通過回歸方程模型計 算，依靠路網(wǎng)加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度的動態(tài)關(guān)系，完整呈現(xiàn)路網(wǎng)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(dāng)前路網(wǎng)"的交通動態(tài)特性。本方法利用路段上微波雷達(dá) 檢測器來點(diǎn)對點(diǎn)的采集數(shù)據(jù)，精確化的獲得繪制宏觀基本圖散點(diǎn)圖的樣本集合，采用回歸 分析方法擬合初始路網(wǎng)A和去除路段i后的路網(wǎng)A(-i)的宏觀基本圖，進(jìn)而計算獲得路網(wǎng)A和 路網(wǎng)Ay)的臨界加權(quán)交通流量。本發(fā)明通過比較路網(wǎng)Ay)與路網(wǎng)A的臨界加權(quán)交通流量浮動 值，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)客觀判斷路段i對路網(wǎng)整體交通狀態(tài)的影響程度，其適應(yīng)性和管理針對性顯 然更強(qiáng)。通過對浮動值進(jìn)行K均值聚類分析，有效的改進(jìn)了傳統(tǒng)的靜態(tài)判定和經(jīng)驗(yàn)判定路網(wǎng) 關(guān)鍵路段的不足，其方法精細(xì)化程度和高，運(yùn)行可靠而穩(wěn)定；
[0030] (2)本發(fā)明依靠貼合動態(tài)交通數(shù)據(jù)的點(diǎn)對點(diǎn)計算過程，最終識別對路網(wǎng)交通擁堵 狀態(tài)具有重要影響的關(guān)鍵路段。識別關(guān)鍵路段后，一旦路網(wǎng)出現(xiàn)交通擁堵的趨勢，則交通管 理者即可優(yōu)先針對關(guān)鍵路段進(jìn)行優(yōu)化控制，疏散和平衡路網(wǎng)交通流;并判斷在什么時刻安 排警力，W進(jìn)一步合理地干預(yù)城市路網(wǎng)的交通管理。通過上述操作手段，最終為交通管理部 口提前預(yù)警和疏導(dǎo)路網(wǎng)交通擁堵提供決策支持技術(shù)。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明的方法流程示意圖；
[0032]圖2為在路網(wǎng)MFD曲線下的臨界加權(quán)交通流量qW〇和非加權(quán)密度機(jī)的位置關(guān)系圖； [003引圖3為實(shí)施例1中，樣本數(shù)據(jù)的24小時路網(wǎng)MFD散點(diǎn)圖和擬合曲線圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0035] 本發(fā)明是一種基于宏觀基本圖的路網(wǎng)關(guān)鍵路段識別方法，流程如圖1所示，包括W 下步驟：
[0036] 1)、在路網(wǎng)中每個路段中間部署微波雷達(dá)檢測器，獲取每個路段上的微波雷達(dá)檢 測器的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)至少包括路段交通流量、平均車速和時間占有率數(shù)據(jù)；
[0037] 2)、確定一個采集周期，根據(jù)每條路段的交通流量、平均車速和時間占有率數(shù)據(jù)， 計算路網(wǎng)A每一個采集周期內(nèi)的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度，計算公式如下：
[0039]其中，qw是路網(wǎng)A每個采集周期對應(yīng)的加權(quán)交通流量;k"是路網(wǎng)A每個采集周期對應(yīng) 的非加權(quán)密度;Qi，ki，Oi為i路段的流量、密度和時間占有率;Ii是路段i的長度，單位km; S是 車輛空間平均有效長度，一般取5.5m;
[0040] 3)、取一天之內(nèi)路網(wǎng)A所有采集周期所對應(yīng)的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度作為樣 本集合，記為：
[0041 ] Q=KqMc^) I q" = q"i,q"2......q"。;k。= k"i，......k^n},
[0042] 其中，qw代表路網(wǎng)A每個采集周期對應(yīng)的加權(quán)交通流量pcu/h;ku代表路網(wǎng)A每個采 集周期對應(yīng)的非加權(quán)密度，單位pcu/km;
[0043] 4)、根據(jù)樣本集合中的加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度數(shù)據(jù)，繪制宏觀基本圖(MFD)的 散點(diǎn)圖；
[0044] 采用回歸方程擬合宏觀基本圖加權(quán)交通流量-飛加權(quán)密度曲線，確定回歸系數(shù)，計 算路網(wǎng)A的臨界加權(quán)交通流量qW〇。其中，回歸系數(shù)及曲線擬合過程，采用常規(guī)數(shù)學(xué)領(lǐng)域的回 歸方程模型進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入及擬合計算即可，此處就不再寶述。
[0045] 5)、設(shè)宏觀基本圖回歸方程為qW=e〇+Mku)2+02ku+e，根據(jù)樣本集合中的加權(quán)交通 流量和非加權(quán)密度數(shù)據(jù)，將其錄入回歸方程計算模型，獲得路網(wǎng)A的M抑回歸系數(shù)階、01、阮和 統(tǒng)計誤差e;
[0046] 根據(jù)回歸曲線的數(shù)學(xué)意義，曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的值即是最大臨界加權(quán)交通流量和臨界 非加權(quán)密度值。此處的最大臨界加權(quán)交通流量對應(yīng)路網(wǎng)A擁堵的臨界加權(quán)交通流量，即路網(wǎng) 擁堵的臨界值。為便于計算臨界加權(quán)交通流量，將宏觀基本圖回歸方程轉(zhuǎn)化為下式：
[004引當(dāng)取
為0值時，反推qw值，即可得到路網(wǎng)A的M抑曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán) 交通流量值，計算公式如下：
[0050] 其中，qW〇是路網(wǎng)A的M抑曲線頂點(diǎn)對應(yīng)的臨界加權(quán)交通流量;是路網(wǎng)A的MFD 回歸系數(shù)。
[0051] 6)、任意刪除某一路段i，計算去除該路段后路網(wǎng)A(-i)的MH)每一個采集周期內(nèi)的 加權(quán)交通流量和非加權(quán)密度，計算公式如下：
[0053] 其中，q(-i)w是路網(wǎng)A(-u每個采集周期對應(yīng)的加權(quán)交通流量pcu/h;k(-i)u代表路網(wǎng) A(-i誨個采集周期對應(yīng)的非加權(quán)密度，單位pcu/km;qj，kj，〇j為路網(wǎng)A(-i)中j路段的流量、密 度和時間占有率;1堤