CN104182633A - 分层次的交通运行评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分层次的交通运行评价方法，包括：根据获取的基础交通数据计算目标区域健康交通状况下的交通参数值，具体为计算目标区域中每一路段的自由流速度；将实际交通状况下的交通参数值和健康交通状况下的交通参数值做对比得到目标区域的无理论界的特征性指标，即目标区域的旅行时间指数；将目标区域的无理论界的特征性指标转换为有理论界的特征性指标，有理论界的特征性指标为延误时间比，延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间＝1-1/旅行时间指数；将目标区域有理论界的特征性指标转换为直观的决策性指标，即交通运行指数。本发明方法适用范围广，简单易行。

Description

分层次的交通运行评价方法

技术领域

本发明涉及交通运状况行评价技术领域，尤其涉及一种分层次的交通运行评价方法。

背景技术

随着我国城市化、现代化、机动化的同步快速发展，以及城市人口迅速增长，机动车保有量增长迅猛等原因，导致交通拥堵日益严重。及时、准确了解交通运行情况是制定相关政策的依据，对交通运行状况认识以及定量衡量是规划、管理等各项交通工作的前提。随着交通工作的精细化，对交通系统运行评价的需求，已经从整体全路网，扩展到分区域、分道路等级，分出行方式的多层次需求。

现有从各种角度衡量交通运行状况的方法，包括：路网运行速度、负荷度、排队长度、拥堵里程比例以及旅行时间指数(TTI)等。这些指标用来评价交通运行状况存在如下问题：1、由于不同道路设计速度、通行能力、信号灯配时等因素存在差别，单纯的从某个物理量大小无法衡量其运行效率高低，比如同样运行速度60km/Hr对高速和次支路完全是不同的运行状态；2、TTI等指标能反映不同道路的差异，但其随着道路运行速度降低迅速增大，没有理论上限，样本量少的情况下容易出现极大值，为直观展现带来困难；3、拥堵里程比例等方法仅适用于大范围路网的运行评价，在路段较少时波动较大，在公交线路、高速公路、快速路、小区域等场合无法应用、4、排队长度等方法在快速路和高速公路等场合无法应用。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种分层次的交通运行评价方法，主要目的在于，提供一种适用范围广，简单易行的评价方法。

为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：

本发明实施例提供了一种分层次的交通运行评价方法，包括如下步骤：

根据获取的基础交通数据计算健康交通状况下的交通参数值，具体为计算目标区域中每一路段的自由流速度；

将实际交通状况下的交通参数值和健康交通状况下的交通参数值做对比得到目标区域的无理论界的特征性指标，所述目标区域的无理论界的特征性指标为目标区域的旅行时间指数，所述旅行时间指数为在一定时间间隔内，目标区域包含的全部车辆以当前速度行驶与自由流速度行驶同样的距离需要的时间的比值；

将目标区域的无理论界的特征性指标转换为有理论界的特征性指标，所述有理论界的特征性指标为延误时间比，所述延误时间比通过下式获得，延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间＝1-1/旅行时间指数；

将目标区域有理论界的特征性指标转换为直观的决策性指标，所述决策性指标为交通运行指数，所述交通运行指数由延误时间比根据折减函数转换得到。

作为优选，所述目标区域中路段(link)的自由流速度通过如下步骤获得：根据历史监测数据对每个路段每个时间点统计一定时期的平均速度；以15分钟为间隔，在早06:00至晚20:00的56个时间段中求速度最大的8个时刻的均值作为该路段的自由流速度。

作为优选，计算目标区域的旅行时间指数包括如下步骤：

构造速密曲线，根据实时速度v_i获得路段的实时车辆密度ρ_i，其中

对于无信号灯的连续流，用旅行时间指数对Greenshields模型进行修正得到如下速密关系式：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}\frac{125(\tilde{v}-v_i)}{\tilde{v}},{\mathrm{TTI}}_i>1.2\\ 20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\end{array}\right.$

其中为连续流的最大设计自由流速度；

对于有信号灯的间断流，分段线性拟合速密关系式如下：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\\ 5,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i>65\\ -v_i+70,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}30<v_i\&le;65\\ -6v_i+220,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}15<v_i\&le;30\\ 130,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i\&le;15\end{array}\right.$

