CN106128103B - 一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法及装置。在明确道路交叉口进出口道断面交通量的基础上，利用逐级递归控制算法计算道路交叉口转向交通量分配值和断面交通量分配值，以实现道路交叉口转向交通量的分配。依据发明的方法所设计的装置包括：交通量采集模块、转向关系矩阵建立模块、参数设置模块、数据导入模块、转向交通量分配模块、数据存储模块和数据输出模块七部分构成。其中，转向交通量分配模块是核心所在。基于所发明的装置，便于应用所发明的方法实施不同道路交叉口转向交通量的分配计算，提高了转向交通量计算的便捷性和精确性。

Description

一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法及 装置
技术领域
本发明涉及一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法及装置，属于道路交通、数值计算技术领域。
背景技术
道路交叉口转向交通量分配是道路交通量预测中的重要组成部分。根据道路交叉的形式，分为平面交叉和立体交叉。其中，平面交叉口转向交通量的分配决定了平面交叉口的几何形状以及设计尺寸；立体交叉转向交通量的分配决定了立交选型以及匝道设计。随着道路设计精细化理念的深入，准确、快速便捷地获得道路交叉口转向交通量成为道路设计的重要基础。因此，通过一种科学的手段方法，进行道路交叉口转向交通量分配，对平面交叉和立体交叉的科学、合理设计具有非常重要的意义。
按照交通量分配的时间特性，道路交叉口转向交通量的分配可以分为现状转向交通量分配以及规划转向交通量分配。目前获得转向交通量的方法包括人工或设备采集、交通仿真或者智能控制算法，其目的是得到实际的转向交通量或是预测得到规划年的转向交通量，尤其是采用交通仿真或智能控制算法时，其核心是实现动态的转向交通量预测。然而，在实际工作应用中，尤其是开展转向交通量现状分析以及道路交叉口类型选定以及设计时，静态的转向交通量分配结果值便可满足其研究需求。然而由于交叉口交通流向的复杂性以及方向多重性，数据采集一般集中在路段数据采集层面，尤其是在时间、金钱等约束条件下，往往难以开展大规模的转向交通数据采集工作；规划年的道路交叉口转向交通量可以通过交通仿真软件或者是智能控制算法得到，例如遗传算法、卡尔曼滤波算法、神经网络算法等，然而在实际应用过程中，由于历史数据的缺失或者使用人员素质的限制，现有算法操作的复杂性以及实用性往往受到限制，难以实现广泛推广。因此，开发一种科学合理、操作便捷的道路交叉口转向交通量分配方法显得非常重要。
开展道路交叉口转向交通量分配研究的前提是至少获得路段交通量，即获得交叉口的进口道和出口道的路段交通量。这一前提条件无论是现状或是规划，都是容易实现的。在此基础上，将已知交通量作为约束条件，通过逐级递归控制方法，实现各个转向交通量的分配工作，为既有交叉口特性分析或者是后续设计提供数据支持，具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法及装置，以解决现状道路交叉口转向交通量难以采集或是规划道路交叉口转向交通量预测分配的问题，提高方法的便捷性、准确性和通用性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法，其步骤如下：
步骤一：采集断面交通量数据；基于人工或设备采集方法或既有规划预测资料，采集道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，作为基本约束条件；如果采集条件允许或是规划资料详实，还可以获得部分转向交通量，作为补充约束条件；
步骤二：建立交叉口转向关系矩阵；基于交叉口实际转向现状或规划资料，采用矩阵形式以及数值0或1，建立交叉口各个进、出口道的转向关系矩阵；
步骤三：设置参数；所设置的参数包括参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
步骤四：基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值；
(1)计算转向交通量的初始值以及基于转向交通量初始值的进出口道断面交通量估计初始值；根据采集的道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，采用关联断面分配方法计算各个转向交通量的初始值，在此基础上，采用求和方法计算得到进出口道断面交通量估计初始值；
(2)检验初始值的计算精度；采用逐级精度检验的方法，以实际或规划断面交通量为基准，首先检验累计断面交通量的精度，即检验各个断面交通量估计初始值之和与实际或规划断面交通量之和的比值是否满足精确度要求，即该比值是否在预设的精确度范围内；若满足，则进入单个断面交通量的精度检验；否则，进入步骤四(3)；当进入单个断面交通量精度检验时，其目的是检验每个断面交通量估计初始值与实际或规划断面交通量的比值是否满足精确度要求，即每个断面的比值是否在预设的精确度范围内；若是，则进入第五步，输出结果；否则，进入步骤四(3)；
