CN103942952A - 一种路网功能层次状态等级评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路网功能层次状态等级评估方法，包括：将作为移动检测车辆的出租车的IC卡与该车的车载GPS数据进行时间同步；记录每次出行的起始点O点和终点D点的时间及位置信息；将车载GPS关于起始点及终点的位置信息与电子地图数据进行匹配，获得每次出行起始点及终点位置所对应的路段标识码及车辆出行-路段表和路段-速度表；构建路网层次分析数据库，计算路网功能层次分析的指标值；制定路网功能层次状态等级标准；根据路网功能层次分析的综合评分C及对路网功能层次状态的等级，对路网功能层次状态等级进行评估。本发明方法灵活，充分利用交通信息的历史数据。

Description

一种路网功能层次状态等级评估方法

技术领域

本发明涉及交通管理领域，特别涉及一种路网功能层次状态等级评估方法。

背景技术

路网具有一定的层次性，在进行路网规划时，已将这点考虑在内。中国《公路与城市道路设计手册》中就明确定义了各层次道路的主要功能，无论是公路网中的高速公路、一级公路、二级公路和双车道公路，还是城市路网体系中的快速路、主干道、次干道和支路，不同等级道路之间的功能存在很清晰的层次性。道路网络整合、优化是交通工程和交通规划学科共同关注的重大交通问题，功能层次混乱的道路系统必然会影响交通流的顺畅，降低道路的服务水平。因此，根据实际动态数据对现有路网的功能层次状态进行分析，并在此基础上提出针对性路网功能改良方案，在现有资源条件下形成合理的道路网络是交通规划与管理中的一个重大课题。

虽然国内外对路网评价已经进行过大量的研究，但目前还没有研究专门针对路网的上述功能层次的使用状况进行考察分析。路网分析评价一般都采用基于静态路网数据的指标分析方法和采用移动检测数据进行动态路网交通状态评估的方法。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种路网功能层次状态等级评估方法。

本发明采用如下技术方案：

一种路网功能层次状态等级评估方法可以在已建成运营的路网中应用，也可以对规划和建设中的路网中应用，前者采用实测移动检测车辆交通数据，后者采用模拟或预测的交通数据；

具体步骤为：

S1将作为移动检测车辆的出租车的IC卡与该车的车载GPS数据进行时间同步；

由于路网功能层次分析需要根据居民出行特征进行，而出租车的IC卡记录了每个出租车乘客的上下车时间，行驶里程等信息，且目前我国很多城市的出租车都安装了GPS仪，因此将出租车作为移动检测车辆采集数据。考虑到出租车载IC卡的时间数据与车载GPS的时间数据可能存在差异，采用时间差法进行时间同步，即在某个已知位置的基准点，打开出租车计价器，这时IC卡将记录该基准点时间信息T_IC，根据基准点位置信息找到该车载GPS的时间T_GPS，计算时间差：

ΔT=T_IC-T_GPS

为获得更可靠的时间差，上述方法可多进行几次，取平均值作为时间差ΔT。以GPS时间数据为基准，出租车IC卡的时间数据进行同步：

T’_IC=T_IC-ΔT

式中，T_IC为原始IC卡时间数据，T’_IC为同步后的IC卡时间数据。

S2记录每次出行的起始点O点和终点D点的时间及位置信息；具体为：

根据同步后的移动检测车辆IC卡中每次出行的起始点和终点时间数据T_O、T_D，提取GPS数据中T_O、T_D对应的位置数据X_O，X_D，实现IC卡和GPS的数据融合，以确定每个出行的起始点和终点的时间和位置信息（T_O，X_O）和（T_D，X_D）。

S3将车载GPS关于起始点及终点的位置信息与电子地图数据进行匹配，获得每次出行起始点及终点位置所对应的路段标识码及车辆出行-路段表和路段-速度表；

具体为：采用基于大规模浮动车数据的地图匹配算法将所述确定OD点的移动检测车辆GPS数据与电子地图数据进行匹配，获得每次出行的起点和终点之间经过路段对应的路段标识码，

通过对上述数据表进行处理，可形成车辆出行-路段表和路段-速度表，如下表所示，其中i表示第几次出行。

车辆出行-路段表

路段-速度表

路段ID	路段等级	路段长度	平均速度
				k	快速路	km	Vk

S4构建路网层次分析数据库，计算路网功能层次分析的指标值；

构建路网层次分析数据库具体是在已有GIS数据库的基础上，结合上述移动检测车辆出行-路段数据表，以及路段-速度表即形成。利用所述数据库数据，可计算所述路网功能层次分析指标值。

所述路网功能层次分析指标值包括道路运行速度U1、道路使用比例U2和道路布局结构U3；

所述道路运行速度U1包括出行平均旅行速度U11、各等级道路运行速度水平指数U12；

所述道路使用比例U2包括快速路中长距离出行比例U21、各等级道路出行里程比例U22；

路网布局结构U3包括路网动态非直线系数U31、各等级道路建设里程比例U32。

具体各个指标的计算方式如下：

出行平均旅行速度U11

出行平均旅行速度是指所有移动检测车辆每次出行的旅行速度的平均值，而旅行速度是每次出行里程除以出行时间，即：

$U11=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{L_i}{t_i}}{n}---\left(1\right)$

