CN103971516A - 交通数据预处理方法及路况检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种交通数据预处理方法，包括:清洗掉占有率大于95％且平均车速大于5km/h的交通数据，所述交通数据包括平均车速和占有率。本发明还涉及一种路况检测方法，将公路路况分为“正常通行”、“排队通行”、以及“道路拥堵”三种状态，根据车流量变化率、占有率变化率及速度变化率作为报警事件发生的依据，而三种状态的划分则根据平均车速和占有率的阈值来进行判定。本发明的交通数据预处理方法，在检测路况之前，对交通数据进行预先清洗以获取有效数据，从而提高了分析结果的准确性。本发明的路况检测方法，把各种参数相互结合起来、通过有规则的流程性的方法来判断路况，能够快速准确的检测出多种路况信息。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通控制技术，具体涉及一种交通数据预处理方法及一种路况检测方法。
背景技术
随着经济的快速发展，机动车的拥有量急剧增长，高速公路的发展也随之进入了新的阶段，然而部分地区公路基础设施的增长远远跟不上交通需求量的增长，加之路边违法停车、道路施工、交通事故、恶劣天气等因素的存在，使得交通拥堵日趋严重，交通事故时有发生。为了实现交通管理控制的智能化，使交通管理人员能够在最短时间内做出应急指挥调度措施，最大限度减轻交通事故对正常交通的影响，保证路网的畅通，需要对公路的路况进行自动检测，但是目前实际应用到路网中的路况自动检测技术的准确性比较低。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种交通数据预处理方法和一种路况检测方法。
一种交通数据预处理方法，包括：清洗掉占有率大于95％且平均车速大于5km/h的交通数据；所述交通数据包括平均车速和占有率。
进一步的，所述交通数据预处理方法还包括：清洗掉平均车速＞平均车速最大阈值的数据。
其中，所述平均车速最大阈值为120km/h。
进一步的，所述交通数据还包括车流量，所述交通数据预处理还包括以下处理步骤的任一或组合：清洗掉占有率为零且车流量大于2辆/5分钟的交通数据；清洗掉车流量＞车流量最大阈值的交通数据；清洗掉平均车速为零且车流量不为零的交通数据；清洗掉车流量为零且平均车速不为零的交通数据；清洗掉车流量为零且占有率不为零的交通数据。
一种路况检测方法，包括：实时采集待测路段的交通数据并按照权利要求1-5任一项所述的交通数据预处理方法进行处理，所述交通数据包括车流量、平均车速、以及占有率；根据处理后的交通数据计算出车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率；根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测，包括：当待测路段的上次路况为“正常通行”时，如果同时满足“车流量变化率＜0且平均车速变化率＜0且占有率变化率＞0”和“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”,则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“正常通行”；当待测路段的上次路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＞平均车速排队阈值且占有率＜占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况为“正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”。
其中，所述平均车速排队阈值为50km/h,所述占有率排队阈值为20％。
进一步的，所述路况检测方法还包括：所述“非正常通行”包括“排队通行”和“道路拥堵”；所述根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测还包括：当待测路段的上次路况为“正常通行”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”；当待测路段的上次路况为“排队通行”或者“道路拥堵”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，进行判断步骤A；所述判断步骤A包括：如果不满足“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况与上次路况保持一致，否则进行判断步骤B；所述判断步骤B包括：如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”。
其中，所述平均车速排队阈值为50km/h,所述占有率排队阈值为20％。
其中，所述平均车速拥堵阈值为20km/h,所述占有率拥堵阈值为30％。
本发明的交通数据预处理方法，在检测路况之前，对交通数据进行预先清洗以获取有效数据，使得待分析的数据更加准确合理，从而提高了分析结果的准确性，降低了交通事件的误报率。本发明的路况检测方法，实时采集车流量、平均车速、以及占有率数据，然后把各种参数相互结合起来、通过有规则的流程性的方法来判断路况，不存在由于互通、枢纽等问题而导致误报率增大的现象，能够快速准确的检测出多种路况信息。