(3)计算转向交通量的修正值以及基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；基于计算的进出口道断面交通量估计初始值或修正值以及采集的道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，计算两者的差值，并判断最大差值所在的断面；针对最大差值所在的断面，基于差值的正负性，确定转向交通量的修正方向；当差值为正时，则针对该断面涉及的转向交通量采用缩小系数，结合参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；当差值为负时，则针对该断面涉及的转向交通量采用扩大系数，结合参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；判断转向修正值是否大于其对应的阈值，若是，将该转向量修正值调整为其对应的阈值，然后基于新计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进、出口道断面交通量修正值；否则，则基于计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；
(4)检验修正值的计算精度；采用逐级精度检验的方法，以实际或规划断面交通量为基准，首先检验累计断面交通量的精度，即检验各个断面交通量修正值之和与实际或规划断面交通量之和的比值是否满足精确度要求，即该比值是是否在预设的精确度范围内；若是，则进入单个断面交通量的精度检验；否则，进入步骤四(3)；当进入单个断面交通量精度检验时，其目的是检验每个断面交通量修正与实际或规划断面交通量的比值是否满足精确度要求，即每个断面的比值是否在预设的精确度范围内；若是，计算迭代次数，并进入第五步，输出结果；否则，计算迭代次数，并判断迭代次数是否小于等于最大迭代次数，若是，则进入步骤四(3)，否则，进入第五步，输出结果；
步骤五：输出结果；根据用户需求，输出转向交通量分配结果、进、出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配装置，包括：交通量采集模块、转向关系矩阵建立模块、参数设置模块、数据导入模块、转向交通量分配模块、数据存储模块和数据输出模块；
交通量采集模块，基于用户的需求，选定研究的道路交叉口，采集道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量；如果采集条件允许或是规划资料详实，还可以获得部分转向交通量；
转向关系矩阵建立模块，根据道路交叉口的转向特性，建立进口道和出口道的转向关系矩阵，该关系矩阵中设置的数值为“0”或“1”；
参数设置模块，根据用户需求以及采集的交通量数据，设置参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
数据导入模块，导入采集的交通量信息、参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
转向交通量分配模块，基于采集的交通量信息以及参数信息，计算转向交通量初始值以及进出口道断面交通量估计初始值；检验初始值的计算精度，若先后满足累计断面交通量和单个断面交通量的精度要求，则停止计算；否则进行修正值的计算；在修正值计算时，首先计算进、出口道断面交通量估计初始值或修正值以及采集的道路交叉口进、出口道的实际或规划断面交通量的差值，确定最大差值所在的断面；针对最大差值所在的断面，根据差值的正负性确定转向交通量的修正方向；当差值为正时，则针对该断面涉及的转向交通量采用缩小系数；当差值为负时，则针对该断面涉及的转向交通量采用扩大系数；根据缩小或扩大系数以及参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；然后判断转向修正值是否大于其对应的阈值，若是，将该转向量修正值调整为其对应的阈值，然后基于新计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进、出口道断面交通量修正值；否则，则基于计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；判断修正值的计算精度，若先后满足累计断面交通量和单个断面交通量的精度要求，计算迭代次数，并停止计算；否则，计算迭代次数，判断是否满足最大迭代次数要求，若满足，则停止计算，否则继续修正转向交通量，直到满足精度要求或满足最大迭代次数为止；
数据存储模块，实现每个数据处理阶段数据保存；
