基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市高架橋信息采集處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于升降式限高架的 高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市路網(wǎng)的不斷發(fā)展完善，越來越凸顯了高架橋的重要性，與此同時(shí)，大中城 市建立了完善的高架橋體系緩解平面的交通負(fù)荷，將交通流進(jìn)行空間隔離。但是高架橋的 興起和廣泛應(yīng)用是近些年的事情，目前主要集中在硬件基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，對(duì)高架橋的智能 化管理，運(yùn)行評(píng)估都缺少科學(xué)可靠的方法。
[0003] 升降式限高架是剛出現(xiàn)的新型高架橋智能化限高管理的一種設(shè)施，也是目前高架 橋系統(tǒng)中功能最齊全的設(shè)施，它集控制總成、誘導(dǎo)、視頻、電子警察等設(shè)備于一體，主要為高 架上行匝道和立交按照實(shí)際管理需求，提供限高控制，以保證高架橋的正常使用。與此同 時(shí)，升降式限高架可以獲取每個(gè)高架橋的入口匝道的交通流信息，通過對(duì)這些信息分析處 理可以挖掘出，整個(gè)高架橋系統(tǒng)的入口匝道運(yùn)行狀態(tài)及各個(gè)分段高架橋的負(fù)荷情況，進(jìn)而 為實(shí)現(xiàn)高架橋的管理、交通組織提供基礎(chǔ)。目前，沒有出現(xiàn)基于升降式限高架的高架橋擁堵 空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取的方法，由于對(duì)空間熱點(diǎn)的精準(zhǔn)估計(jì)，在現(xiàn)實(shí)的交通管理中，管理者很難 集中人力和物力有針對(duì)性去解決存在嚴(yán)重?fù)矶聠栴}的入口匝道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種以升降式限高架為技術(shù)支撐，以其獲取的入口匝道流 量、速度等信息為基礎(chǔ)，經(jīng)處理分析進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)高架橋擁堵空間熱點(diǎn)的自動(dòng)提取，提高匝道 擁堵點(diǎn)位提取的精度和可靠性的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種基于升降式限高架的高架橋 擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，該方法包括下列順序的步驟：
[0006] (1)獲取升降式限高架的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括入口匝道編號(hào)、入口匝道速度數(shù)據(jù) 和入口匝道流量數(shù)據(jù)；
[0007] (2)根據(jù)入口匝道速度數(shù)據(jù)和入口匝道流量數(shù)據(jù)，計(jì)算一個(gè)采集周期內(nèi)各個(gè)入口 匝道的多車道單方向平均速度和多車道單方向總流量，并將二者與二者所對(duì)應(yīng)的入口匝道 共同作為樣本集合，記為=b,,V, 其中，ni是第i個(gè)入口匝道的編號(hào)；Vi是第i個(gè) 入口匝道的多車道單方向平均速度Ai是第i個(gè)入口匝道的多車道單方向總流量；
[0008] (3)對(duì)樣本集合進(jìn)行預(yù)處理，剔除樣本集合內(nèi)的異常值；
[0009] (4)以多車道單方向平均速度為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估；
[0010] (5)以多車道單方向總流量為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估；
[0011] (6)將第四步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果與第五步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行融合，自動(dòng)提取高架 橋擁堵空間熱點(diǎn)。
[0012] 所述升降式限高架的設(shè)備數(shù)據(jù)包括設(shè)備編號(hào)、所處位置編號(hào)、匝道名稱、入口匝道 編號(hào)、入口匝道速度數(shù)據(jù)和入口匝道流量數(shù)據(jù)。
[0013] 所述一個(gè)采集周期的范圍為10分鐘~15分鐘，多車道單方向平均速度是將各車 道的單方向速度求平均得到，多車道單方向總流量是將各個(gè)車道的單方向流量求和得到。
[0014] 所述對(duì)樣本集合進(jìn)行預(yù)處理是指，設(shè)置速度閾值區(qū)間（0,80]，設(shè)置流量閾值區(qū)間 (〇,Msv]，判斷樣本集合中的Vi是否在速度閾值區(qū)間（0,80]內(nèi)，判斷樣本集合中的qi是否 在流量閾值區(qū)間（〇,Msv]內(nèi)，若二者的判斷結(jié)果均為是，則保留該樣本數(shù)據(jù)，否則，剔除該樣 本數(shù)據(jù)；所述Msv是該入口匝道單車道的理論最大服務(wù)交通量，其計(jì)算公式如下：
