本發(fā)明屬于城市交通信息化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于過渡路段的交通阻塞時(shí)間計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展、人口的持續(xù)增長以及人民生活水平的逐漸提高，我國機(jī)動(dòng)車保有量也正以前所有未有的速度增加。龐大的機(jī)動(dòng)車數(shù)量使得城市道路及其交通設(shè)施不堪重負(fù)，局部甚至大面積的交通擁堵時(shí)常發(fā)生。從交通擁堵發(fā)生的空間來看，城市道路交通擁堵現(xiàn)象往往是從路網(wǎng)某一交叉口開始，表現(xiàn)為交叉口某一出口道車輛排隊(duì)過長，并連續(xù)多周期得不到有效的消散，車輛排隊(duì)有進(jìn)一步向上游蔓延甚至延伸至上游交叉口內(nèi)的態(tài)勢，可能會(huì)出現(xiàn)車輛排隊(duì)溢流現(xiàn)象。上述擁堵現(xiàn)象尤其多發(fā)于過渡路段處。過渡路段又稱瓶頸路段，是指公路上突然變狹窄的路段，或因高速公路部分路段有施工或發(fā)生事故時(shí)封閉某些車道后，從而使該路段短暫成為過渡區(qū)；或直接以高架橋出口匝道或高架橋入口匝道的形式天然存在。目前防止該過渡路段產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象的通用手段，多采用視頻監(jiān)控、統(tǒng)一限速或限速牌固定安裝的方法。統(tǒng)一限速或限速牌固定安裝的方式不僅極大的降低了原有應(yīng)當(dāng)高效率運(yùn)行的高架橋的運(yùn)營效率，同時(shí)更容易因前車看到限速牌而突然減速，進(jìn)而引發(fā)后車追尾等問題，致使行駛安全性無法得到有效保證。通過視頻監(jiān)控方法來適時(shí)的判斷城市道路交通擁堵狀況，存在著預(yù)警效率低、準(zhǔn)確度差甚至是無法預(yù)警等諸多缺點(diǎn)。

隨著城市交通科學(xué)的發(fā)展，研究由于過渡路段產(chǎn)生交通擁堵而造成的阻塞時(shí)間，可以為交通組織優(yōu)化控制提供信息；阻塞時(shí)間的確定，更是有利于高架橋上游路段制定很明確的管控時(shí)間和空間節(jié)點(diǎn)，也就是在什么時(shí)間什么位置采取什么的交通管控措施。因此，如何尋求一種更為科學(xué)化、精確化和客觀化的適用于過渡路段的交通阻塞時(shí)間計(jì)算方法，使之能夠便捷實(shí)現(xiàn)相對(duì)上述過渡路段的交通堵塞時(shí)間的計(jì)算目的，進(jìn)而可針對(duì)性的實(shí)現(xiàn)對(duì)上游路段乃至整個(gè)交通區(qū)域的交通管控目的，提升交通管網(wǎng)的通行效率，為本領(lǐng)域近年來所亟待解決的技術(shù)難題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種操作便捷且實(shí)用性高的用于過渡路段的交通阻塞時(shí)間計(jì)算方法，從而當(dāng)交通擁堵有可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生，甚至有可能進(jìn)一步擴(kuò)散的時(shí)候，交通指揮中心可根據(jù)所獲得數(shù)據(jù)而提前提醒司機(jī)合理安排車速或重新選擇出行路徑，進(jìn)而在保證過渡路段安全運(yùn)營的前提下，實(shí)現(xiàn)其最大的通行能力。甚至在必要時(shí)，可根據(jù)不同的交通阻塞時(shí)間采取不同的應(yīng)急措施，以保證整個(gè)交通系統(tǒng)在日常運(yùn)營中的可靠運(yùn)行，這對(duì)緩解干道交通過渡的擁堵程度，減少交通擁堵帶來的負(fù)面效應(yīng)，均可起到有利影響。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：

一種用于過渡路段的交通阻塞時(shí)間計(jì)算方法，包括以下步驟：

1)、安裝并調(diào)試?yán)走_(dá)檢測器，包括：

在指定的過渡路段的上游路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，用于檢測上游路段處與該過渡路段同一行車方向上的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

在該過渡路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，用于檢測該過渡路段的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

在指定的過渡路段的下游路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，用于檢測下游路段處與該過渡路段同一行車方向的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

2)、以分鐘為單位設(shè)定一個(gè)采樣周期c，以如下計(jì)算方式獲得上游路段的斷面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一個(gè)采樣周期c中，在上游路段處雷達(dá)檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