数据输出模块，根据用户需求输出转向交通量分配结果、进、出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值；
上述模块是按照转向交通量分配流程中数据流的处理方向相互关联的；其中，交通量采集模块是开展转向交通量分配的第一模块，它为下一阶段转向交通量计算提供了数据基础，其数据流向了转向关系矩阵建立模块、参数设定模块和数据导入模块；在转向关系矩阵建立模块里，建立了数值为“0”或“1”的进口道和出口道的转向关系矩阵，其数据流向了参数设定模块；在参数设定模块里，根据用户需求以及采集的交通量数据，设置转向交通量计算所必须的参数，其数据流向了数据导入模块；数据导入模块连接转向交通量计算模块；在转向交通量计算模块中，按照逐级递归控制的方法计算转向交通量并开展精度检验，获得最终的转向交通量分配值，经由数据存储模块和数据输出模块分别实现保存及输出。
本发明的优点如下：
为了科学、便捷地获得转向交通量分配结果，为道路交叉口的特性分析、类型选取以及设计提供数据支持，本发明的用户根据需求可以获得转向交通量，基于逐级递归控制方法，结合参数设置，计算得到转向交通量分配值。本发明的有益效果是从面向应用的角度出发，逐级递归控制方法所需的数据量小，且不需要历史数据，减小了工作人员的工作量；所发明的逐级递归控制方法，通过有效的参数设置，实现了计算的快速便捷，提高了计算效率；所发明的逐级递归控制方法简单易行，操作简便，增强了算法的应用性；本发明的通用性强，可以应用于实际道路交叉口的转向量交通分配，也可以用于规划年的道路交叉口转向交通量分配，为研究现状、分析规划以及开展道路交叉口设计提供了数据支持，具有广泛的应用推广性。
附图说明
图1是本发明的装置结构图。
图2是本发明的装置流程图。
图3是本发明采集8个进出口道的断面交通量图。
具体实施方式
下文将给出实施例来说明发明的具体实施方式：
本发明所述一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法，具体包括：采集道路交叉口进、出口的断面交通量数据，如果条件允许，还可采集部分方向的转向交通量数据；建立交叉口转向关系矩阵；设置参数，明确参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；提出基于逐级递归控制的转向交通量分配方法，计算转向交通量，实现道路交叉口转向交通量的科学、合理分配。所计算得到的转向交通量可以为道路交叉口特性分析、道路交叉选型以及设计提供数据支持。本发明主要包括以下步骤：
1、采集断面交通量数据。
按照来源不同，断面交通量的获取包括两种手段，分别是人工或设备采集以及基于规划预测资料。根据断面交通量的位置，分为道路交叉口进、出口道的断面交通量Qi以及转向交通量Qij。从计算要求来看，道路交叉口进、出口道的断面交通量是必须获得的，作为基本约束条件；转向交通量可以根据实际情况，选择性采集获得，作为补充约束条件。根据时间要素，所获得的交通量一般为高峰小时交通量。
2、建立交叉口转向关系矩阵R。
基于交叉口实际转向现状或规划资料，采用矩阵形式，建立交叉口各个进出口道Di的转向关系矩阵，该关系矩阵中的数值是0或1。其中，rij＝0，代表相关联的进、出口道无转向连通功能，即Di无交通量转向Dj；rij＝1代表Dij有转向连通功能，即Di到Dj有转向连通功能，且Di有交通量转向Dj。
式中，R和R(rij)n×m代表交叉口的转向关系矩阵；rij代表转向关系系数，取值为0或1；i＝1，…，n；j＝1，…，n。
3、设置参数。
所设置的参数包括参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。其中，各转向交通量的阈值是根据采集的交通量数据确定。
主要设置九项参数：
1)参数矩阵类型X：数值分别取A、B、C。其中，A代表参数矩阵直接采用关系矩阵；B代表参数矩阵中的数值取0～10的整数，即部分转向关系的数值>1；C代表参数矩阵中部分转向关系的数值为实际转向交通量，其余部分转向关系仍为0或1数值。
2)参数矩阵：参数矩阵代表了进、出口道之间的分配系数。
当参数矩阵类型为A时，参数矩阵RA即为关系矩阵，参数矩阵中的数值为0或1；其中，代表Di到Dj无转向连通功能；代表Di到Dj有连通功能，转向分配系数一致，均为1。
当参数矩阵类型为B时，参数矩阵R3中的数值为0～10的整数；其中，代表Di到Dj无连通功能；代表Di到Dj有连通功能，且分配系数为1；代表Di到Dj有连通功能，且分配系数为2～10的整数。
当参数矩阵类型为C时，参数矩阵Rc中的数值为0、1或某个方向的转向交通量；其中，代表Di到Dj无连通功能；代表Di到Dj有连通功能，且分配系数为1；代表Di到Dj有连通功能，且Di到Dj的实测转向交通量或规划转向交通量为Qij。
3)各转向交通量的阈值
转向交通量Qij的阈值为与之相关联进出口道的断面交通量最大值，计算公式为：
