專利名稱：一種區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通狀態(tài)評(píng)價(jià)領(lǐng)域，具體是一種從城市區(qū)域路網(wǎng)道路交通指標(biāo)參數(shù)中提取信息，并判斷區(qū)域路網(wǎng)范圍內(nèi)是否存在擁堵以及擁堵程度的區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。
背景技術(shù)：
隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國機(jī)動(dòng)車數(shù)量迅速增長，道路交通流量的激增導(dǎo)致城市擁堵日益嚴(yán)重。智能交通，作為解決現(xiàn)代交通需求與供給矛盾的首要途徑，其有效的工程實(shí)施不僅有利于提高當(dāng)前道路使用效率、增強(qiáng)車輛的安全性，而且有助于城市土地資源與能源的合理利用以及環(huán)境污染的改善。道路交通狀態(tài)識(shí)別作為智能交通系統(tǒng)中的前端技術(shù)，是指通過運(yùn)用科學(xué)的方法對(duì)交通流特征參數(shù)進(jìn)行分析與處理，對(duì)交通擁擠事件做出判斷，以減少其對(duì)正常交通的影響，保證道路暢通。如何根據(jù)現(xiàn)有的交通信息資源對(duì)城市路網(wǎng)交通狀態(tài)進(jìn)行有效的評(píng)估，準(zhǔn)確把握交通擁堵及其演變規(guī)律，是保證智能交通系統(tǒng)順利實(shí)施的先決條件?，F(xiàn)有的交通狀態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)都是在路段層次上，針對(duì)某單一路段或干線以及單一交叉口或交叉口群實(shí)現(xiàn)交通擁堵的狀態(tài)判別。然而，城市區(qū)域化建設(shè)與發(fā)展進(jìn)程的加快使城市中產(chǎn)生了中央商貿(mào)區(qū)(CBD)、工業(yè)區(qū)、住宅區(qū)等有不同特性的城市區(qū)域，這些區(qū)域已成為繼某些關(guān)鍵路段或路口之后交通監(jiān)控與管理的重點(diǎn)。在區(qū)域路網(wǎng)層次上進(jìn)行有效的交通狀態(tài)評(píng)估和管理，可以為道路出行者提供更加直觀、全面的區(qū)域交通擁堵發(fā)生及演變規(guī)律信息，同時(shí)也可以為道路管理者提供可靠的區(qū)域交通控制與交通誘導(dǎo)的依據(jù)。城市區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)估已成為道路交通狀態(tài)識(shí)別技術(shù)的重要研究內(nèi)容之一。路段和交叉口是組成區(qū)域路網(wǎng)的基本元素，區(qū)域交通擁擠也首先體現(xiàn)在路段或交叉口上。不同類型的道路或交叉口對(duì)所在區(qū)域的交通擁擠的影響是不同的。傳統(tǒng)的區(qū)域交通評(píng)價(jià)體系中，各路段對(duì)所在區(qū)域擁擠狀態(tài)的影響程度通常是由專家評(píng)分法確定。用該方法確定路段的影響權(quán)重時(shí)，往往是根據(jù)路段的一個(gè)指標(biāo)(如交通流量)或多個(gè)指標(biāo)進(jìn)行專家打分得到，具有較強(qiáng)的主觀性，易導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際的路況不一致。另外，基于傳統(tǒng)方法建立的評(píng)價(jià)模型的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，不易實(shí)現(xiàn)或運(yùn)算成本過大，進(jìn)而造成資源浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有區(qū)域路網(wǎng)擁堵評(píng)價(jià)技術(shù)中主觀性強(qiáng)、模型復(fù)雜等缺點(diǎn)和不足，為區(qū)域交通擁堵提供一種客觀、簡便的區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。它主要是在已知道路交通信息參數(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)選定的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)樣本集進(jìn)行主成分分析，確定各個(gè)路段的擁堵影響權(quán)重，然后利用模糊綜合評(píng)價(jià)法實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域交通狀態(tài)的定量評(píng)價(jià)，為道路使用者和道路管理者提供更加直觀的城市區(qū)域路網(wǎng)擁堵等級(jí)與擁堵指數(shù)的刻畫。