專利名稱：一種可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法和系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于智能交通技術領域，涉及用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法和系統(tǒng)。
背景技術：
對城市干道和干道網(wǎng)交通狀況的合理測定是城市交通規(guī)劃、設計的依據(jù)，也是交通控制、管理的基礎。由于交通控制信息系統(tǒng)發(fā)展較為成熟，且應用十分廣泛，如英國的SCOOT系統(tǒng)和澳大利亞的SCATS系統(tǒng)，故已有城市交通測定系統(tǒng)多以該類系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)為基礎建立。(由于目前應用的城市道路交通控制信息系統(tǒng)處理的信息都局限于城市道路交叉口，因此基于此建立的城市道路交通測定系統(tǒng)多為單點測定系統(tǒng)。路網(wǎng)是一個由路段和交叉口組成的道路系統(tǒng)，整體不等于部分之和，很難通過對單點測定結(jié)果的簡單組合反映城市道路系統(tǒng)的總體情況。)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法和系統(tǒng)，克服現(xiàn)有技術的上述缺點。
本發(fā)明分點、線、面三個層次，從系統(tǒng)的角度對城市道路交叉口、干道和干道網(wǎng)的交通狀況進行測定。
城市路網(wǎng)交通狀況測定對于不同層次應當采用不同的指標和方法，本發(fā)明采用的測定指標和方法如下交叉口測定采用傳統(tǒng)的“車均延誤”指標，對服務水平進行標值；干道測定采用新的基于等效通行能力的“密度比”指標，對服務水平進行標值；干道網(wǎng)測定采用新的基于干道測定結(jié)果的“加權密度比”指標，對服務水平進行標值。
“等效通行能力”概念是指將一條由路段和交叉口組成的實際道路抽象成一條沒有交叉口的等效路段，采用能夠反映道路條件、交叉口密度、延誤、干擾和駕駛行為等因素的實際道路行程車速作為等效路段的行駛車速，采用實際道路各路段流量的平均值作為等效路段的斷面流量，采用交通流密速模型回歸得到的等效路段的通行能力為實際城市道路的等效通行能力，等效路段的自由流車速定義為等效自由流車速，等效路段的阻塞密度定義為等效阻塞密度。如圖1所示。
基于這一概念的“密度比”指標定義為道路實際交通密度與等效阻塞密度的比值。該指標較之其它傳統(tǒng)指標具有以下優(yōu)越性1、交通狀態(tài)一一對應，具有唯一性；2、從系統(tǒng)的角度出發(fā)，可綜合反映干道上各種因素，包括交叉口間距的影響；3、不同等級道路間具有可比性。
“加權密度比”指標定義為測定區(qū)域內(nèi)各條干道密度比的加權平均值。
本系統(tǒng)的功能就是通過處理外場設備采集的基礎信息，得到三個層次的測定指標，并基于此，自動識別路網(wǎng)中的擁擠區(qū)域、擁擠干道和擁擠點所在。系統(tǒng)分為外場部分和內(nèi)場部分，如圖2所示。
外場部分由檢測線圈和攝像頭等采集設備、電纜和端口機等通訊設備以及分控中心和總控中心組成，形成網(wǎng)狀拓撲結(jié)構。采集設備不對數(shù)據(jù)進行任何處理，主控中心發(fā)布輪巡指令，通過分控中心和端口機讀取采集信息。
內(nèi)場各部分系統(tǒng)例如用百兆以太網(wǎng)連接，通過消息機制運作。
交叉口流量數(shù)據(jù)庫按一定時間段(例如取15min)存儲各交叉口流量數(shù)據(jù)。
檢測段行程車速數(shù)據(jù)庫按一定時間段存儲檢測干道段通過牌照識別系統(tǒng)獲得的行車車速數(shù)據(jù)。
交叉口測定處理器根據(jù)交叉口車道數(shù)、車道功能、綠信比和一定時間段的流量數(shù)據(jù)計算延誤，進行交叉口服務水平測定。
等效通行能力建模將兩個數(shù)據(jù)庫內(nèi)相同時間段的數(shù)據(jù)相匹配，回歸建立各干道的流密速模型，得到等效通行能力、等效自由流車速和等效阻塞密度，用作測定參數(shù)。
干道測定處理器通過牌照識別和基于流量的行程時間反推兩種方式獲得干道的行程車速，再利用等效通行能力模型計算得到密度比指標，進行干道服務水平標值。
干道網(wǎng)測定處理器利用干道測定結(jié)果，計算得到加權密度比指標，進行服務水平標值。
本發(fā)明給出了干道和干道網(wǎng)測定的服務水平標值曲線，見圖3。該服務水平標值曲線是采用密度比為唯一的變量的函數(shù)，α、β是兩個回歸參數(shù)，α、β＞0。函數(shù)的形式為Grade=100×(1-e-1×(αk,)β)]]>式中Grade-測定值；K’-密度比，密度與擁擠密度的比值。
