基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，首先獲取待評估路段各對比時期的車檢器速度流量數(shù)據(jù)，利用速度流量關(guān)系曲線，確定積分的上下限；并且將積分總區(qū)間劃分為多個小區(qū)間段進(jìn)行處理，同時以各區(qū)間段數(shù)據(jù)量占總數(shù)量的占比作為各區(qū)間積分值的權(quán)重，獲得各自的交通運行狀態(tài)表征值，最后通過對比分析表征值來判斷相對優(yōu)劣，并獲得定量分析結(jié)果。實現(xiàn)對交通運行狀態(tài)定性及定量的對比分析，從交通運行狀態(tài)的整體平均效果來綜合反映路段同比時期的運行效率。利用參與對比分析的各條速度—流量關(guān)系曲線的上下位置關(guān)系及其各自的變化趨勢來直觀地定性反映各自交通運行狀態(tài)的相對優(yōu)劣；實際可操作性強(qiáng)，簡單易行，容易理解。
【專利說明】基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及交通運行狀態(tài)分析領(lǐng)域，特別涉及一種道路交通運行狀態(tài)評估方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市交通和高速公路的運行規(guī)模越來越大，交通的運行狀 況對于城市整體運行效率的影響程度也日益突出，但當(dāng)前交通存在很多問題，如交通擁堵 情況越來越嚴(yán)重，交通環(huán)境日益惡化，交通道路利用不合理等，這需要在積極發(fā)展交通運行 狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的同時，建立交通運行狀況分析評價方法，此外，路段交通運行狀況的分析評 價是有效管理和運營道路、充分發(fā)揮其潛力的關(guān)鍵，科學(xué)有效的評價交通運行狀況可為運 營管理部門提供分析、管理、決策的方法和依據(jù)，有助于提高路段運營管理水平和服務(wù)水 平。
[0003] 當(dāng)前對道路交通運行狀況的評價，均是基于反映道路交通運行效率的多個方面設(shè) 計評價指標(biāo)來表征運行狀況，常用的評價指標(biāo)如：交通量、飽和度、瞬時速度、平均行駛速 度、平均行程速度、交通密度、車頭時距和車頭間距、占有率、平均行程時間、平均行程延誤、 路段擁擠系數(shù)或者擁擠度等。并且，多數(shù)研究是通過單個指標(biāo)值或基于綜合評價方法的多 指標(biāo)綜合評價，來對比分析路段不同時期的交通運行狀況。但這樣相對繁瑣，而且略顯不夠 直觀。
[0004] 因此需要一種能綜合反映路段同比時期的運行效率的狀態(tài)評估方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道 路交通運行狀態(tài)評估方法。
[0006] 本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
[0007] 本發(fā)明提供的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，包括以下 步驟：
[0008]S1:獲取待評估路段各對比時期的車檢器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)規(guī)范性地存儲于數(shù)據(jù)表 中，所述數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)項包括各車道的速度、流量；
[0009]S2:對獲取的車檢器進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并對各車道數(shù)據(jù)分別處理，同時將處理后的 數(shù)據(jù)規(guī)范性地存儲于數(shù)據(jù)表中；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理包括兩大部分：將車檢器車流量轉(zhuǎn)換為標(biāo) 準(zhǔn)車車流量，以及剔除異常數(shù)據(jù)；