本發(fā)明是一種區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，主要通過如下步驟實(shí)現(xiàn)步驟(I):提出一種適合于區(qū)域路網(wǎng)環(huán)境下的路段劃分方式，根據(jù)城市路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和道路等級(jí)對(duì)區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)的路段進(jìn)行整合，以整合后的路段作為評(píng)價(jià)影響區(qū)域擁擠狀況的基本單元；步驟⑵基于整合路段建立單向平均行程時(shí)間為指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，采集實(shí)時(shí)道路平均行程時(shí)間信息，建立實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫；步驟(3):對(duì)路段歷史平均行程時(shí)間信息進(jìn)行主成分分析，提取主成分并計(jì)算各個(gè)路段的權(quán)重，該權(quán)重作為區(qū)域路網(wǎng)交通狀態(tài)模糊綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重；步驟(4):建立不同路段的模糊評(píng)判集并運(yùn)用梯形隸屬度函數(shù)進(jìn)行路段單因素評(píng)價(jià)，結(jié)合步驟(3)所確立的權(quán)重，以 加權(quán)法進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，最后以隸屬度最大原則確定路網(wǎng)的擁堵狀態(tài)，給出擁堵指數(shù)；步驟(5):對(duì)實(shí)際路網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域擁堵等級(jí)判別并量化。所述步驟(I)中，為減少路段劃分?jǐn)?shù)量過多而帶來的誤差，降低數(shù)據(jù)處理復(fù)雜程度，本發(fā)明提出了一種適合于區(qū)域路網(wǎng)環(huán)境下的路段劃分方式，實(shí)現(xiàn)方法為綜合考慮路網(wǎng)中的道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和交通流的相似性，將多個(gè)路口包含在一個(gè)路段內(nèi)考慮，即待研究區(qū)域范圍內(nèi)同一條道路所包含的所有交叉口和所有交叉口之間的路段合并為一個(gè)路段單元，稱之為整合路段，并用整合路段作為影響區(qū)域擁堵的基本單元進(jìn)行交通狀態(tài)的估計(jì)，整合路段模型如附圖
I所示。所述步驟(2)中，實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫的建立過程為①路段平均行程時(shí)間的計(jì)算公式為
權(quán)利要求
1.一種區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法，其特征是，主要通過如下步驟實(shí)現(xiàn) 步驟(I):根據(jù)城市路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和道路等級(jí)對(duì)區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)的路段進(jìn)行整合，以整合路段作為判別區(qū)域擁擠的基本單元； 步驟(2):基于整合路段建立單向平均行程時(shí)間為指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系，采集實(shí)時(shí)道路平均行程時(shí)間信息，建立實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫； 步驟(3):對(duì)路段歷史平均行程時(shí)間信息進(jìn)行主成分分析，提取主成分并計(jì)算各個(gè)路段的權(quán)重，該權(quán)重作為區(qū)域路網(wǎng)交通狀態(tài)模糊綜合評(píng)價(jià)的指標(biāo)權(quán)重； 步驟(4):建立不同路段的模糊評(píng)判集并運(yùn)用梯形隸屬度函數(shù)進(jìn)行路段單因素評(píng)價(jià)，結(jié)合步驟(3)所確立的權(quán)重，以加權(quán)法進(jìn)行模糊綜合評(píng)判，并以隸屬度最大原則確定路網(wǎng)的擁堵狀態(tài)，給出擁堵指數(shù)； 步驟(5):對(duì)實(shí)際路網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通擁堵等級(jí)判別并量化。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述步驟(I)中，為減少路段劃分?jǐn)?shù)量過多而帶來的誤差，并降低數(shù)據(jù)處理復(fù)雜程度，對(duì)區(qū)域路網(wǎng)環(huán)境下的路段劃分方式為綜合考慮路網(wǎng)中的道路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和交通流的相似性，將多個(gè)路口包含在一個(gè)路段內(nèi)考慮，即待研究區(qū)域范圍內(nèi)同一條道路所包含的所有交叉口和所有交叉口之間的路段合并為一個(gè)路段單元，稱之為整合路段，并用整合路段作為影響區(qū)域擁堵的基本單元進(jìn)行交通狀態(tài)的估計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述步驟(2)中，實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)庫的建立過程為 ①路段平均行程時(shí)間計(jì)算公式為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述步驟(3)中，主成分分析法確定權(quán)重的步驟如下 ①計(jì)算樣本協(xié)方差矩陣及其特征值和特征向量 首先確定樣本平均行程時(shí)間矩陣的協(xié)方差矩陣，然后通過對(duì)協(xié)方差矩陣進(jìn)行QR分解求得協(xié)方差矩陣的特征值，設(shè)為A1S A2SKS X 2N;同時(shí)利用反冪法計(jì)算協(xié)方差矩陣不同特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量，并正交單位化，記之為~ e2, K，e2N ； ②提取主成分根據(jù)步驟①所得到協(xié)方差矩陣的特征值和特征向量，計(jì)算路網(wǎng)內(nèi)各路段平均行程時(shí)間樣本矩陣T的第i個(gè)主成分Yi,公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述步驟(4)中模糊綜合評(píng)價(jià)步驟如下 ①建立評(píng)價(jià)因素集，即路網(wǎng)內(nèi)各個(gè)道路不同方向的車輛平均行程時(shí)間集； ②建立評(píng)判集，即根據(jù)《城市道路交通管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(2008年版)》給出的高峰時(shí)段主干道車速等級(jí)分布，參照步驟(2)中平均行程時(shí)間評(píng)價(jià)指標(biāo)，將路網(wǎng)交通狀態(tài)分為暢通、正常、緩慢、擁堵和嚴(yán)重?fù)矶挛鍌€(gè)等級(jí)； ③單因素評(píng)價(jià)，即對(duì)組成區(qū)域路網(wǎng)的每一個(gè)路段進(jìn)行評(píng)價(jià)分級(jí)；根據(jù)具體每個(gè)路段的道路等級(jí)狀況和路段長度，對(duì)每個(gè)路段交通狀態(tài)進(jìn)行五等級(jí)劃分，并確定隸屬度函數(shù)，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣，記為R ; ④模糊綜合評(píng)價(jià)，即根據(jù)獲得的權(quán)重矩陣W和模糊關(guān)系矩陣R，對(duì)所選定的區(qū)域路網(wǎng)交通狀態(tài)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，評(píng)判集記為B，評(píng)價(jià)公式為 B = WoR = (b1； b2, b3, b4, b5) 其中，評(píng)判集中的匕、b2、b3、b4、b5分別代表暢通、正常、緩慢、擁堵和嚴(yán)重?fù)矶?，模糊算子采用加?quán)法，評(píng)價(jià)結(jié)果遵循最大隸屬度原則。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評(píng)價(jià)方法，其特征是，所述步驟(5)中，對(duì)實(shí)際路況分析并實(shí)現(xiàn)擁堵評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)過程如下在電子地圖上選取一定區(qū)域范圍的路網(wǎng)，首先基于離線歷史數(shù)據(jù)所述步驟(3)對(duì)該區(qū)域路網(wǎng)交通信息進(jìn)行主成分分析，得到路段影響權(quán)重，然后利用所述步驟(4)對(duì)所在區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)擁堵評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果為區(qū)域擁堵等級(jí)和擁堵指數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種客觀、簡便的區(qū)域交通狀態(tài)評(píng)價(jià)方法。其方法為1)將區(qū)域路網(wǎng)內(nèi)的路段進(jìn)行預(yù)處理，以整合路段進(jìn)行交通狀態(tài)的估計(jì)和評(píng)價(jià)；2)選取路段平均行程時(shí)間為評(píng)價(jià)指標(biāo)，以體現(xiàn)出不同路段的特征差異；3)對(duì)歷史平均行程時(shí)間數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，提取樣本主成分，并求取各個(gè)路段的影響權(quán)重；4)建立評(píng)價(jià)因素集、評(píng)判集，對(duì)不同路段進(jìn)行單因素評(píng)價(jià)，結(jié)合所確定的權(quán)重，對(duì)整個(gè)城市區(qū)域路網(wǎng)擁堵狀態(tài)進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)；5)對(duì)實(shí)際路網(wǎng)進(jìn)行評(píng)價(jià)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域擁堵等級(jí)判別并量化。它有效克服了人的主觀因素對(duì)交通狀態(tài)評(píng)價(jià)的不利影響，評(píng)價(jià)結(jié)果客觀合理，方法思路清晰、簡單可行，對(duì)區(qū)域交通狀態(tài)監(jiān)控和管理有重要意義。
文檔編號(hào)G08G1/00GK102637357SQ20121008422
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月27日
發(fā)明者劉海青, 吳磊, 楊立才, 王德偉 申請(qǐng)人:山東大學(xué)