參數(shù)α的數(shù)學含義可認為是達到公眾出行滿意程度低限的密度比，根據(jù)不同密度比下的公眾滿意程度即可回歸確定β值。當α、β＞0時，評分值單調(diào)減??；當k’→0時，Grade→100。
三個層次交通測定結(jié)果分為四種狀態(tài)一、暢通服務水平標值80～100分，車輛能夠快速行駛；二、較暢通服務水平標值大于65分，小于80分，處于暢通與擁擠的臨界狀態(tài)，交通狀態(tài)容易發(fā)生變化，處于不穩(wěn)定區(qū)域；三、擁擠服務水平標值大于30分，小于65分，車輛擁擠，開始有排隊現(xiàn)象產(chǎn)生；四、堵塞車輛排隊現(xiàn)象嚴重，服務水平標值0～30分。
根據(jù)路網(wǎng)測定結(jié)果自動識別擁擠區(qū)域，逐級尋找擁擠點。
GIS(Geography Information System，地理信息系統(tǒng))終端是瀏覽、查詢基礎交通數(shù)據(jù)和處理后得到的交通指標的平臺，通過一個地圖可視化的界面，管理人員可以方便的獲得交通數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明提出的等效通行能力概念示意圖。
圖2是本發(fā)明提出的系統(tǒng)結(jié)構示意圖。
圖3是本發(fā)明提出的密度比服務水平標值曲線圖。
圖4是應用本發(fā)明的一種實施例的對上海市地面道路服務水平測定結(jié)果示意圖。
圖5是應用本發(fā)明的一種實施例的所顯示的上海市地面道路擁擠區(qū)域示意圖。
具體實施例方式
以下以采用本發(fā)明的方法和系統(tǒng)以2003年上海道路網(wǎng)交通狀況測定為例，對本發(fā)明的方法和系統(tǒng)進行進一步的說明。
1、外場設備布置可利用城市路網(wǎng)已有檢測線圈，未設線圈點補設，選取道路區(qū)段布設攝像頭和牌照識別設備，區(qū)段的道路條件和交通條件區(qū)段要求是道路條件一致，同時交通條件(高峰時段、匯入與流出基本持平)基本均勻，即不存在交通流上的突變點；區(qū)段長度適中，最好在各種交通時段平均行程時間為15~20分鐘，一般以1.5~5km為適宜，路段數(shù)以8~11個交叉口為適宜，以略去偶然因素對行程車速的干擾；檢測線圈和攝像頭數(shù)據(jù)通過各自的分控中心轉(zhuǎn)入主控中心，分別存入交叉口流量數(shù)據(jù)庫和檢測段行程車速數(shù)據(jù)庫；
2、各類城市干道等效通行能力建模，步驟如下1)將步驟1中布設攝像頭和牌照識別設備的干道區(qū)段按所在區(qū)域、車道數(shù)、非機動車干擾等因素進行分類；2)通過主控中心讀取檢測區(qū)段道路的行程時間數(shù)據(jù)，查詢數(shù)據(jù)庫中與行程時間數(shù)據(jù)相匹配時段(即包含行程起止時間的最短時段)的流量數(shù)據(jù)作為匹配流量；3)計算行程車速和對應交通密度，采用恰當?shù)牧髅芩倌Ｐ?如線性模型等)回歸得到干道的等效通行能力、等效自由流車速和等效阻塞密度；上海市各類道路的等效通行能力見表1。
表1上海道路等效通行能力

3、交叉口交通狀況測定讀取交叉口進口道流量和相應的道路交通條件，采用HCM2000版的方法計算交叉口車均延誤，進行測定；4、干道交通測定利用交叉口檢測流量推算干道區(qū)段的行程時間，計算行程車速。從數(shù)據(jù)庫中讀取該類型干道等效自由流車速，計算速度比和相應密度比，進行服務水平標值。對上海市三縱三橫六條城市主干道的測定結(jié)果見表2。
表2“三縱三橫”交通運行狀況


5、城市干道網(wǎng)交通測定將步驟4中各干道測定得到的結(jié)果按道路長度、面積等加權平均得到路網(wǎng)加權密度比指標，進行干道網(wǎng)服務水平標值，圖4是系統(tǒng)測定得到的上海市中心城地面路網(wǎng)高峰小時交通狀況測定結(jié)果。
6、擁擠識別根據(jù)步驟5結(jié)果，逐步縮小測定范圍，逐層給出擁擠區(qū)域、擁擠干道和擁擠交叉口。圖5是系統(tǒng)擁擠區(qū)域的識別結(jié)果。結(jié)果表明地面主要擁擠區(qū)域是一個以內(nèi)環(huán)線為主體的、沿放射線軸線發(fā)展的區(qū)域?？梢?，連通市中心的放射狀路網(wǎng)形態(tài)是擁擠區(qū)域形成的重要原因之一。
權利要求
1.一種可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法，其特征在于分點、線、面三個層次，從系統(tǒng)的角度對城市道路交叉口、干道和干道網(wǎng)的交通狀況進行測定。