其中：L_i为出行i的出行里程，t_i出行i的出行时间，n为移动检测车辆采集的出行总数。

各等级道路运行速度水平指数U12

该指标是用于衡量各等级道路的运行速度水平均值，即：

U12=(E₁+E₂+E₃+E₄)/4  （2）

$E_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{m_j}{\mathrm{\Σ}}}\frac{v_{\mathrm{real}}^i}{v_{\mathrm{desig}}^i}}{m_j}---\left(3\right)$

其中，E1、E2、E3、E4分别是快速路、主干道、次干道和支路的运行速度水平指标值，是路段i的实际平均运行速度，而表示其设计速度，m_j为j等级路网的道路数。

快速路中长距离出行比例U21

指在快速路行驶的移动检测车辆样本中，出行距离超过出行里程平均值的出行比例，即

$U21=\frac{{\mathrm{Num}}_{\mathrm{long}}^i}{\mathrm{Num}}---\left(4\right)$

其中：指途经快速路中出行距离超过出行里程平均值的出行次数，Num为途经快速路的出行次数。

各等级道路出行里程比例U22

该指标是用于衡量各等级道路的出行里程比例，即：

$U22=10\×\sqrt{{(P_1-0.25)}^2+{(P_2-0.25)}^2+{(P_3-0.25)}^2+{(P_4-0.25)}^2}---\left(5\right)$

其中 $P_j=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_{\mathrm{ji}}}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{L}_i}---\left(6\right)$

其中，P₁、P₂、P₃、P₄分别是快速路、主干道、次干道和支路的出行里程比例值，L_ji是出行i中j类路段的里程，而L_i是出行i的里程。

路网动态非直线系数U31

指出行的平均非直线系数，即：

$U31=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{R}_i}{n}---\left(7\right)$

其中 $R_i=\frac{L_i}{L_{\mathrm{odi}}}---\left(8\right)$

其中：R_i为出行i的非直线系数，为实际出行里程L_i与OD直线距离L_odi的比值，n为出行总数。

各等级道路建设里程比例U32

该指标是用于衡量各等级道路的建设里程比例均衡度，即：

$U32=10\×\sqrt{{(C_1-0.25)}^2+{(C_2-0.25)}^2+{(C_3-0.25)}^2+{(C_4-0.25)}^2}---\left(9\right)$

其中 $C_j=\frac{S_j}{S}---\left(10\right)$

其中，C1、C2、C3、C4分别是快速路、主干道、次干道和支路的建设里程比例值，Sj是j等级路段长度，S为路网总路段建设里程。

S5制定路网功能层次状态等级标准，所述等级标准包括“A、B、C、D、E”五个等级；

路网功能层次状态等级标准如下：

路网功能层次状态等级为“A”：

路网布局结构合理，各等级路网建设里程比例与交通需求相符，路网功能层次分明，路网各等级道路运行速度水平高，各等级道路使用比例恰当，且路网动态非直线系数小，路网为地区或城市整体交通提供服务好，路网整体交通效率高。

路网功能层次状态等级为“B”：

路网布局结构较合理，各等级路网建设里程比例与交通需求比较相符，路网功能层次较分明，路网各等级道路运行速度水平较高，各等级道路使用比例较恰当，且路网动态非直线系数较小，路网为地区或城市整体交通提供服务较好，路网整体交通效率较高。

路网功能层次状态等级为“C”：

路网布局结构基本合理，各等级路网建设里程比例与交通需求基本相符，路网功能层次基本分明，路网各等级道路运行速度水平一般，各等级道路使用比例基本恰当，且路网动态非直线系数中等水平，路网为地区或城市整体交通提供服务一般，路网整体交通效率有待提高。

路网功能层次状态等级为“D”：

路网布局结构较不合理，各等级路网建设里程比例与交通需求不太相符，路网功能层次较混乱，路网各等级道路运行速度较低，各等级道路使用比例不太恰当，且路网动态非直线系数较大，路网为地区或城市整体交通提供服务较差，需采取有效措施提高路网整体交通效率。

路网功能层次状态等级为“E”：

路网布局结构不合理，各等级路网建设里程比例与交通需求不相符，路网功能层次混乱，路网各等级道路运行速度低，各等级道路使用比例不恰当，且路网动态非直线系数相当大，路网为地区或城市整体交通提供服务差，亟需采取有效措施提高路网整体交通效率。

S6根据路网功能层次分析的指标值及对路网功能层次状态的等级，对路网功能层次状态等级进行评估。

采用样本统计分布法确定各个指标的评分标准，样本可选取不同城市路网或地区公路网（10个左右），在早高峰、平峰、晚高峰等不同时段，采用本方法获取样本，每个指标的样本量不少于30个，且为5的倍数。

