一種區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法，屬于交通控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)今，隨著私家車的逐漸普及，道路交通所面臨的壓力也越來(lái)越大，堵車逐漸成為 了一個(gè)普遍的社會(huì)現(xiàn)象。因此，如何及時(shí)有效的預(yù)測(cè)堵車的發(fā)生，其意義重大。
[0003] 現(xiàn)有的有關(guān)堵車預(yù)測(cè)的相關(guān)專利，比如申請(qǐng)公布號(hào)：CN103038117A，申請(qǐng)者設(shè)計(jì)的 堵車預(yù)測(cè)算法，在該專利中通過(guò)對(duì)規(guī)定時(shí)間的自車輛的速度的頻域分析得出功率譜、又根 據(jù)功率譜斜率隨時(shí)間變化的計(jì)算結(jié)果對(duì)堵車進(jìn)行預(yù)測(cè)；
[0004] 比如申請(qǐng)公布號(hào)：CN103262135A，申請(qǐng)者設(shè)計(jì)的堵車預(yù)測(cè)算法，在該專利中首先對(duì) 自車輛加速度的頻域分析得出與頻率對(duì)應(yīng)的功率譜；其次，對(duì)功率譜進(jìn)行一元回歸直線運(yùn) 算，并對(duì)規(guī)定頻率范圍內(nèi)的一元回歸直線斜率變化量的極大值求解；然后，檢測(cè)自車輛與先 行車輛的車間距離，根據(jù)推定法推定的車間距離分布計(jì)算協(xié)方差和斜率變化量的極大值推 定前方車群分布；最后，根據(jù)實(shí)時(shí)的車群分布實(shí)現(xiàn)堵車預(yù)測(cè)；
[0005] 上述的兩個(gè)專利雖能實(shí)現(xiàn)對(duì)堵車的預(yù)測(cè)，但其不僅涉及的輔助裝置多，且涉及到 的預(yù)測(cè)方法計(jì)算復(fù)雜度高，計(jì)算量大，不能快速、高效的預(yù)測(cè)堵車情況的發(fā)生。針對(duì)以上背 景，本發(fā)明專利設(shè)計(jì)了一種區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法，用以解決上 述問(wèn)題。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法，首先，建立基站信息數(shù) 據(jù)庫(kù)；其次，計(jì)算單個(gè)基站在高速公路上的覆蓋區(qū)間以及單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi) 不同行駛方向上的車容量；然后，根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，計(jì)算單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi) 不同行駛方向上的平均車間距；最后，通過(guò)整合區(qū)域內(nèi)高速公路沿線所有基站在其高速公 路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上平均車間距的數(shù)據(jù)，構(gòu)建二維分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)高速 公路的堵車預(yù)測(cè)。
[0008] 具體步驟為：
[0009] Stepl:建立基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)：針對(duì)區(qū)域內(nèi)的高速公路，按照高速公路沿線基站連 續(xù)分布的順序依次對(duì)基站進(jìn)行編碼，記為：〇=[01，02, 0；5,...，0i](i=1，2, 3,......）；并 依次將高速公路沿線各個(gè)基站A的高度Hi、最大覆蓋半徑民、位置信息登記記錄，建立基站 信息數(shù)據(jù)庫(kù)；
[0010] Step2 :計(jì)算單個(gè)基站h在高速公路上的覆蓋區(qū)間：數(shù)據(jù)中心調(diào)用基站信息數(shù)據(jù) 庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并選取數(shù)據(jù)庫(kù)中第一條數(shù)據(jù)中的基站作為當(dāng)前基站〇 1;針對(duì)當(dāng)前基站，根據(jù)當(dāng) 如基站的尚度私、基站的最大覆蓋半徑民，利用勾股定理計(jì)算基站到基站在尚速公路上最 遠(yuǎn)覆蓋點(diǎn)的水平距離S1;
[0011] 具體計(jì)算公式如下：
[0013] 根據(jù)基站到尚速公路的最短距尚Dp基站到基站在尚速公路上的最遠(yuǎn)覆蓋點(diǎn)的水 平距離Si，利用勾股定理計(jì)算單個(gè)基站在高速公路上的覆蓋區(qū)間L1;
[0014] 具體計(jì)算公式如下：
[0016] Step3 :計(jì)算單個(gè)基站0;在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的車容量：
[0017] Step3. 1 :篩選出單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間上的所有移動(dòng)終端；
[0018] Step3. 1. 1 :數(shù)據(jù)中心調(diào)出當(dāng)前基站所有接入的移動(dòng)終端的數(shù)據(jù)信息；