2.根據(jù)權利要求1所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法，其特征在于交叉口測定采用傳統(tǒng)的“車均延誤”指標，對服務水平進行標值；干道測定采用新的基于等效通行能力的“密度比”指標，對服務水平進行標值；干道網(wǎng)測定采用新的基于干道測定結(jié)果的“加權密度比”指標，對服務水平進行標值。
3.根據(jù)權利要求2所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法，其特征在于干道測定中，將一條由路段和交叉口組成的實際道路抽象成一條沒有交叉口的等效路段，采用能夠反映道路條件、交叉口密度、延誤、干擾和駕駛行為等因素的實際道路行程車速作為等效路段的行駛車速，采用實際道路各路段流量的平均值作為等效路段的斷面流量，采用交通流密速模型回歸得到的等效路段的通行能力定義為實際城市道路的等效通行能力，等效路段的自由流車速定義為等效自由流車速，等效路段的阻塞密度定義為等效阻塞密度，“密度比”指標是指道路實際交通密度與等效阻塞密度的比值。
4.根據(jù)權利要求2所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法，其特征在于該“加權密度比”是指測定區(qū)域內(nèi)各條干道密度比的加權平均值。
5.根據(jù)權利要求1所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法，其特征在于服務水平標值曲線是采用密度比為唯一的變量的函數(shù)，函數(shù)的形式為Grade=100×(1-e-1×(αk′)β)]]>式中Grade-測定值；K’-密度比，密度與擁擠密度的比值。
6.一種可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的系統(tǒng)，其特征在于其具有能實現(xiàn)權利要求1-5所述的方法的結(jié)構。
7.根據(jù)權利要求6所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的結(jié)構是實現(xiàn)通過處理外場設備采集的基礎信息，得到三個層次的測定指標，并基于此，自動識別路網(wǎng)中的擁擠區(qū)域、擁擠干道和擁擠點所在。
8.根據(jù)權利要求6所述的可用于地面道路網(wǎng)交通狀況測定的系統(tǒng)，其特征在于包括外場部分和內(nèi)場部分外場部分包括數(shù)據(jù)采集設備、通訊設備以及分控中心和總控中心，形成網(wǎng)狀拓撲結(jié)構；主控中心發(fā)布輪巡指令，通過分控中心和端口機讀取采集信息；內(nèi)場各部分系統(tǒng)用百兆以太網(wǎng)連接，通過消息機制運作，包括按一定時間段存儲各交叉口流量數(shù)據(jù)的交叉口流量數(shù)據(jù)庫；按一定時間段存儲檢測干道段通過牌照識別系統(tǒng)獲得的行車車速數(shù)據(jù)的檢測段行程車速數(shù)據(jù)庫；交叉口測定處理器根據(jù)交叉口車道數(shù)、車道功能、綠信比和一定時間段的流量數(shù)據(jù)計算延誤，進行交叉口服務水平測定的交叉口測定處理器；等效通行能力建模將兩個數(shù)據(jù)庫內(nèi)相同時間段的數(shù)據(jù)相匹配，回歸建立各干道的流密速模型，得到等效通行能力、等效自由流車速和等效阻塞密度，用作測定參數(shù)；通過牌照識別和基于流量的行程時間反推兩種方式獲得干道的行程車速，再利用等效通行能力模型計算得到密度比指標，進行干道服務水平標值的干道測定處理器；利用干道測定結(jié)果，計算得到加權密度比指標，進行服務水平標值的干道網(wǎng)測定處理器；作為瀏覽、查詢基礎交通數(shù)據(jù)和處理后得到的交通指標的平臺的，通過一個地圖可視化的界面顯示、提供交通數(shù)據(jù)的GIS終端。
全文摘要
一種用于城市地面道路網(wǎng)交通狀況測定的方法和系統(tǒng)，對城市道路采用交叉口、城市干道、城市干道網(wǎng)三層進行逐層測定，給出系統(tǒng)結(jié)構圖；針對城市干道，提出“等效通行能力”概念和確定方法；基于此，采用“密度比”指標，根據(jù)本發(fā)明給出的服務水平標值曲線計算干道的服務水平標值，進行測定；基于干道測定結(jié)果采用“加權密度比”指標對干道網(wǎng)服務水平進行測定；根據(jù)測定結(jié)果進行擁擠區(qū)域、擁擠干道和擁擠交叉口逐層識別，能反映城市道路系統(tǒng)的總體情況。
文檔編號G08G1/00GK1873721SQ200510026478
公開日2006年12月6日 申請日期2005年6月3日 優(yōu)先權日2005年6月3日
發(fā)明者孫立軍, 杜豫川, 邵敏華, 董茂強, 張翛 申請人:同濟大學