以如下計(jì)算方式獲得下游路段的斷面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一個(gè)采樣周期c中，在下游路段處雷達(dá)檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

3)、在過渡路段的設(shè)計(jì)通行能力和過渡路段實(shí)際營運(yùn)時(shí)的最大通行能力中，取相對(duì)最大的那個(gè)值作為過渡路段通行能力，計(jì)算公式如下：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

其中：

Q₂是過渡路段通行能力，單位：輛/h；

Q_d是過渡路段的設(shè)計(jì)通行能力，單位：輛/h，該值為常量；

Q_r是過渡路段的實(shí)際營運(yùn)時(shí)最大通行能力，單位：輛/h；在現(xiàn)有的通行道路條件下，也即道路條件不變，車道數(shù)、車道寬、渠化不變的情況下，將該過渡路段處雷達(dá)檢測器采集的所有車流量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，取相對(duì)最大的那個(gè)值，獲得所述Q_r，具體計(jì)算公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)

以所述采樣周期c劃分連續(xù)的時(shí)間段，Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i為過渡路段第1，2，3，…，i個(gè)采樣周期中所獲取的斷面流量；

4)、計(jì)算排隊(duì)持續(xù)時(shí)間t：

排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，也就是過渡路段從擁堵開始到恢復(fù)暢通所經(jīng)過的時(shí)間，計(jì)算公式如下：

t＝c*Δn/60

其中：

t是排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，單位：h；

c是采樣周期，單位：min；

以過渡路段所在的道路等級(jí)在路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表中處于基本暢通時(shí)的最小值為暢通判斷閾值，以過渡路段所在的道路等級(jí)在路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表中處于嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)的對(duì)應(yīng)值為暢通判斷閾值；Δn是該雷達(dá)檢測器所在路段斷面處的車輛從車速低于擁堵判斷閾值提升至車速等于暢通判斷閾值所經(jīng)過的采樣周期數(shù)；

5)、計(jì)算排隊(duì)消散時(shí)間t′,計(jì)算公式如下：

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是排隊(duì)消散時(shí)間，也即排隊(duì)車輛全部疏散完畢所消耗的時(shí)間，單位：h；

t是排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，單位：h；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

6)、以如下公式計(jì)算交通阻塞時(shí)間T：

T＝t+t′

其中：

T為交通阻塞時(shí)間，單位：h；

t為排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，單位：h；

t′為排隊(duì)消散時(shí)間，單位：h。

所述步驟2)中，取一個(gè)采樣周期為5分鐘。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明拋棄了傳統(tǒng)的以單純視頻觀測或限速牌等方式來進(jìn)行過渡路段管控所帶來的諸多缺陷，轉(zhuǎn)而另辟蹊徑的通過檢測器布設(shè)及客觀化的數(shù)據(jù)處理來得到阻塞時(shí)間，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了對(duì)過渡路段的通行能力的標(biāo)定和排隊(duì)持續(xù)時(shí)間的預(yù)估計(jì)算目的。由于過渡路段的交通擁堵是因道路條件引起的，是可以預(yù)知的，通過提前在該過渡路段處布置三道雷達(dá)檢測器，即可便捷化的完成對(duì)該過渡路段的提前布控，之后依靠本發(fā)明的計(jì)算流程來直接獲得相應(yīng)的交通阻塞時(shí)間，最終為確定可行的匝道信號(hào)控制策略和交通組織方案提供第一手精確資料。

通過上述方案，當(dāng)交通擁堵有可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生，甚至有可能進(jìn)一步擴(kuò)散的時(shí)候，利用所獲取的交通阻塞時(shí)間及相應(yīng)計(jì)算數(shù)據(jù)，交通指揮中心可提前提醒司機(jī)合理安排車速或重新選擇出行路徑，從而在保證過渡路段安全運(yùn)營的前提下，實(shí)現(xiàn)其最大的通行能力。甚至在必要時(shí)，可根據(jù)不同的交通阻塞時(shí)間采取不同的應(yīng)急措施，以保證整個(gè)交通系統(tǒng)在日常運(yùn)營中的可靠運(yùn)行，這對(duì)緩解干道交通過渡的擁堵程度，減少交通擁堵帶來的負(fù)面效應(yīng)，均可起到有利影響。本發(fā)明的計(jì)算過程簡潔，客觀性強(qiáng)，且現(xiàn)場只需預(yù)裝三道雷達(dá)檢測器即可完成前置準(zhǔn)備，便捷化程度極高，同時(shí)操作靈活多變而適用面廣，預(yù)測準(zhǔn)確度亦可得到有效保證，這顯然對(duì)提升過渡路段乃至整個(gè)交通管網(wǎng)的通行效率有著良好促進(jìn)作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為便于理解，此處結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施步驟作以下描述：