其中为第i条路段自由流速度，v_i为第i条路段实时速度，ρ_i为第i条路段车辆密度，为第i条路段的实时旅行时间指数；

对于给定时间间隔中，以目标区域内各路段的车辆数作为各路段的加权系数得到目标区域的旅行时间指数TTI，具体公式如下：

$\begin{array}{c}\mathrm{TTI}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tl}}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tv}}_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\\ =\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{l}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{v_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\end{array}$

其中，Δt为给定时间间隔，l_i为第i条路段长度，w_i为第i条路段车道数；此公式中，分子部分的含义为在给定时间Δt内目标区域中所有车辆花费的时间，分母部分含义为当前这些车辆在该时间间隔内行驶的距离如果以自由流速度行驶所需要的时间；l_iw_iρ_i为第第i条路段内的车辆数。

作为优选，所述目标区域的延误时间比通过下式获得

延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间

＝1-自由流旅行时间/实际旅行时间

＝1-1/TTI

即由目标区域的旅行时间指数TTI根据上式可以获得目标区域的延误时间比。

作为优选，根据下式将延误时间比转换为交通运行指数，

$\mathrm{\&lambda;}=\left\{\begin{array}{cc}{e}^x,& -\&infin;\&le;x\&le;0\\ 14x+1,& 0<x\&le;0.5\\ 4x+6,& 0.5<x\&le;1\end{array}\right.$

其中λ为交通运行指数，x为目标区域的延误时间比。

本发明实施例提出的一种分层次的交通运行评价方法与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明实施例的交通运行评价方法可以直接反映了出行者拥堵产生的时间成本占其出行时间的比例。

2、本发明实施例的交通运行评价方法采用的延误时间比指标相对于TTI等指标有明确的上下界数值0至1。

3、本发明实施例的交通运行评价方法适用于从宏观路网到微观道路多层次交通运行评价，包括：放射线公路、高速公路、小区域等。

4、本发明实施例的交通运行评价方法脱离等级道路的限制，不需道路通行能力、道路等级等信息

5、本发明实施例的交通运行评价方法不需要浮动车样本数信息，仅路段速度即可进行计算。

附图说明

图1、图2和图3分别为用本发明实施例提供的方法得到的一天内各等级道路交通运行指数曲线图、各环路交通运行指数曲线图和热点区域交通运行指数曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

分层次的交通运行评价方法，包括如下步骤：

根据获取的基础交通数据计算健康交通状况下的交通参数值，具体为计算目标区域中每一路段的自由流速度；

将实际交通状况下的交通参数值和健康交通状况下的交通参数值做对比得到目标区域的无理论界的特征性指标，所述目标区域的无理论界的特征性指标为目标区域的旅行时间指数，所述旅行时间指数为在一定时间间隔内，目标区域包含的全部车辆以当前速度行驶与自由流速度行驶同样的距离需要的时间的比值；

将目标区域的无理论界的特征性指标转换为有理论界的特征性指标，所述有理论界的特征性指标为延误时间比，所述延误时间比通过下式获得，延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间＝1-1/旅行时间指数；

将目标区域有理论界的特征性指标转换为直观的决策性指标，所述决策性指标为交通运行指数，所述交通运行指数由延误时间比根据折减函数转换得到。

本发明方法通过分多个层次来评价交通运行，基础交通数据获得特征性指标，并将特征性指标由无理论界转换为有理论界(延误时间比的范围为0～1)，进而得到决策性指标，即交通运行指数来评价交通运行状况。延误时间比又称冗余时间比，代表拥堵给出行者带来的额外时间成本占其消耗时间的比例，是全社会为拥堵付出的时间代价的测度，也即通过缓堵可以为出行者节省的时间比例。本发明给出了一种从出行者为付出的额外时间成本在出行时间中所占比例的角度评价交通运行快捷性的方法，从交通运行状况本质性对交通运行状况进行评价。本发明方法只需要基础交通数据中的速度数据即可，简单易行。其可以广泛的应用于路网运行评价、公交运行评价、快速路运行评价、放射线公路运行评价、高速公路运行评价等诸多方面。