[0010] S3 :利用經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后的路段實際車檢器速度和流量數(shù)據(jù)，實施待評估路段 不同時期速度一流量關(guān)系曲線的擬合；采用如下二次曲線的形式來擬合路段的實際速度一 流量關(guān)系：
[0011]V=aq2+bq+c
[0012] 式中：V表示速度；Q表示流量；A、B、C為回歸系數(shù)；
[0013]S4:確定對道路交通運行狀態(tài)評估的分析方式，如果進(jìn)行定性分析，則可根據(jù)曲線 的位置關(guān)系及其各自的變化趨勢給出定性分析結(jié)果，并結(jié)束道路交通運行狀態(tài)評估過程； 如果進(jìn)行定量分析，轉(zhuǎn)至步驟S5實施定量分析；
[0014]S5:所述定量分析利用獲得的速度一流量關(guān)系曲線，根據(jù)有效的數(shù)據(jù)范圍，確定積 分的上下限；并且將整個流量積分總區(qū)間劃分為多個小區(qū)間段進(jìn)行處理，采用積分運算獲 得定量分析結(jié)果。
[0015] 進(jìn)一步，所述步驟S5中的定量分析具體步驟如下：
[0016]S51:根據(jù)路段的設(shè)計時速及車檢器的檢測性能確定整個流量區(qū)間內(nèi)的積分總區(qū) 間；
[0017]S52:按一定的組距將積分總區(qū)間劃分為多個小區(qū)間段，獲得多個積分區(qū)間段，并 以各區(qū)間的起止點作為各自的積分上下限值；
[0018]S53:對各曲線的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定各自每個分區(qū)間段內(nèi)數(shù)據(jù)量占樣本 總數(shù)的比例Pi，并以比例Pi作為各區(qū)間段積分值的權(quán)重；
[0019]S54:針對路段不同時期的曲線，對上述劃分的多個區(qū)間段沿曲線分別實施積分運 算，獲得各區(qū)間段內(nèi)的交通運行狀態(tài)表征值或相互間的交通運行狀態(tài)相對表征值，按以下 公式定義兩個指標(biāo)來表征：
[0020] (1)受通運行狀態(tài)差異表征值A(chǔ)S=S2-Si;
[0021] (2)交通運行狀態(tài)相對差異比率

【權(quán)利要求】
1. 基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其特征在于：包括以下步 驟： 51 :獲取待評估路段各對比時期的車檢器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)規(guī)范性地存儲于數(shù)據(jù)表中，所 述數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)項包括各車道的速度、流量； 52 :對獲取的車檢器數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，并對各車道數(shù)據(jù)分別處理，同時將處理后的 數(shù)據(jù)規(guī)范性地存儲于數(shù)據(jù)表中；所述數(shù)據(jù)預(yù)處理包括兩大部分：將車檢器車流量轉(zhuǎn)換為標(biāo) 準(zhǔn)車車流量，以及剔除異常數(shù)據(jù)； 53 :利用經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理后的路段實際車檢器速度和流量數(shù)據(jù)，實施待評估路段不同 時期速度一流量關(guān)系曲線的擬合；采用如下二次曲線的形式來擬合路段的實際速度一流量 關(guān)系： V=aq2+bq+c 式中：V表示速度；Q表示流量;A、B、C為回歸系數(shù)； S4:確定對道路交通運行狀態(tài)評估的分析方式，如果進(jìn)行定性分析，則可根據(jù)曲線的位 置關(guān)系及其各自的變化趨勢給出定性分析結(jié)果，并結(jié)束道路交通運行狀態(tài)評估過程；如果 進(jìn)行定量分析，轉(zhuǎn)至步驟S5實施定量分析； S5 :所述定量分析利用獲得的速度一流量關(guān)系曲線，根據(jù)有效的數(shù)據(jù)范圍，確定積分的 上下限；并且將整個流量積分總區(qū)間劃分為多個小區(qū)間段進(jìn)行處理，采用積分運算獲得定 量分析結(jié)果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述步驟S5中的定量分析具體步驟如下： S51 :根據(jù)路段的設(shè)計時速及車檢器的檢測性能確定整個流量區(qū)間內(nèi)的積分總區(qū)間； S52:按一定的組距將積分總區(qū)間劃分為多個小區(qū)間段，獲得多個積分區(qū)間段，并以各 區(qū)間的起止點作為各自的積分上下限值； S53 :對各曲線的數(shù)據(jù)樣本進(jìn)行統(tǒng)計分析，確定各自每個分區(qū)間段內(nèi)數(shù)據(jù)量占樣本總數(shù) 的比例Pi，并以比例Pi作為各區(qū)間段積分值的權(quán)重；比例Pi按以下公式進(jìn)行計算：
式中，隊為路段某個對比時期速度一流量曲線樣本總數(shù)；ni為路段某個對比時期曲線 各分區(qū)間段內(nèi)的樣本數(shù)據(jù)量； S54:針對路段不同時期的曲線，對上述劃分的多個區(qū)間段沿曲線分別實施積分運算， 獲得各區(qū)間段內(nèi)的交通運行狀態(tài)表征值或相互間的交通運行狀態(tài)相對表征值，按以下公式 定義兩個指標(biāo)來表征： (1) 交通運行狀態(tài)差異表征值A(chǔ)S=S2-Si; (2) 交通運行狀態(tài)相對差異比率
其中，SpS2分別表示各曲線在一定流量區(qū)間內(nèi)對應(yīng)的交通運行狀態(tài)表征值；采用在一 定流量區(qū)間內(nèi)沿曲線對流量進(jìn)行積分實施定量測算，其定量測算采用以下公式：
式中，Qbl表示對比時期1在一定流量區(qū)間內(nèi)的積分上限值；Qal表示對比時期1在一定 流量區(qū)間內(nèi)的積分下限值A(chǔ)表示對比時期1的速度一流量關(guān)系式二次項系數(shù)辦表示對 比時期1的速度一流量關(guān)系式一次項系數(shù)表示對比時期1的速度一流量關(guān)系式常數(shù)項； Qb2表示對比時期2在一定流量區(qū)間內(nèi)的積分上限值；Qa2表示對比時期2在一定流量區(qū)間內(nèi) 的積分下限值；A2表示對比時期2的速度一流量關(guān)系式二次項系數(shù)；B2表示對比時期2的 速度一流量關(guān)系式一次項系數(shù)；C2表示對比時期2的速度一流量關(guān)系式常數(shù)項； S55 :對路段不同時期的曲線，利用各自的比例？1對各區(qū)間段的交通運行狀態(tài)相關(guān)定量 表征值加權(quán)計算，獲得待評估路段不同時期各自速度一流量關(guān)系曲線對應(yīng)的交通運行狀態(tài) 相關(guān)表征值或相互間的交通運行狀態(tài)相對表征值（S1、S2、AS、AJ;按以下方式給出定量 分析結(jié)果： (1)根據(jù)積分算式和比例Pi計算得到各曲線對應(yīng)的交通運行狀態(tài)相關(guān)表征值，所述交 通運行狀態(tài)相關(guān)表征值包括不同時期的交通運行狀態(tài)表征值Si、S2、交通運行狀態(tài)差異表征 值A(chǔ)S以及交通運行狀態(tài)相對差異比率A以交通運行狀態(tài)相關(guān)表征值Si、S2、AS和A按 如下方式計算： 1) 若各曲線的積分總區(qū)間不同，即有各分區(qū)間段不相同，則不可直接求取ASJPAm， 即各分區(qū)間內(nèi)的交通運行狀態(tài)差異表征值、相對差異比率，需要先求取各曲線各分區(qū)間段 的Si⑴和S2W，再利用各曲線各分區(qū)間段的Si⑴和S2⑴求取AS和；
式中：QalW、Pi⑴分別表示對比時期1曲線第i個分區(qū)間的積分上限值、積分下 限值、樣本數(shù)據(jù)量占比；Qb2W、Qa2W、P2a)分別表示對比時期2曲線第i個分區(qū)間的積分上限 值、積分下限值、樣本數(shù)據(jù)量占比；S1W和S2W分別表示各對比時期曲線第i個分區(qū)間段的 交通運行狀態(tài)表征值&表示對比時期1曲線積分總區(qū)間包含的分區(qū)間段數(shù)量；n2表示對 比時期2曲線積分總區(qū)間包含的分區(qū)間段數(shù)量； 2) 若各曲線的積分總區(qū)間相同，即有各分區(qū)間段相同，則有：