附图说明
图1为本发明路况检测方法的第一实施例的流程图。
图2为本发明路况检测方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
本发明中，可以采用车检器或其它方式定时检测待测路段的交通数据，每次检测获得的一组交通数据都包括占有率和平均车速，进一步的还可以包括车流量。由于路况检测过程中可能会存在数据遗漏、错误或不精确等问题，这些问题数据的存在会直接影响路况检测的准确性，从而导致对当前交通事件的误判，所以在判断路况之前，需要预先对交通数据进行预处理。本发明的交通数据预处理方法，对组内数据按照下列方法进行评估处理，如果被认为是错误的，则去除整组交通数据。
本发明中，所述占有率是指道路的空间占有率，即待测路段内车辆占有的道路量与待测路段全部道路总量的比率。
所述车流量是指预定单位时间内通过待测路段的车辆数。
所述平均车速是指待测路段内车辆的平均速度。
需要说明的是，实际应用中通常是对待测路段的不同方向分别判断路况，所以本发明中所述的车流量、平均车速、以及占有率都是指待测路段待测方向的数据。
一种交通数据预处理方法，包括：
1.清洗掉占有率大于95％且平均车速大于5km/h的交通数据；所述交通数据包括平均车速和占有率；
因为根据占有率和平均车速的关系，占有率很大时，平均车速会很低，所以需要清洗掉占有率大于95％且平均车速大于5km/h的交通数据。
所述交通数据预处理方法还包括：
2.清洗掉平均车速＞平均车速最大阈值的交通数据；
根据<<中华人民共和国道路交通安全法实施条例>>第七十八条高速公路应当标明车道的行驶速度，最高车速不得超过每小时120公里，所以所述平均车速最大阈值为120km/h。
进一步的，所述交通数据还包括车流量，所述交通数据预处理方法还包括以下处理步骤的任一或组合：
3.清洗掉车流量＞车流量最大阈值的交通数据；
表1中列出了某个高速公路待测路段待测方向的固定时间点之前5分钟内的车流量数据，根据历史车流量数据将该待测路段待测方向的车流量最大阈值设置为每5分钟350辆。
表1车流量数据
| 时间 | 02:00 | 04:00 | 06:00 | 08:00 | 10:00 | 12:00 |
| 车流量(车辆数/5分钟) | 24 | 8 | 34 | 81 | 129 | 245 |
| 时间 | 14:00 | 16:00 | 18:00 | 20:00 | 22:00 | 24:00 |
| 车流量(车辆数/5分钟) | 144 | 153 | 127 | 93 | 89 | 47 |
通用的，根据多条公路大量现场数据分析后,确定所述车流量最大阈值为(待测方向车道数×180辆)/5分钟。
4.清洗掉占有率为零，且车流量大于2辆/5分钟的交通数据；
根据占有率和车流量之间的关系，占有率为零时，车流量必然为零，但由于车检器检测到的占有率只精确到1％，使得一些占有率小于1％的情况被忽略，所以占有率为零时，可能存在一定大小的车流量，所以需要清洗掉占有率为零，且车流量大于2辆/5分钟的交通数据；
5.清洗掉平均车速为零且车流量不为零的交通数据；
平均车速为零，说明在一段时间内没有车辆通过，所以如果出现车流量不为零的情况，表明数据为错误数据，应该清洗掉。
6.清洗掉车流量为零且平均车速不为零的交通数据；
7.清洗掉车流量为零且占有率不为零的交通数据；
在一段时间内的车流量为零，其平均车速和占有率必然全为零，如果出现其中一种参数不为零的情况都为错误数据，应该清洗掉。
公路的运行路况是随着时间的变化而逐渐改变的，本发明将公路路况分为“正常通行”、“排队通行”、以及“道路拥堵”三种状态，根据车流量变化率、占有率变化率及速度变化率作为报警事件发生的依据，而三种状态的划分则根据平均车速和占有率的阈值来判定。
下文表格2-4中列出了不同高速公路路段的车检器在不同时间段采集到的参数数据及通过录像确认后的实时路况。
表2车检器A处
| 时间 | 通行状态 | 平均车速(km/h) | 占有率(％) | 车流量(车辆数/5分钟) |
| 17:10 | 正常通行 | 55 | 24％ | 210 |
| 17:15 | 正常通行 | 55 | 23 | 191 |
| 17:20 | 正常通行 | 53 | 24 | 196 |
| 17:25 | 排队通行 | 48 | 27 | 190 |
| 17:30 | 排队通行 | 55 | 27 | 221 |
| 17:35 | 排队通行 | 57 | 22 | 201 |
| 17:40 | 正常通行 | 61 | 14 | 178 |
表3车检器B处
| 时间 | 通行状态 | 平均车速(km/h) | 占有率(％) | 车流量(车辆数/5分钟) |
| 20:05 | 正常通行 | 53 | 17 | 146 |
| 20:10 | 正常通行 | 52 | 19 | 148 |
| 20:15 | 排队通行 | 46 | 21 | 140 |
| 20:20 | 排队通行 | 53 | 22 | 174 |
| 20:25 | 排队通行 | 50 | 23 | 172 |