如圖1所示，一種過渡路段的交通阻塞時(shí)間計(jì)算方法，包括：

1)、雷達(dá)檢測器點(diǎn)位設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試；

2)、路段斷面流量的計(jì)算；

3)、過渡路段通行能力的標(biāo)定；

4)、排隊(duì)持續(xù)時(shí)間的計(jì)算；

5)、排隊(duì)消散時(shí)間的計(jì)算；

6)、交通阻塞時(shí)間的計(jì)算。

雷達(dá)檢測器點(diǎn)位設(shè)計(jì)及安裝調(diào)試，是指在過渡路段的上游路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，用于檢測上游路段處與過渡路段同車流方向的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。同理，在在過渡路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，用于檢測該過渡路段的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。在下游路段處布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器，從而用于檢測該下游路段的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。

路段斷面流量的計(jì)算，是指上游路段的斷面流量和下游路段的斷面流量的計(jì)算。因?yàn)槔走_(dá)檢測器的實(shí)時(shí)回傳的車流量數(shù)據(jù)和相應(yīng)車輛速度數(shù)據(jù)是按照采樣周期來的，是單個(gè)車道的流量數(shù)據(jù)，故路段斷面流量計(jì)算方法如下：

Q_j＝∑q*60/c

其中：

q是一個(gè)采樣周期中相應(yīng)雷達(dá)檢測器在對(duì)應(yīng)路段處所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q_j是對(duì)應(yīng)路段的斷面交通流量，單位：輛/h。

當(dāng)將一個(gè)采樣周期c設(shè)定為5分鐘時(shí)：

Q_j＝∑q*60/5＝∑q*12

上式具體表現(xiàn)在相應(yīng)路段的斷面流量計(jì)算中時(shí)，如下：

以如下計(jì)算方式獲得上游路段的斷面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一個(gè)采樣周期c中，在上游路段處雷達(dá)檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h。

以如下計(jì)算方式獲得下游路段的斷面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一個(gè)采樣周期c中，在下游路段處雷達(dá)檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

路段通行能力是指該路段能夠通行車輛的最大容量，也就是該路段的能夠承受的交通量。目前的路段通行能力大多直接取設(shè)計(jì)通行能力。然而，在實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對(duì)交通量的預(yù)估可能會(huì)存在偏差，進(jìn)而造成設(shè)計(jì)通行能力估計(jì)比實(shí)際通行能力小很多。例如在設(shè)計(jì)階段，新建道路的通行能力的計(jì)算主要是依據(jù)于OD調(diào)查及交通量預(yù)測。OD調(diào)查范圍很廣，也很少有設(shè)計(jì)單位花大力氣去調(diào)查真實(shí)的OD出行。同時(shí)，交通量預(yù)測的時(shí)候需要設(shè)置交通增長率，這個(gè)增長率又主要是依賴于經(jīng)驗(yàn)法，與真實(shí)的交通增長率必然存在較大的誤差。因此，為了確保過渡路段的通行能力的取值準(zhǔn)確性，在此提出了取過渡路段的設(shè)計(jì)通行能力和實(shí)際營運(yùn)時(shí)最大通行能力中相對(duì)最大的那個(gè)值作為過渡路段通行能力，計(jì)算公式為：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q_d是過渡路段的設(shè)計(jì)通行能力，單位：輛/h，這個(gè)值是常量。每個(gè)路段施工完成后，其歸檔的設(shè)計(jì)檔案中會(huì)有上述設(shè)計(jì)通行能力。如果沒有檔案，則可以參考《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》取值；

Q_r是過渡路段的實(shí)際營運(yùn)時(shí)最大通行能力，單位：輛/h。

Q_r是通過檢測器歷史數(shù)據(jù)計(jì)算得到，即在現(xiàn)有的通行道路條件下(道路條件不變，車道數(shù)、車道寬、渠化不變)，將該路段處雷達(dá)檢測器所采集的各個(gè)采樣周期的車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，找出最大的車流量值，公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)；

Q_2i是過渡路段第i個(gè)采樣周期獲取的斷面流量。

而排隊(duì)持續(xù)時(shí)間t，也就是過渡路段從擁堵時(shí)恢復(fù)到正常暢通時(shí)所經(jīng)過的時(shí)間。

t＝c*Δn/60

其中：t是排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，單位：h；

c是采樣周期，單位：min；

以過渡路段所在的道路等級(jí)在路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表中處于基本暢通時(shí)的最小值為暢通判斷閾值，以過渡路段所在的道路等級(jí)在路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表中處于嚴(yán)重?fù)矶聲r(shí)的對(duì)應(yīng)值為暢通判斷閾值；Δn是該雷達(dá)檢測器所在路段斷面處的車輛從車速低于擁堵判斷閾值提升至車速等于暢通判斷閾值所經(jīng)過的采樣周期數(shù)。