式中，ASi表示各分區(qū)間內(nèi)的交通運行狀態(tài)差異表征值；Am表示各分區(qū)間內(nèi)的交通 運行狀態(tài)相對差異比率；n表示各曲線的積分總區(qū)間包含的分區(qū)間段數(shù)量，此時各曲線的 分區(qū)間段數(shù)相同；其他參數(shù)含義類似上述； (2)根據(jù)AS或與"0"的關(guān)系，判別路段不同時期交通運行狀態(tài)的相對好壞，并給 出定量分析結(jié)果（AS或;判別方法如下： A. 若AS>0或A^X)，則表示路段在時期2的交通運行狀態(tài)優(yōu)于時期1，且提升值 為AS或相對提升A B. 若AS<0或A^<〇,則表示路段在時期2的交通運行狀態(tài)差于時期1，且負(fù)提升 值為AS或相對提升A^ C. 若AS= 0或4^ = 0,則表示路段在時期2的交通運行狀態(tài)與時期1基本相當(dāng)；此 時，需要進(jìn)一步做定性判別，若曲線基本完全重合，則說明對比的兩個時期的交通運行狀態(tài) 基本相當(dāng)；若曲線不完全重合，而存在交叉且不能區(qū)分哪條曲線更多地位于上方時，則通過 曲線的平緩程度來判斷，曲線更平緩，表示在流量增加時速度降低更緩，該時期的交通運行 更平穩(wěn)，即交通運行狀態(tài)相對略好； (3)若選擇了多個車道對比分析，則按上述步驟完成各車道的定量分析后，求取各車道 定量分析結(jié)果AS或的均值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述步驟S2中的車檢器車流量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)車車流量按以下公式進(jìn)行：
式中，Q為換算后的標(biāo)準(zhǔn)車車流量&為第i種車型的流量值;Wi為第i種車型的換算 系數(shù)；m為車型數(shù)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述步驟S2中的剔除異常數(shù)據(jù)按以下公式進(jìn)行： 521 :根據(jù)速度、流量的實際有效性按以下方式剔除明顯錯誤的數(shù)據(jù)，具體如下： 對以下幾類情況的數(shù)據(jù)進(jìn)行剔除： 剔除速度大于〇,但流量等于〇的數(shù)據(jù)； 剔除速度等于〇,但流量大于〇的數(shù)據(jù)； 522 :利用車檢器速度數(shù)據(jù)的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來做異常數(shù)據(jù)的剔除處理，具體規(guī)則如下： 1) 如果存在f- 3avSv,+ 3av，則為有效數(shù)據(jù)，不予剔除； 2) 如果存在或者^>" + 35，則判定Vi所對應(yīng)的該條數(shù)據(jù)為異常數(shù)據(jù)，應(yīng)予 剔除；其中，3〇為篩選標(biāo)準(zhǔn)，表示獲取實測的路段車檢器數(shù)據(jù)中的速度正態(tài)分布三倍均方 差為待分析時段內(nèi)的車檢器速度數(shù)據(jù)均值，標(biāo)準(zhǔn)差為〇v，實際車檢器速度值為Vi。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述步驟S51中的積分總區(qū)間按以下步驟來確定： 5511 :確定積分總區(qū)間的上限，對用于擬合各曲線的樣本數(shù)據(jù)分別進(jìn)行統(tǒng)計分析，獲取 流量最大值，作為整個流量區(qū)間的上限值； 5512 :確定積分總區(qū)間的下限，具體如下： 記路段最高限速為V0,速度為縱軸，從縱軸上的最高限速V0處，作直線V=V0 ;利用最 高限速來輔助確定積分下限； 當(dāng)直線V=V0與待分析的兩條曲線在低流量區(qū)域均相交時，則積分總區(qū)間的下限為最 高限速V0 ; 當(dāng)直線V=V0在待分析的兩條曲線的上方時，則積分下限值按以下方式設(shè)定：獲取設(shè) 車檢器檢測性能要求單位檢測時間內(nèi)車流量值為Q0,作直線Q=Q0 ;分別與兩條曲線相交 點，作為各曲線對應(yīng)的積分下限； 當(dāng)直線V=V0與兩條曲線均相交，若曲線上的相交點處于低流量處，則取各自的交點 所對應(yīng)的流量值作為積分下限值；若所設(shè)定的下限值欠合理，則獲取設(shè)車檢器檢測性能要 求單位檢測時間內(nèi)車流量值為Q0,作直線Q=Q0 ;分別與兩條曲線相交點，作為各曲線對應(yīng) 的積分下限； 