[0019] Step3. 1. 2 :選取第一條數(shù)據(jù)信息中的移動(dòng)終端，查詢?cè)撘苿?dòng)終端切換到當(dāng)前基站 時(shí)其被切換的基站的信息，結(jié)合基站信息數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，查詢判斷這兩個(gè)是否為Stepl 基站編碼順序中連續(xù)的兩個(gè)基站；
[0020] 1、查詢結(jié)果為"是"，則判斷該移動(dòng)終端是基站在高速公路覆蓋區(qū)間上的移動(dòng)終 端，并根據(jù)被切換基站與當(dāng)前基站的編碼順序，確定該移動(dòng)終端的移動(dòng)方向，進(jìn)而確定汽車 在尚速公路上的彳丁駛方向；最后，將該移動(dòng)終端切換當(dāng)如基站的切換時(shí)間、移動(dòng)終端的當(dāng)如 信號(hào)強(qiáng)度以及該移動(dòng)終端的移動(dòng)方向存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心；
[0021] 2、查詢結(jié)果為"否"，則判斷該移動(dòng)終端不是基站在高速公路覆蓋區(qū)間上的移動(dòng)終 端；
[0022] Step3. 1. 3 :重復(fù)Step3. 1. 2步驟，依次對(duì)當(dāng)前基站中剩余的所有移動(dòng)終端的進(jìn)行 篩選；
[0023]Step3. 2:采用聚類分析的方法，計(jì)算單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方 向上的車容量；
[0024]St印3. 2. 1:數(shù)據(jù)中心調(diào)用St印3. 1的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以移動(dòng)終端在高速公路上的行駛 方向?yàn)轭惻袛嘁罁?jù)，對(duì)單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)的所有移動(dòng)終端進(jìn)行聚類分析，聚 類分析結(jié)果記為：
[0025]V= [νι;V2]；
[0026] 式中：V表示單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間上所有的移動(dòng)終端；％、V2分別表示單 個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)兩個(gè)不同行駛方向上的所有移動(dòng)終端；
[0027]Step3. 2. 2:調(diào)用數(shù)據(jù)中心中的數(shù)據(jù)，以移動(dòng)終端切換到當(dāng)前基站的切換時(shí)間以及 移動(dòng)終端的當(dāng)前信號(hào)強(qiáng)度是否相同為類判斷依據(jù)，分別對(duì)Step3. 2. 1中的兩個(gè)子類^2進(jìn) 行聚類分析；
[0028] 聚類分析的結(jié)果，記為：
[0029]V1=[Vn,V12). . . ,Vln](η= 1,2,3,......)，V2=[V21,V22, . . . ,Vj(m= 1,2, 3,......);
[0030] 式中：n、m分別表示單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的車容量；
[0031] Step4 :計(jì)算單個(gè)基站h在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的平均車間距：
[0032]Step4. 1:將單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)單向并行的a個(gè)車道抽象成一個(gè)長(zhǎng) 度為原來(lái)a倍的單行車道；
[0033] St印4. 2 :將車輛抽象成一個(gè)長(zhǎng)為bm、寬為單向車道寬度的矩形；
[0034] Step4. 3 :分別計(jì)算單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的平均車間 距，并將計(jì)算結(jié)果的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心；
[0037] 式中：a表示高速公路單向的車道數(shù)；b表示車輛的長(zhǎng)度，一般b為5m山廣示單個(gè) 基站在尚速公路上的覆蓋區(qū)間；n-l、m_l分別表不為當(dāng)前基站在尚速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不 同行駛方向上的車間距數(shù)；Pl、分別表示當(dāng)前基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向 上的平均車間距；
[0038]Step5:重復(fù)Step2、Step3、Step4步驟，依次計(jì)算出Stepl中建立的基站信息數(shù)據(jù) 庫(kù)中剩余所有基站在其高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的平均車間距，并將計(jì)算結(jié)果 的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)中心；
[0039] St印6 :堵車預(yù)測(cè)：