[0015] Msv= 2100X入口匝道所包含的車道個(gè)數(shù)
[0016] 其中，2100是入口匝道單車道的最大服務(wù)交通量，其單位為pcVO^ln)。
[0017] 所述以多車道單方向平均速度為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估是指，將樣本集合內(nèi)所有 的多車道單方向平均速度值作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，將其分為擁堵、緩行、暢通三個(gè)級(jí) 另IJ，然后將多車道單方向平均速度值歸于擁堵的所對(duì)應(yīng)的入口匝道集合記為^，具體步驟 如下：
[0018] (1)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，該方法包括下列順序 的步驟： (1) 獲取升降式限高架的設(shè)備數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括入口應(yīng)道編號(hào)、入口應(yīng)道速度數(shù)據(jù)和入 口應(yīng)道流量數(shù)據(jù)； (2) 根據(jù)入口應(yīng)道速度數(shù)據(jù)和入口應(yīng)道流量數(shù)據(jù)，計(jì)算一個(gè)采集周期內(nèi)各個(gè)入口應(yīng)道 的多車道單方向平均速度和多車道單方向總流量，并將二者與二者所對(duì)應(yīng)的入口應(yīng)道共同 作為樣本集合，記為？二k，V,，(/,r,,其中，是第i個(gè)入口應(yīng)道的編號(hào)；Vi是第i個(gè)入口 應(yīng)道的多車道單方向平均速度；Qi是第i個(gè)入口應(yīng)道的多車道單方向總流量； (3) 對(duì)樣本集合進(jìn)行預(yù)處理，剔除樣本集合內(nèi)的異常值； (4) W多車道單方向平均速度為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估； (5) W多車道單方向總流量為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估； (6) 將第四步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果與第五步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行融合，自動(dòng)提取高架橋擁 堵空間熱點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，其 特征在于；所述升降式限高架的設(shè)備數(shù)據(jù)包括設(shè)備編號(hào)、所處位置編號(hào)、應(yīng)道名稱、入口應(yīng) 道編號(hào)、入口應(yīng)道速度數(shù)據(jù)和入口應(yīng)道流量數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，其 特征在于；所述一個(gè)采集周期的范圍為10分鐘~15分鐘，多車道單方向平均速度是將各車 道的單方向速度求平均得到，多車道單方向總流量是將各個(gè)車道的單方向流量求和得到。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，其 特征在于；所述對(duì)樣本集合進(jìn)行預(yù)處理是指，設(shè)置速度闊值區(qū)間（0,80]，設(shè)置流量闊值區(qū) 間（0,MJ，判斷樣本集合中的Vi是否在速度闊值區(qū)間（0,80]內(nèi)，判斷樣本集合中的di是 否在流量闊值區(qū)間（〇，Msv]內(nèi)，若二者的判斷結(jié)果均為是，則保留該樣本數(shù)據(jù)，否則，剔除該 樣本數(shù)據(jù)；所述Msv是該入口應(yīng)道單車道的理論最大服務(wù)交通量，其計(jì)算公式如下： Msv= 2100X入口應(yīng)道所包含的車道個(gè)數(shù) 其中，2100是入口應(yīng)道單車道的最大服務(wù)交通量，其單位為pcu/化*ln)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，其 特征在于；所述W多車道單方向平均速度為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估是指，將樣本集合內(nèi)所 有的多車道單方向平均速度值作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，將其分為擁堵、緩行、暢通=個(gè)級(jí) 另IJ，然后將多車道單方向平均速度值歸于擁堵的所對(duì)應(yīng)的入口應(yīng)道集合記為瓦;，具體步驟 如下： (1)設(shè)定目標(biāo)函數(shù)如下：
