一種基于路網(wǎng)拓撲關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)方法
【專利摘要】一種基于路網(wǎng)拓撲關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)方法，首先將路網(wǎng)內(nèi)的路段劃分為路網(wǎng)進口路段、出口路段和內(nèi)部路段三類，并確定有交通生成的路段，所需的最少檢測路段數(shù)量即為路網(wǎng)進口路段與有交通生成路段數(shù)之和；然后根據(jù)交叉口交通流量守恒規(guī)律，建立路網(wǎng)流量守恒方程組；接著根據(jù)道路等級與費用對路段進行檢測優(yōu)先排序，取其逆序作為檢測權(quán)重；最后以檢測路段集的優(yōu)先性最高為優(yōu)化目標，以檢測器布設(shè)的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立檢測器布設(shè)優(yōu)化模型，并采用貪婪算法進行求解，確定檢測器的最優(yōu)布設(shè)位置?？稍诮档吐肪W(wǎng)交通流檢測系統(tǒng)建設(shè)與維護費用的同時，避免OD矩陣調(diào)查的高昂成本和出行者路徑選擇行為的失真假設(shè)。
【專利說明】—種基于路網(wǎng)拓撲關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明屬于城市道路交通【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]網(wǎng)絡(luò)交通流量的獲取在城市交通規(guī)劃、設(shè)計與控制管理等領(lǐng)域至關(guān)重要。由于城市道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)模龐大(通常包括上萬條路段)，在所有路段都安裝交通流量檢測器不僅意味著巨大的建設(shè)費用投入，也將帶來運營管理工作中驚人的維護費用，在實際應(yīng)用中不具有可行性。采用少量檢測設(shè)備完成路網(wǎng)流量采集的方法受到關(guān)注，檢測器數(shù)量與布設(shè)位置的確定是這一方法中的核心問題。
[0003]傳統(tǒng)的基于部分檢測路段流量進行網(wǎng)絡(luò)流量推算的方法多采用先進行交通需求(Origin/Destination, 0D)矩陣反算，再通過交通分配得到所有路段流量的思路，因此，已有的路網(wǎng)交通流量檢測器布設(shè)方法多以O(shè)D反算效果的提升為目的，形成的方法實質(zhì)是一些原則性的建議，比如：0D對覆蓋原則、OD對間最大流量比例原則、最大流量攔截原則和路段流量無關(guān)原則等，并未給出確切的方法。同時，面向OD反算的檢測器布設(shè)方法需以歷史OD矩陣為先驗信息，并需建立在一定的出行者路徑選擇行為假設(shè)基礎(chǔ)之上。歷史OD矩陣的獲取需要定期進行大規(guī)模的交通需求調(diào)查，高昂的調(diào)查成本使得很多城市望而卻步，即使是一些經(jīng)濟條件好的城市，此類調(diào)查也是每隔數(shù)年才開展一次，OD矩陣的更新速度十分緩慢。同時，眾多研究結(jié)果也表明，出行者路徑選擇行為十分復(fù)雜，現(xiàn)有的假設(shè)與實際符合程度不高。
[0004]方法不明確、先驗信息獲取成本高、出行者路徑選擇行為假設(shè)偏離現(xiàn)實等一系列問題導(dǎo)致已有方法在實際應(yīng) 用中推廣困難。中國專利CN102306450A公開了一種稀疏路網(wǎng)交通檢測器布局方法，該方法面向稀疏公路網(wǎng)交通事件檢測提出，并非一種針對城市密集道路網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測技術(shù)。
[0005]綜上所述，設(shè)計一種不依賴于歷史OD矩陣和出行者路徑選擇行為假設(shè)的網(wǎng)絡(luò)交通流檢測器布設(shè)方法將可提高城市建設(shè)道路網(wǎng)絡(luò)檢測系統(tǒng)的經(jīng)濟和技術(shù)可行性，從而為城市的交通規(guī)劃、設(shè)計、控制管理等工作提供更好的數(shù)據(jù)支撐。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于給出一種新的網(wǎng)絡(luò)交通流檢測器布設(shè)方法，該方法能夠在降低路網(wǎng)交通流檢測系統(tǒng)建設(shè)與維護費用的同時，避免OD矩陣調(diào)查的高昂成本和出行者路徑選擇行為的失真假設(shè)，提高系統(tǒng)的經(jīng)濟和技術(shù)適用性。