[0040] Step6. 1 :數(shù)據(jù)整合：調(diào)用Step5存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)，且按照Stepl中基站的 編碼順序，分別對(duì)區(qū)域內(nèi)高速公路沿線所有基站在其高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上 的平均車間距進(jìn)行數(shù)據(jù)整合，即構(gòu)造二維數(shù)組A、B，且記為：
[0041 ] A= {(〇!,Pi), (〇2,p2), . . . , (〇i, },
[0042] B= {(〇!, , (02,q2), . . . , (0；,q；)},(i= 1, 2, 3,......)；
[0043] St印6. 3 :構(gòu)建二維分析模型，進(jìn)行堵車預(yù)測(cè)：
[0044] Step6. 3. 1 :計(jì)算相鄰兩個(gè)基站之間平均車間距的斜率：p' ;=pi_pi+1、q';= Q廠Q1+i;
[0045] St印6. 3. 2 :構(gòu)造二維數(shù)組A'、B'，記為：
[0046] A1 = {(〇!〇；,,prpr2), . . . , (0； !〇；,pr ,
[0047]Br = {(0102,q，qr (0, 101,Q，,)1,(1 = 1,2, 3,......);以橫 坐標(biāo)表示基站、縱坐標(biāo)表示相鄰兩個(gè)基站之間平均車間距的斜率，構(gòu)造二維空間，并分別將 、B<映射到二維空間，構(gòu)建二維分析模型；
[0048]Step6.3.3:針對(duì)所構(gòu)建的二維分析模型，分別判斷Vpq'1與±ε的關(guān)系，并 對(duì)區(qū)域內(nèi)的高速公路兩個(gè)不同行駛方向的堵車情況作出預(yù)測(cè)：
[0049] 1、當(dāng)VΡε，則表明(^為堵車開始的敏感區(qū)；當(dāng)V?，則表明L為堵 車結(jié)束的敏感區(qū)；
[0050] 2、當(dāng)Vε，則表明(^為堵車開始的敏感區(qū)；當(dāng)Vif-e，則表明L為堵 車結(jié)束的敏感區(qū)；
[0051] 式中：ε表示一個(gè)數(shù)值參量，且ε> 〇 ;
[0052] 按照汽車的行駛方向及堵車開始的敏感區(qū)、堵車結(jié)束的敏感區(qū)的先后順序，查找 與堵車開始的敏感區(qū)相鄰的的堵車結(jié)束的敏感區(qū)，最后，將兩個(gè)敏感區(qū)及兩個(gè)敏感區(qū)之間 的區(qū)間作為堵車發(fā)生的預(yù)測(cè)區(qū)。
[0053] 本發(fā)明的有益效果是：
[0054] 1、本發(fā)明專利針對(duì)目前交通壓力大、堵車現(xiàn)象普遍發(fā)生的社會(huì)現(xiàn)狀，通過(guò)利用現(xiàn) 有的通信基礎(chǔ)設(shè)施，提出了一種通過(guò)基站來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)方法，其不僅 節(jié)約了工作成本，提高了工作效率，且能有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)高速公路堵車預(yù)測(cè)。
[0055] 2、本發(fā)明專利通過(guò)計(jì)算單個(gè)基站在高速公路上的覆蓋區(qū)間以及單個(gè)基站在高速 公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的車容量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單個(gè)基站在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同 行駛方向上平均車間距的計(jì)算；并通過(guò)整合區(qū)域內(nèi)高速公路沿線所有基站在其高速公路覆 蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上平均車間距的數(shù)據(jù)，構(gòu)建二維分析模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)高速公路 的堵車預(yù)測(cè)。
【附圖說(shuō)明】
[0056] 圖1是本發(fā)明專利的流程圖；
[0057] 圖2是本發(fā)明專利中區(qū)域內(nèi)高速公路示意圖；
[0058] 圖3是本發(fā)明專利中區(qū)域內(nèi)高速公路沿線基站的示意圖；
[0059]圖4是本發(fā)明專利中計(jì)算單個(gè)基站仏在高速公路上的覆蓋區(qū)間的示意圖；
[0060] 圖5是本發(fā)明專利中計(jì)算單個(gè)基站h在高速公路覆蓋區(qū)間內(nèi)不同行駛方向上的 平均車間距的示意圖；
[0061] 圖6是本發(fā)明專利中實(shí)施例2中二維分析模型1仿真圖；圖中橫坐標(biāo)的刻度1、2、 3、......、19 分別表不的是 0Α、0203、0304、.......、〇1 9〇2〇;
[0062] 圖7是本發(fā)明專利中實(shí)施例2中二維分析模型2仿真圖；圖中橫坐標(biāo)的刻度1、2、 3、......、19 分別表不的是 0Α、0203、0304、.......、〇1 9〇2〇;
[0063] 圖8是本發(fā)明專利中實(shí)施例3中二維分析模型1仿真圖；圖中橫坐標(biāo)的刻度1、2、 3、......、17 分別表不的是 0Α、0203、0304、.......、〇17〇18;
[0064] 圖9是本發(fā)明專利中實(shí)施例3中二維分析模型2仿真圖；圖中橫坐標(biāo)的刻度1、2、 3、......、17 分別表不的是 0Α、0203、0304、.......、〇17〇18;
【具體實(shí)施方式】
[0065] 下面結(jié)合