當(dāng)直線V=V0在低流量區(qū)域只與某一條曲線相交，則取該點流量值與Q0的均值作為 積分下限值； 當(dāng)直線V=VO在低流量區(qū)域位于兩條曲線下方或均未相交時，則獲取設(shè)車檢器檢測性 能要求單位檢測時間內(nèi)車流量值為Q0,作直線Q=Q〇;分別與兩條曲線相交點，作為各曲線 對應(yīng)的積分下限； 當(dāng)按上述方法確定的積分下限值處沒有實際數(shù)據(jù)點，則判斷該積分下限值是否大于Q0,若判斷結(jié)果為"大于"，則取經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)樣本中的流量最小值作為積分下限值； 否則獲取設(shè)車檢器檢測性能要求單位檢測時間內(nèi)車流量值為Q0,作直線Q=Q0 ;分 別與兩條曲線相交點，作為各曲線對應(yīng)的積分下限；若積分下限值為Q0時也沒有實際數(shù)據(jù) 點，則取經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)樣本中的流量最小值作為積分下限值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述在不同的時期各自速度一流量關(guān)系曲線對應(yīng)的積分總區(qū)間采用將整個流量 區(qū)間分段處理的方式進(jìn)行計算，具體如下： 1) 若不需要保障每一個分區(qū)間段均在同等流量下進(jìn)行對比，則各對比時期曲線積分的 總區(qū)間不同，根據(jù)權(quán)利要求5中所述方法求取各曲線的積分總區(qū)間； [Qa(i)，Qb(i)]; 其中，i= 1、2...，表示不同時期的曲線積分總區(qū)間，即對比時期i的曲線積分區(qū)間； 2) 若需要保障每一個分區(qū)間段均在同等流量下進(jìn)行對比，即各對比時期曲線積分取同 一積分總區(qū)間；獲得各曲線對應(yīng)的區(qū)間，選擇各區(qū)間較小下限值作為積分總區(qū)間的下限，選 擇較大上限值作為積分總區(qū)間的上限，將各曲線的積分總區(qū)間取為同一積分總區(qū)間，所述 同一積分總區(qū)間[Qa，Qb]的確定規(guī)則為： A?若Qal彡Qa2，且有Qal彡Qa2，則取積分總區(qū)間為：[Qa2,Qb2]; B. 若Qal >Qa2，且有Qbl >Qb2，則取積分總區(qū)間為：[Qa2,Qbl]; C. 若Qal <Qa2，且有Qbl <Qb2，則取積分總區(qū)間為：[Qal，Qb2]; D. 若Qal彡Qa2，且有Qbl >Qb2，則取積分總區(qū)間為：[Qal，Qbl]。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于路段速度、流量數(shù)據(jù)的道路交通運行狀態(tài)評估方法，其 特征在于：所述積分總區(qū)間[QaW，QMi)](或[Qa，Qb])按以下步驟進(jìn)行確定分區(qū)間的上下 限： 按一定的組距m將各曲線積分總區(qū)間[QaW，QMi)](或同一積分總區(qū)間[Qa，Qb])劃分為n個小分區(qū)間段，每一個小分區(qū)間段以各區(qū)間的起止點作為各自的積分上下限值，具體如 下： 1)若各曲線積分總區(qū)間不是取同一區(qū)間，則各自劃分的分積分區(qū)間如下： [Qa(i). Qa(i)+m]； [Qa(i)+m,Qa(i)+2m]； [Qa(i)+2m,Qa(i)+3m]； [Qa(i)+(n_2)m,Qa(i) + (n-l)m]； [Qa(i)+(n-l)m,Qb(i)]； 其中，i= 1、2...，表示上述所分區(qū)間對應(yīng)不同時期的曲線i，即上述所分區(qū)間為對比 時期i曲線積分的各分積分區(qū)間段； 2)若各曲線積分總區(qū)間取用同一區(qū)間[Qa，Qb]，則劃分的分積分區(qū)間如下： [Qa,Qa+m]； [Qa+m,Qa+2m]； [Qa+2m,Qa+3m]； [Qa+ (n-2)m,Qa+ (n-1)m]; [Qa+ (n-l)m,Qb] 〇
【文檔編號】G08G1/01GK104408916SQ201410617969
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】趙敏, 孫棣華, 劉衛(wèi)寧, 羅例東 申請人:重慶大學(xué)