| 20:30 | 排队通行 | 52 | 22 | 160 |
| 20:35 | 正常通行 | 55 | 15 | 129 |
表4车检器C处
| 时间 | 通行状态 | 平均车速(km/h) | 占有率(％) | 车流量(车辆数/5分钟) |
| 13:05 | 正常通行 | 75 | 8 | 142 |
| 13:10 | 正常通行 | 58 | 12 | 141 |
| 13:15 | 排队通行 | 43 | 21 | 113 |
| 13:20 | 道路拥堵 | 15 | 31 | 84 |
| 13:25 | 道路拥堵 | 18 | 33 | 65 |
| 13:30 | 道路拥堵 | 17 | 31 | 71 |
| 13:35 | 排队通行 | 35 | 22 | 95 |
| 13:40 | 正常通行 | 50 | 17 | 104 |
从以上表格中的数据可以看出，当同一车检器相邻周期内的“车流量变化率＜0且平均车速变化率＜0且占有率变化率＞0”，并且平均车速和占有率在给定的阈值范围内时通行状态由正常通行变为排队通行或者道路拥堵，包括：平均车速排队阈值为50km/h,占有率排队阈值为20％，平均车速拥堵阈值为20km/h,占有率拥堵阈值为30％。
参考图1所示，为本发明路况检测方法的第一实施例的流程图，能够判断出路况为“正常通行”还是“非正常通行”，具体包括：
实时采集待测路段的交通数据并按照前述交通数据预处理方法进行处理，所述交通数据包括车流量、平均车速、以及占有率；
根据处理后的交通数据计算出车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率；
根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测，包括：
当待测路段的上次路况为“正常通行”时，如果同时满足“车流量变化率＜0且平均车速变化率＜0且占有率变化率＞0”和“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”,则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“正常通行”；
当待测路段的上次路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＞平均车速排队阈值且占有率＜占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况为“正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”。
其中，所述平均车速排队阈值为50km/h,所述占有率排队阈值为20％。
其中，可以设置告警标志：待测路段的路况为“正常通行”时，告警标志F＝0；待测路段的路况为“非正常通行”时，告警标志F＝1；告警标志F＝1时进行告警处理。
进一步的，在图1的第一实施例的基础上，本发明还提供了路况检测方法的第二实施例，能够判断出路况为“正常通行”、“排队通行”还是“道路拥堵”，其中“排队通行”和“道路拥堵”都属于“非正常通行”状态；参考图2第二实施例的流程图所示：
实时采集待测路段的交通数据并按照前述交通数据预处理方法进行处理，所述交通数据包括车流量、平均车速、以及占有率；
根据处理后的交通数据计算出车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率；
根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测，包括：
当待测路段的上次路况为“正常通行”时，如果同时满足“车流量变化率＜0且平均车速变化率＜0且占有率变化率＞0”和“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”,则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“正常通行”；
当待测路段的上次路况为“正常通行”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”。
当待测路段的上次路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＞平均车速排队阈值且占有率＜占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况为“正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”；
当待测路段的上次路况为“排队通行”或者“道路拥堵”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，进行判断步骤A；
所述判断步骤A包括：如果不满足“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况与上次路况保持一致：即如果待测路段的上次路况为“排队通行”，那么待测路段的当前路况也为“排队通行”，如果待测路段的上次路况为“道路拥堵”，那么待测路段的当前路况也为“道路拥堵”；否则进行判断步骤B；