持續(xù)時(shí)間計(jì)算具體的方法是：雷達(dá)檢測器可以實(shí)時(shí)獲取一個(gè)采樣周期內(nèi)在該雷達(dá)檢測器所在斷面處的車輛行駛速度。根據(jù)車輛行駛速度可以判斷交通狀態(tài)，當(dāng)行駛速度低于擁堵判斷閾值時(shí)開始記錄，到行駛速度高于暢通判斷閾值時(shí)結(jié)束，這期間持續(xù)的采樣周期數(shù)就是Δn。擁堵判斷閾值和暢通判斷閾值的確定參考《DB11/T 785-2011城市道路交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》及《DB33/T 998-2016城市道路交通運(yùn)行狀態(tài)評(píng)價(jià)規(guī)范》中給出的路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表。具體取值時(shí)，需注意各閾值的取值要與過渡路段所在的道路等級(jí)一一對(duì)應(yīng)。

上述各閾值的具體確定來源見下表：

表1路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分

單位：千米/小時(shí)

計(jì)算排隊(duì)消散時(shí)間t′，是指該過渡路段處的排隊(duì)車輛全部疏散完畢所需消耗的時(shí)間。

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是由過渡路段通行能力變化引起的排隊(duì)消散時(shí)間，單位：h；

t是由過渡路段通行能力變化引起的排隊(duì)持續(xù)時(shí)間，單位：h；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h。

交通阻塞時(shí)間的計(jì)算，包含兩部分，一是排隊(duì)的持續(xù)時(shí)間，二是排隊(duì)的消散時(shí)間，計(jì)算公式如下：

T＝t+t′

其中：

T是通過過渡路段的交通阻塞時(shí)間，單位：h；

t是由過渡路段通行能力變化引起的排隊(duì)的持續(xù)時(shí)間，單位：h；

t′是由過渡路段通行能力變化引起的排隊(duì)的消散時(shí)間，單位：h。

實(shí)施例1：

在合肥某一快速路出口匝道到主干路的過渡路段的上游路段(單向6車道，快速路)、過渡路段本路段(單向4車道，快速路)、下游路段(單向4車道，主干路)分別布設(shè)一個(gè)雷達(dá)檢測器。

設(shè)定其采樣周期為5分鐘，并按照下面公式使用存儲(chǔ)過程編寫程序用于實(shí)時(shí)將雷達(dá)檢測器的獲取的數(shù)據(jù)計(jì)算Q₁、Q₃。

Q_i＝∑q_i*60/5＝12∑q_i

以此類推，將過渡路段的上游路段、下游路段的斷面流量Q₁、Q₃數(shù)據(jù)按照采樣周期的順序存儲(chǔ)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。

過渡路段的單車道設(shè)計(jì)通行能力為1200輛/h，單向4車道，則設(shè)計(jì)通行能力是4800輛/h。

Q_r是過渡路段的實(shí)際營運(yùn)時(shí)最大通行能力，在歷史數(shù)據(jù)庫中通過PL/SQL語言尋找到該過渡路段實(shí)際營運(yùn)時(shí)最大通行能力為5000輛/h。

因此：Q₂＝max(Q_d,Q_r)＝max(4800,5000)＝5000輛/h

由于該過渡路段為快速路，通過《DB11/T 785-2011城市道路交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系》中的路段交通運(yùn)行等級(jí)劃分表規(guī)定，取暢通判斷閾值為50km/h，擁堵判斷閾值為20km/h。通過觀測判別，該路段從08：25開始也就是第89個(gè)采樣周期開始擁堵，到08：50就是第94個(gè)采樣周期暢通，從擁堵開始到恢復(fù)暢通所經(jīng)過5個(gè)采樣周期，也即排隊(duì)持續(xù)時(shí)間為：

t＝5*Δn÷60＝Δn/12＝5/12＝0.4167h

通過數(shù)據(jù)庫中查詢獲取，第94個(gè)采樣周期時(shí)，上游路段的斷面流量是5879輛/h，下游路段的斷面流量是3150輛/h。

因而排隊(duì)消散時(shí)間為：

t′＝(5000-5879)*0.4167/(3150-5000)＝0.1979h

因此，獲得該過渡路段的交通阻塞時(shí)間為：

T＝t+t′＝0.4167+0.1979＝0.6146h。