评分标准制定如下：

先将样本值按优劣顺序进行排列（指标U11、U12、U21是越大越好，指标U22、U31、U32是越小越好），最优的1/5定为5分的评分范围；次优的1/5属于4分的评分范围，以此类推，得到各指标值的评分标准。

计算路网功能层次综合评分C：

C=(U11+U12+U21+U22+U31+U32)/6

根据路网功能层次状态等级划分标准，当1>C≥0为E级，2>C≥1为D级，3>C≥2为C级，4>C≥3为B级，C≥4分为A级，其中U11、U12、U21、U22、U31、U32是各个指标的评分标准。

本发明的有益效果：

本发明利用出租车作为城市移动检测车辆，将出租车IC卡数据和GPS数据和GIS数据融合，并对路网功能层次分析构建指标体系，方法灵活，充分利用交通信息的历史数据。

本发明可在城市路网中进行，也可在地区公路网进行，且方法简单易行，应用该方法可对我国区域公路网和城市路网的功能层次状况进行分析评估，并据此进行针对性改善，提高路网交通效率，因此本发明具有很大的实际推广价值。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

本实施例通过对北京市路网进行测试，其实施步骤如附图1所示，

然后采用时间差法进行移动检测车辆IC卡和GPS数据时间同步。

然后根据同步后的移动检测车辆IC卡中每个出行的起始点和终点时间数据T_O、T_D，提取GPS数据中T_O、T_D对应的位置数据X_O，X_D，实现IC卡和GPS的数据融合，以确定每个出行的起始点和终点的时间和位置信息（T_O，X_O）和（T_D，X_D）。

然后采用参考文献章威,徐建闽,林绵峰.基于大规模浮动车数据的地图匹配算法[J].交通运输系统工程与信息，2007,7(2):39245中的基于大规模浮动车数据的地图匹配算法将所述确定OD点的移动检测车辆GPS数据与电子地图数据进行匹配，匹配后得到每个出行的每个GPS位置点Xi所处的路段标志码L_ID，形如：

通过对上述数据表进行处理，形成车辆出行-路段表和路段-速度表，将车辆出行-路段表和路段-速度表结合已有的GIS电子地图，形成路网层次分析数据库。

最后利用所述路网层次分析数据库，根据指标计算公式计算所述路网功能层次分析指标值，并根据分析指标计算结果和路网功能层次状态等级划分，对路网功能层次状况进行评估，各指标数值如下表所示：

计算路网功能层次综合评分C：

C=(U11+U12+U21+U22+U31+U32)/6

其中U11、U12、U21、U22、U31、U32是各个指标的评分标准。

表明北京市路网功能层次状态等级比较符合C等级；根据路网功能层次状态等级划分标准，北京市路网为城市整体交通提供服务一般，需采取有效措施改善路网功能层次，提高路网整体交通效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种路网功能层次状态等级评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

将作为移动检测车辆的出租车的IC卡与该车的车载GPS数据进行时间同步；

记录每次出行的起始点O点和终点D点的时间及位置信息；

将车载GPS关于起始点及终点的位置信息与电子地图数据进行匹配，获得每次出行起始点及终点位置所对应的路段标识码及车辆出行-路段表和路段-速度表；

构建路网层次分析数据库，计算路网功能层次分析的指标值；

制定路网功能层次状态等级标准，所述等级标准包括“A、B、C、D、E”五个等级；

根据路网功能层次分析的综合评分C及对路网功能层次状态的等级，对路网功能层次状态等级进行评估。

2.根据权利要求1所述的一种路网功能层次状态等级评估方法，其特征在于，所述根据路网功能层次分析的指标值及对路网功能层次状态的等级，对路网功能层次状态进行评估，具体为：

计算路网功能层次综合评分C：

C=(U11+U12+U21+U22+U31+U32)/6

当1>C≥0为E级，2>C≥1为D级，3>C≥2为C级，4>C≥3为B级，C≥4分为A级，其中U11、U12、U21、U22、U31、U32是各个指标的评分标准。

3.根据权利要求1所述的一种路网功能层次状态等级评估方法，其特征在于，所述路网功能层次分析的指标值包括道路运行速度、道路使用比例和道路布局结构；

所述道路运行速度包括出行平均旅行速度、各等级道路运行速度水平指数；

所述道路使用比例包括快速路中长距离出行比例、各等级道路出行里程比例；

路网布局结构包括路网动态非直线系数、各等级道路建设里程比例。

4.根据权利要求1所述的一种路网功能层次状态等级评估方法，其特征在于，采用基于大规模浮动车数据的地图匹配算法进行车载GPS关于起始点及终点的位置信息与电子地图数据进行匹配。

5.根据权利要求1所述的一种路网功能层次状态等级评估方法，其特征在于，所述构建路网层次分析数据库具体为：在已有GIS数据库的基础上，结合车辆出行-路段表和路段-速度表构成。