所述判断步骤B包括：如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”。
其中，所述平均车速排队阈值为50km/h,所述占有率排队阈值为20％。
其中，所述平均车速拥堵阈值为20km/h,所述占有率拥堵阈值为30％。
其中，可以设置告警标志：待测路段的路况为“正常通行”时，告警标志F＝0；待测路段的路况为“非正常通行”时，告警标志F＝1；告警标志F＝1时进行告警处理。
本发明的交通数据预处理方法，在检测路况之前，对交通数据进行预先清洗以获取有效数据，使得待分析的数据更加准确合理，从而提高了分析结果的准确性，降低了交通事件的误报率。本发明的路况检测方法，实时采集车流量、平均车速、以及占有率数据，然后把各种参数相互结合起来、通过有规则的流程性的方法来判断路况，不存在由于互通、枢纽等问题而导致误报率增大的现象，能够快速准确的检测出多种路况信息。
本发明的实施例仅给出了一些具体实施方式，本领域的普通技术人员在不脱离本申请的发明精神和构思的情况下，可以做出各种变型，这些都属于本申请的权利要求所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种交通数据预处理方法，其特征在于，包括：
清洗掉占有率大于95％且平均车速大于5km/h的交通数据；
所述交通数据包括平均车速和占有率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
清洗掉平均车速＞平均车速最大阈值的交通数据。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述平均车速最大阈值为120km/h。
4.如权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述交通数据还包括车流量，所述交通数据预处理还包括以下处理步骤的任一或组合：
清洗掉占有率为零且车流量大于2辆/5分钟的交通数据；
清洗掉车流量＞车流量最大阈值的交通数据；
清洗掉平均车速为零且车流量不为零的交通数据；
清洗掉车流量为零且平均车速不为零的交通数据；
清洗掉车流量为零且占有率不为零的交通数据。
5.一种路况检测方法，其特征在于，包括：
实时采集待测路段的交通数据并按照权利要求1-4任一项所述的交通数据预处理方法进行处理，所述交通数据包括车流量、平均车速、以及占有率；
根据处理后的交通数据计算出车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率；
根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测，包括：
当待测路段的上次路况为“正常通行”时，如果同时满足“车流量变化率＜0且平均车速变化率＜0且占有率变化率＞0”和“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”,则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“正常通行”；
当待测路段的上次路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＞平均车速排队阈值且占有率＜占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况为“正常通行”,否则判断待测路段的当前路况为“非正常通行”。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：
所述“非正常通行”包括“排队通行”和“道路拥堵”；
所述根据处理后的交通数据和计算出的车流量变化率、平均车速变化率、以及占有率变化率的数据进行路况检测还包括：
当待测路段的上次路况为“正常通行”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”；
当待测路段的上次路况为“排队通行”或者“道路拥堵”，且已经判断出待测路段的当前路况为“非正常通行”时，进行判断步骤A；
所述判断步骤A包括：如果不满足“平均车速＜平均车速排队阈值且占有率＞占有率排队阈值”，则判断待测路段的当前路况与上次路况保持一致，否则进行判断步骤B；
所述判断步骤B包括：如果满足“平均车速＜平均车速拥堵阈值且占有率＞占有率拥堵阈值”，则判断待测路段的当前路况为“道路拥堵”，否则判断待测路段的当前路况为“排队通行”。
7.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：
所述平均车速排队阈值为50km/h。
8.如权利要求5或6所述的方法，其特征在于：
所述占有率排队阈值为20％。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述平均车速拥堵阈值为20km/h。
10.如权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述占有率拥堵阈值为30％。
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