作为上述实施例的优选，目标区域中路段(link)的自由流速度通过如下步骤获得：根据历史监测数据对每个路段每个时间点统计一定时期的平均速度；在早06:00至晚20:00的56个时间段中求速度最大的8个时刻的均值作为该路段的自由流速度。当然，也可以10分钟或其他的一定时长为间隔，求最大的几个时刻的均值作为该路段的自由流速度。

自由流速度为交通量较小道路完全畅通情况下车辆的行驶速度，可以忽略车辆密度对其影响，但其受雨、雪、雾等自然条件及限行标志等道路通行能力的影响。每个路段具有不同的自由流速度。所以先使用历史监测数据对每个link每个时间点统计一定时期的平均速度。比如求连续一个月内每天01:00至01:15的该link平均速度(行驶距离之和除以行驶时间之和)，得到该link该时间点的速度；考虑到夜间与白天信号灯周期不同，白天的自由流速度更有代表性，所以在早06:00至晚20:00的56个时间段中求速度最大的8个时刻的均值作为该link的自由流速度。

作为上述实施例的优选，计算目标区域的旅行时间指数包括如下步骤：

构造速密曲线，根据实时速度v_i获得路段的实时车辆密度ρ_i，其中

对于无信号灯的连续流，用旅行时间指数对Greenshields模型进行修正得到如下速密关系式：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}\frac{125(\tilde{v}-v_i)}{\tilde{v}},{\mathrm{TTI}}_i>1.2\\ 20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\end{array}\right.$

其中，ρ_i为第i条路段车辆密度；为第i条路段自由流速度，由于是无信号灯的连续流，所以取连续流的最大设计自由流速度，对于城市道路可令v_i为第i条路段实时速度；TTI_i为第i条路段的实时旅行时间指数，

对于有信号灯的间断流，分段线性拟合速密关系式如下：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\\ 5,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i>65\\ -v_i+70,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}30<v_i\&le;65\\ -6v_i+220,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}15<v_i\&le;30\\ 130,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i\&le;15\end{array}\right.$

其中为第i条路段自由流速度，v_i为第i条路段实时速度，ρ_i为第i条路段车辆密度，为第i条路段的实时旅行时间指数；

对于给定时间间隔，以目标区域内各路段的车辆数作为各路段的加权系数获得目标区域的平均旅行时间指数TTI，具体采用公式如下：

$\begin{array}{c}\mathrm{TTI}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tl}}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tv}}_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\\ =\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{l}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{v_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\end{array}$

其中，Δt为给定时间间隔，l_i为第i条路段长度，w_i为第i条路段车道数，ρ_i为第i条路段车辆密度；此公式中，分子部分的含义为在给定时间Δt内目标区域中所有车辆花费的时间，分母部分含义为当前这些车辆在该时间间隔内行驶的距离如果以自由流速度行驶所需要的时间；l_iw_iρ_i为第第i条路段内的车辆数。

目标区域的延误时间比通过下式获得

延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间

＝1-自由流旅行时间/实际旅行时间

＝1-1/TTI

即由目标区域的旅行时间指数TTI根据上式可以获得目标区域的延误时间比。

作为上述实施例的优选，根据下式将目标区域的延误时间比转换为交通运行指数，

$\mathrm{\&lambda;}=\left\{\begin{array}{cc}{e}^x,& -\&infin;\&le;x\&le;0\\ 14x+1,& 0<x\&le;0.5\\ 4x+6,& 0.5<x\&le;1\end{array}\right.$