[0007]為了實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明基于路網(wǎng)拓撲關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)交通檢測器布設(shè)方法步驟包括：
[0008]I)對路網(wǎng)中的路段按其在路網(wǎng)中所處的位置進行分類；
[0009]2)確定路網(wǎng)中有交通生成的路段；
[0010]3)確定所需的最少的檢測器數(shù)量；[0011]4)根據(jù)交叉口交通進出流量守恒，針對所有的路網(wǎng)內(nèi)部路段和路網(wǎng)出口路段建立流量守恒方程，形成流量守恒線性方程組，得到流量守恒系數(shù)矩陣；
[0012]5)將路網(wǎng)內(nèi)所有路段作為備選檢測路段，建立流量檢測系數(shù)矩陣，與流量守恒系數(shù)矩陣共同組成檢測器布設(shè)優(yōu)化系數(shù)矩陣；
[0013]6)對路網(wǎng)內(nèi)所有路段按檢測優(yōu)先順序進行排序，優(yōu)先等級越高，排序數(shù)字越小。以逆序作為路段檢測的權(quán)重；
[0014]7)以檢測路段集的優(yōu)先性最高（即權(quán)重和最高）為優(yōu)化目標，以檢測器布設(shè)的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)優(yōu)化模型，并采用貪婪算法求解模型，確定檢測器的最優(yōu)布設(shè)位置；
[0015]8)上述方法在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網(wǎng)內(nèi)部的交通生成時，可以快速給出一種不依賴于路網(wǎng)內(nèi)部拓撲關(guān)系的封閉環(huán)式檢測器布局。
[0016]進一步，所述流量檢測器是指環(huán)形線圈、視頻、紅外、微波等所有可以獲取道路斷面流量的檢測器。
[0017]所述路網(wǎng)中路段的分類方法是：設(shè)路網(wǎng)由η條有向路段組成，以數(shù)字編號為
1,2,……，η，路段集記為A= {1,2,……，η}。將其中僅為路網(wǎng)范圍內(nèi)交叉口進口道的路段作為路網(wǎng)進口路段；僅為交叉口出口道的路段作為路網(wǎng)出口路段，其他路段為路網(wǎng)內(nèi)部路段，設(shè)路網(wǎng)出口路段數(shù)與內(nèi)部路段數(shù)之和為m。
[0018]所述有交通生成的路段是指在分析時段內(nèi)路段上的交通產(chǎn)生量與吸引量不等的路段，設(shè)此類路段數(shù)量為g。
[0019]所述最少檢測器數(shù)量為路網(wǎng)進口路段數(shù)與有交通生成路段數(shù)之和，即n-m+g。
[0020]所述流量守恒系數(shù)矩陣的確定方法為：取Xi為路段i的流量，Si為路段i上的交通生成量，定義為交通產(chǎn)生量與交通吸引量之差，Bij為路段j在其下游交叉口轉(zhuǎn)向路段i的流量比例，有O ( Bij ( 1，當路段i不是路段j下游交叉口的出口路段時，Bij = O。則對于路網(wǎng)內(nèi)部路段和出
口路段中的任意一條路段I根據(jù)交叉口流量守恒均可列出方程Xfr= Σ OijXj+St,共可列出《個這樣的方程。對于有交通生成的路段，為了表達方便，可在這上游交叉口分別增加一條進口虛擬路段，這些虛擬路段以n+l，n+2，…，n+g進行編號，轉(zhuǎn)入路段k的流量比例aw = I。取這些方程組成的線性方程組的系數(shù)矩陣作為流量守恒系數(shù)矩陣：
[0021]
【權(quán)利要求】
1.一種基于路網(wǎng)拓撲關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)方法，其特征在于：其包括以下步驟： 1)對路網(wǎng)中的路段按其在路網(wǎng)中所處的位置進行分類； 2)確定路網(wǎng)中有交通生成的路段； 3)確定所需的最少檢測路段數(shù)量； 4)根據(jù)交叉口交通進出流量守恒，針對所有的路網(wǎng)內(nèi)部路段和路網(wǎng)出口路段建立流量守恒方程，形成流量守恒線性方程組，得到流量守恒系數(shù)矩陣； 5)將路網(wǎng)內(nèi)所有路段作為備選檢測路段，建立流量檢測系數(shù)矩陣，與流量守恒系數(shù)矩陣共同組成檢測器布設(shè)優(yōu)化系數(shù)矩陣； 6)對路網(wǎng)內(nèi)所有路段按檢測優(yōu)先順序進行排序,優(yōu)先等級越高,排序數(shù)字越小；以逆序作為路段檢測的權(quán)重； 7)以檢測路段集的優(yōu)先性最高即權(quán)重和最高為優(yōu)化目標，以檢測器布設(shè)的數(shù)量、檢測器優(yōu)化系數(shù)矩陣的秩為約束條件，建立網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)優(yōu)化模型，并采用貪婪算法求解模型，確定檢測器的最優(yōu)布設(shè)位置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述方法在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網(wǎng)內(nèi)部的交通生成時，能夠快速給出一種不依賴于路網(wǎng)內(nèi)部拓撲關(guān)系的封閉環(huán)式檢測器布局。