式中，代表转向交通量Qij的阈值，单位：pcu/h；Qi代表进出口道Di的实测断面交通量或规划断面交通量,单位：pcu/h；Qj代表进出口道Dj的实测断面交通量或规划断面交通量,单位：pcu/h。
4)最大迭代次数
最大迭代次数是控制迭代计算的最大次数值，一般随着进出口道个数的增加而增加，一般取值10000～30000。
5)累计断面交通量精确度
累计断面交通量精确度P是指进出口道断面交通量分配值之和与实际或规划断面交通量之和相比，所应满足的精度要求。其取值范围是：0.98≤P≤1.02。
6)单个断面交通量精确度
单个断面交通量精确度Pi是指进出口道Di断面交通量分配值和与实际或规划断面交通量Qi相比，所应满足的精度要求。其取值范围是：0.98≤Pi≤1.02。
7)缩小系数
缩小系数α是缩小转向交通量的系数。其取值范围是：0.9≤α＜1。
8)扩大系数
扩大系数β是扩大转向交通量的系数。其取值范围是：1＜β≤1.1。
9)最小修正比例
最小修正比例μ是指某个转向交通量的累计缩小比例值的最小值。其取值范围是：0.1≤μ≤0.3。
4、基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值。
利用基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值。
1)计算转向交通量的初始值以及基于转向交通量初始值的进出口道断面交通量估计初始值。
采用关联断面分配方法计算转向交通量的初始值，其假设条件是当某个断面交通量存在多个转向交通量时，某个方向转向交通量的值与其相互关联的断面交通量的大小正相关，计算公式为：
式中，代表Di到Dj的转向交通量初始值；Qi代表进出口道Di的实测或规划断面交通量；Qj代表进出口道Dj的实测或规划断面交通量；rin代表与进出口道Di有转向连通功能的进出口道Dn的转向关系系数,h＝1，…，n；rhj代表与进出口道Dj有转向连通功能的进出口道Dh的转向关系系数，h＝1，…，n；Qh代表与进出口道Di或Dj具有转向连通功能的进出口道Dh实测或规划断面交通量；当参数矩阵类型为A或B时，θ＝0；当参数矩阵类型为C，且进出口道Di到Dw存在已知的转向交通量，或者进出口道Du到Dj存在已知的转向交通量时，θ＝1。
计算进出口道断面交通量估计初始值。基于计算得到的转向交通量的初始值，计算进出口道断面交通量估计初始值。计算公式为：
2)检验初始值的计算精度。
计算精度的检验包括两个层面，一是累计断面交通量的检验；二是单个单面交通量的检验，在此也称为逐级精度检验方法。
累计断面交通量的精度检验，是指检验各个断面交通量分配值之和与实际或规划断面交通量之和的比值是否满足精确度要求。当累计断面交通量的精度值在预设的累计断面交通量精确度P范围内时，则通过检验。累计断面交通量的精度值计算公式为：
式中，pk代表第k次迭代时累计断面交通量的精度值；代表第k次迭代时进出口道Di的实测或规划断面交通量分配值；Qi代表进出口道Di的实测或规划断面交通量。当k＝0时，p0代表累计断面交通量初始值的精度值。
单个断面交通量的精度检验，是指检验每个断面交通量估计分配值与实际或规划断面交通量的比值是否满足精确度要求。当每个断面交通量的精度值在预设的单个断面交通量精确度Pi范围内时，则通过检验。单个断面交通量的精度值计算公式为：
式中，pk代表第k次迭代时进出口道Di断面交通量的精度值。
若累计断面交通量的精度检验和单个断面交通量的精度检验均满足精度要求时，则停止计算，获得转向交通量最终的分配结果。否则，继续修正转向交通量。
3)计算转向交通量的修正值以及基于转向交通量修正值的进、出口道断面交通量修正值。
在修正转向交通量之前，需要计算断面交通量分配值与实际或规划值的差值，判断最大差值所在的断面。计算公式为：
式中，代表第k次迭代时进出口道Di断面交通量分配值与实际或规划断面交通量的差值。
基于计算得到的差值，找到最大差值对应的断面。计算公式为：
式中，代表第k次迭代时进出口道断面交通量分配值与实际或规划断面交通量的差值绝对值的最大值；m代表差值绝对值最大时对应的进出口道Dm；代表第k次迭代时进出口道Dm断面交通量分配值与实际或规划断面交通量的差值。
当说明第k次迭代时的断面交通量分配值大于实际或规划值，因此在修正时选择缩小系数α；当说明第k次迭代时的断面交通量分配值小于实际或规划值，因此在修正时选择扩大系数β。计算公式如下：
在确定差值绝对值最大断面为Dm后，修正该进出口道Dm所对应的转向交通量，其余进出口的转向交通量不变。在该修正方法中，即考虑缩小或放大系数，同时还需将参数矩阵中的分配系数考虑进来。
当时，的计算公式为：
式中，代表第k次迭代时进出口道Di的转向交通量修正值(分配值)；代表第X类参数矩阵中Di与Dj的分配系数，X＝A，B，C；αi代表进出口道Di的缩小系数。
当时，的计算公式为：