其中： |v,w是樣本點(diǎn)與聚類中屯、Cj.之間的距離度量；是指第i個(gè)應(yīng)道的多車道 單方向平均速度；j是指速度樣本屬于第j類，即屬于=個(gè)聚類中的一類；N是第j類內(nèi)包含 的所有樣本點(diǎn)的總數(shù)； (2) 從樣本集合中，選擇所有的多車道單方向平均速度值形成速度訓(xùn)練集合 戸= {vi，V2，V;...Vw} ? (3) 采用K-means聚類算法將速度訓(xùn)練集合F= 劃分為擁堵、緩行、暢通 S個(gè)類別，具體步驟如下： 3a)初始化隨機(jī)生成3個(gè)聚類中屯、； 3b)把每個(gè)速度數(shù)據(jù)點(diǎn)分配到離其距離最近的聚類中屯、所在的簇內(nèi)； 3c)當(dāng)所有速度數(shù)據(jù)點(diǎn)均已分配完畢，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)是否最優(yōu)化，也就是所有的速度數(shù) 據(jù)點(diǎn)到其所對(duì)應(yīng)的聚類中屯、距離度量最?。? 3d)重復(fù)3a)至3c)，直至3個(gè)聚類中屯、位置固定； 3e)取3個(gè)聚類中屯、中速度值最小的聚類中屯、所在的一類作為速度擁堵類； (4) 輸出速度擁堵類所對(duì)應(yīng)的擁堵的入口應(yīng)道集合巧；。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法， 其特征在于；所述W多車道單方向總流量為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估是指，將樣本集合內(nèi)所 有的多車道單方向總流量值作為數(shù)據(jù)源進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，將其分為擁堵、緩行、暢通=個(gè)級(jí) 另1]，然后將多車道單方向總流量值歸于擁堵的所對(duì)應(yīng)的入口應(yīng)道集合記為具體步驟如 下： (1) 設(shè)定目標(biāo)函數(shù)如下：
其中： |V產(chǎn)-Cj|2是樣本點(diǎn)gW與聚類中屯、Cj.之間的距離度量；是指第i個(gè)應(yīng)道的多車道 單方向總流量；j是指速度樣本屬于第j類，即屬于=個(gè)聚類中的一類；N是第j類內(nèi)包含的 所有樣本點(diǎn)的總數(shù)； (2) 從樣本集合中，選擇所有的多車道單方向總流量值形成流量訓(xùn)練集合 Q= {q^.q.,q....q^]； 做采用K-means聚類算法將流量訓(xùn)練集合^二{所，扣，J劃分為擁堵、緩行、暢通 S個(gè)類別，具體步驟如下： 3a)初始化隨機(jī)生成3個(gè)聚類中屯、； 3b)把每個(gè)流量數(shù)據(jù)點(diǎn)分配到離其距離最近的聚類中屯、所在的簇內(nèi)； 3c)當(dāng)所有流量數(shù)據(jù)點(diǎn)均已分配完畢，計(jì)算目標(biāo)函數(shù)是否最優(yōu)化，也就是所有的流量數(shù) 據(jù)點(diǎn)到其所對(duì)應(yīng)的聚類中屯、距離度量最??； 3d)重復(fù)3a)至3c)，直至3個(gè)聚類中屯、位置固定； 3e)取3個(gè)聚類中屯、中流量值最大的聚類中屯、所在的一類作為流量擁堵類； (4)輸出流量擁堵類所對(duì)應(yīng)的擁堵的入口應(yīng)道集合而；。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，其 特征在于；所述將第四步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果與第五步的熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行融合是指，判斷入 口應(yīng)道編號(hào)rii是否同時(shí)滿足n,.仁方^且n,. 即如果該應(yīng)道同時(shí)屬于入口應(yīng)道集合而^ 和入口應(yīng)道集合而；的范圍內(nèi)，則提取該入口應(yīng)道作為高架橋擁堵空間熱點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于升降式限高架的高架橋擁堵空間熱點(diǎn)自動(dòng)提取方法，包括：獲取升降式限高架的設(shè)備數(shù)據(jù)；根據(jù)入口匝道速度數(shù)據(jù)和流量數(shù)據(jù)，計(jì)算一個(gè)采集周期內(nèi)各個(gè)入口匝道的多車道單方向平均速度和多車道單方向總流量，并將二者與二者所對(duì)應(yīng)的入口匝道共同作為樣本集合；對(duì)樣本集合進(jìn)行預(yù)處理，剔除樣本集合內(nèi)的異常值；分別以多車道單方向平均速度、多車道單方向總流量為參數(shù)進(jìn)行空間熱點(diǎn)評(píng)估；將兩個(gè)熱點(diǎn)評(píng)估結(jié)果進(jìn)行融合，自動(dòng)提取高架橋擁堵空間熱點(diǎn)。本發(fā)明充分地利用了升降式限高架入口匝道的速度、流量信息，通過空間熱點(diǎn)的綜合評(píng)估能夠?qū)崿F(xiàn)速度、流量?jī)蓚€(gè)交通參數(shù)的取長(zhǎng)補(bǔ)短，提高了高架橋空間熱點(diǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確度。
【IPC分類】G08G1-01
【公開號(hào)】CN104794896
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510169224
【發(fā)明人】吳亞峰, 林家騏, 鄒嬌, 董婉麗, 徐戚, 戴波, 胡濤, 姬曉波, 李紹甫, 岳方方
【申請(qǐng)人】安徽四創(chuàng)電子股份有限公司
【公開日】2015年7月22日
【申請(qǐng)日】2015年4月10日