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述流量檢測器為可以獲取道路斷面交通流量的檢測器，包括：環(huán)形線圈檢測器、視頻檢測器、紅外檢測器、微波檢測器。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：設(shè)路網(wǎng)由η條有向路段組成，以數(shù)字編號為1,2,……，η，路段集記為A= {1,2,……，η};所述路網(wǎng)中路段的分類方法是：將其中僅為路網(wǎng)范圍內(nèi)交叉口進口道的路段作為路網(wǎng)進口路段；僅為交叉口出口道的路段作為路網(wǎng)出口路段，其他路段為路網(wǎng)內(nèi)部路段。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述有交通生成的路段是指在分析時段內(nèi)路段上的交通產(chǎn)生量與吸引量不等的路段。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述最少檢測器數(shù)量為路網(wǎng)進口路段數(shù)與有交通生成路段數(shù)之和。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述流量守恒系數(shù)矩陣的確定方法為：取\為路段i的流量,Si為路段i上的交通生成量，定義為交通產(chǎn)生量與交通吸引量之差，au為路段j在其下游交叉口轉(zhuǎn)向路段i的流量比例，有O ( Bij ( 1，當路段i不是路段j下游交叉口的出口路段時，au = O ;取路網(wǎng)出口路段數(shù)與內(nèi)部路段數(shù)之和為m，則對于路網(wǎng)內(nèi)部路段和出口路段中的任意一條路段k，根據(jù)交叉口流量守丨旦均可列出方程Xt = [ OkjXj + Sk，共可列出m個這樣的方程；對于有交通生成的路段，設(shè)此類路段數(shù)量為g，可隹路段上游交叉口分別增 加一條交叉口進口虛擬路段，將這些虛擬路段以n+l，n+2，…，n+g進行編號，轉(zhuǎn)入路段k的流量比例aw = I ;取這些方程組成的線性方程組的系數(shù)矩陣作為流量守恒系數(shù)矩陣：
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述檢測器布局優(yōu)化矩陣的確定方法是： 取Yj代表路段j是否被檢測，Yj = I代表路段j被檢測= O代表路段j不被檢測。則路網(wǎng)的流量檢測系數(shù)矩陣為：
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述路網(wǎng)內(nèi)路段檢測的優(yōu)先排序方法為：以道路等級為主要因素，檢測設(shè)備的安裝維護費用為次要因素進行排序，高等級道路的優(yōu)先級高于低等級道路，對同一道路等級內(nèi)的所有路段按檢測設(shè)備安裝維護所需費用的逆序進行排序，所需費用越低，優(yōu)先級別越高。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布設(shè)優(yōu)化模型為：
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述的網(wǎng)絡(luò)交通流量檢測器布局優(yōu)化模型求解的貪婪算法步驟為： ①將矩陣仏中后n+g行所有yk，ke{I,-,n+g}以I代替，可形成矩陣C2 :
12.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述不依賴于路網(wǎng)內(nèi)部拓撲關(guān)系的封閉環(huán)式檢測器布局是指：在無需考慮路段檢測的優(yōu)先排序和路網(wǎng)內(nèi)部的交通生成時，由于流量守恒系數(shù)矩陣C為為行向量滿秩矩陣，只要在路網(wǎng)所有進口路段布設(shè)檢測器，形成一個“封閉環(huán)”，就可以保證檢測器布局優(yōu)化矩陣C1的秩為n+g，因此可以得到路網(wǎng)內(nèi)所有路段的流量。
【文檔編號】G08G1/065GK103489316SQ201310410323
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月10日
【發(fā)明者】邵敏華, 孫立軍 申請人:同濟大學(xué)