其中λ为交通运行指数，x为目标区域的延误时间比。

用2014年4月23日0时至24时北京市采集的数据对本发明实施例的交通运行评价方法进行了验证。用本发明实施例提供的方法分别得到了各等级道路交通运行指数、各环路交通运行指数、各环路间路网交通运行指数、城六区交通运行指数和热点区域交通运行指数。其中图1、图2和图3分别为用本发明实施例提供的方法得到的一天内各等级道路交通运行指数曲线图、各环路交通运行指数曲线图和热点区域交通运行指数曲线图。根据验证结果可以看出本发明方法物理含义清晰，适用于没有路段样本数仅有速度值的情况，及宏观至微观的多层次评价，且对于及多城市之间交通运行对比具有较好应用前景。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在可读取的存储介质中，如计算机的软盘，硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.分层次的交通运行评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据获取的基础交通数据计算健康交通状况下的交通参数值，具体为计算目标区域中每一路段的自由流速度；

将实际交通状况下的交通参数值和健康交通状况下的交通参数值做对比得到目标区域的无理论界的特征性指标，所述目标区域的无理论界的特征性指标为目标区域的旅行时间指数，所述旅行时间指数为在一定时间间隔内，目标区域包含的全部车辆以当前速度行驶与自由流速度行驶同样的距离需要的时间的比值；

将目标区域的无理论界的特征性指标转换为有理论界的特征性指标，所述有理论界的特征性指标为延误时间比，所述延误时间比通过下式获得，延误时间比＝(实际旅行时间-自由流旅行时间)/实际旅行时间＝1-1/旅行时间指数；

将目标区域有理论界的特征性指标转换为直观的决策性指标，所述决策性指标为交通运行指数，所述交通运行指数由延误时间比根据折减函数转换得到。

2.根据权利要求1所述的分层次的交通运行评价方法，其特征在于，所述目标区域中路段的自由流速度通过如下步骤获得：根据历史监测数据对每个路段每个时间点统计一定时期的平均速度；以15分钟为间隔，在早06:00至晚20:00的56个时间段中求速度最大的8个时刻的均值作为该路段的自由流速度。

3.根据权利要求1所述的分层次的交通运行评价方法，其特征在于，计算目标区域的旅行时间指数包括如下步骤：

构造速密曲线，根据实时速度v_i获得路段的实时车辆密度ρ_i，其中

对于无信号灯的连续流，用旅行时间指数对Greenshields模型进行修正得到如下速密关系式：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}\frac{125(\tilde{v}-v_i)}{\tilde{v}},{\mathrm{TTI}}_i>1.2\\ 20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\end{array}\right.$

其中为连续流的最大设计自由流速度；

对于有信号灯的间断流，分段线性拟合速密关系式如下：

${\mathrm{\&rho;}}_i=\left\{\begin{array}{c}20,{\mathrm{TTI}}_i<1.2\\ 5,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i>65\\ -v_i+70,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}30<v_i\&le;65\\ -6v_i+220,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}15<v_i\&le;30\\ 130,{\mathrm{TTI}}_i>1.2\mathrm{and}{v}_i\&le;15\end{array}\right.$

其中为第i条路段自由流速度，v_i为第i条路段实时速度，ρ_i为第i条路段车辆密度，为第i条路段的实时旅行时间指数；

对于给定时间间隔，以目标区域内各路段的车辆数作为各路段的加权系数得到目标区域的旅行时间指数TTI，具体公式如下：

$\begin{array}{c}\mathrm{TTI}=\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tl}}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{tv}}_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\\ =\frac{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}{l}_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\left(l_i{w}_i{\mathrm{\&rho;}}_i\frac{v_i}{{\tilde{v}}_i}\right)}\end{array}$

其中，Δt为给定时间间隔，l_i为第i条路段长度，w_i为第i条路段车道数；此公式中分子部分的含义为在给定时间Δt内目标区域中所有车辆花费的时间，分母部分含义为当前这些车辆在该时间间隔内行驶的距离如果以自由流速度行驶所需要的时间；l_iw_iρ_i为第第i条路段内的车辆数。

4.根据权利要求1所述的分层次的交通运行评价方法，其特征在于，根据下式将延误时间比转换为交通运行指数，

$\mathrm{\&lambda;}=\left\{\begin{array}{cc}{e}^x,& -\&infin;\&le;x\&le;0\\ 14x+1,& 0<x\&le;0.5\\ 4x+6,& 0.5<x\&le;1\end{array}\right.$

其中λ为交通运行指数，x为目标区域的延误时间比。