式中，代表第k次迭代时进出口道Di的转向交通量修正值(分配值)；代表第X类参数矩阵中Di与Dj的分配系数，X＝A，B，C；βi代表进出口道Di的扩大系数。
当X＝C时，若是已知的转向交通量，则：
在计算得到时，判断该值是否满足阈值要求。当时，则取值为当时，
当迭代次数为k，且k≥1时，与初始值的关系公式是：
式中，代表进出口道Di的转向交通量初始值；代表第X类参数矩阵中Di与Dj的分配系数，X＝A，B，C；表进出口道Di在k次迭代过程中的修正比例；代表进出口道Di在k次迭代过程中的缩小比例；代表进出口道Di在k次迭代过程中的放大比例；s代表进出口道Di在k次迭代过程中需要乘以缩小系数的次数，即该转向所对应的断面流量差值绝对值有s次是最大差值，且该差值大于0；f代表进出口道Di在k次迭代过程中需要乘以缩小系数的次数，即该转向所对应的断面流量差值绝对值有f次是最大差值，且该差值大于0；u代表进出口道Di在k次迭代过程中，不要进行缩小或放大的次数，即该转向所对应的断面流量差值绝对值不是最大差值；k＝s+f+u。
迭代次数为k，的累计修正比例为当时，则
计算进出口道断面交通量分配值。基于计算得到的转向交通量分配值，计算进出口道断面交通量分配值。计算公式为：
4)检验修正值的计算精度。
采用逐级精度检验的方法，以实际或规划断面交通量为基准，首先检验累计断面交通量的精度，计算pk，当pk∈P时，则通过检验，进入单个断面交通量的精度检验；否则，继续修正转向交通量分配值。在进入单个断面交通量精度检验时，计算当全部断面的时，则通过检验，得到转向交通量的最终分配结果，否则，继续修正转向交通量分配值。
5、输出结果。
根据用户需求，输出转向交通量分配结果、进出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
输出的条件存在两种情况：
第一种情况：在小于等于最大迭代次数时，累计断面交通量精度检验和全部单个断面交通量精度检验均满足精度要求时，输出最终的分配结果。
第二种情况：在达到最大迭代次数时，累计断面交通量精度检验和全部单个断面交通量精度检验全部不满足精度要求，或者单个断面交通量精度检验不满足精度要求时，输出最终的分配结果。
依据本发明的方法设计了一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配装置，包括：交通量采集模块、转向关系矩阵建立模块、参数设置模块、数据导入模块、转向交通量分配模块、数据存储模块和数据输出模块七部分构成。这七个部分相互联系，按照转向交通量分配流程中数据流的处理方向结合在一起，并按顺序使用。其中，转向交通量分配模块是本装置的核心。
图1所示，为依据本发明方法设计的一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配装置的结构图，由交通量采集模块、转向关系矩阵建立模块、参数设置模块、数据导入模块、转向交通量分配模块、数据存储模块和数据输出模块七部分构成。
交通量采集模块的功能是采集转向交通量计算所需的断面交通量数据。
转向关系矩阵建立模块的功能是根据交叉口实际转向现状或规划资料，建立交叉口各个进、出口道的转向关系矩阵。
参数设置模块的功能是根据用户需求以及断面交通量数据设置参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。
数据导入模块的功能是断面交通量数据、参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。
转向交通量分配模块的功能是以断面交通量数据和9个参数为依据，采用逐级递归控制的方法，计算各进出口道的转向交通量初始值，并开展累计断面交通量和单个断面交通量的精度检验；当同时满足累计断面交通量和单个断面交通量精度检验要求时，得到转向交通量分配值的最终结果；否则，修正转向交通量分配值，直到同时满足累计断面交通量和单个断面交通量的精度检验时，得到转向交通量分配值的最终结果；或是直到迭代次数达到最大迭代次数时，得到转向交通量分配值的最终结果；否则，继续修正转向交通量分配值，直到满足精度检验要求或最大迭代次数为止。
数据存储模块的功能是实现每个数据处理阶段数据保存。
数据输出模块的功能是根据用户需求输出转向交通量分配结果、进、出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
这七部分相互联系，按照转向交通量分配流程中数据流的处理方向结合在一起按顺序使用。其运行过程如下：当根据用户需求确定所研究的道路交叉口转向交通量对象后，通过交通量采集模块，采集转向交通量计算所需的断面交通量数据；交通量采集模块连接转向关系矩阵建立模块、参数设置模块和数据导入模块，在转向关系矩阵建立模块中，根据交叉口实际转向现状或规划资料，建立交叉口各个进出口道的转向关系矩阵；转向关系矩阵建立模块连接参数设置模块，根据用户需求以及断面交通量数据，设置转向交通量分配计算的相关参数，连接数据导入模块；数据导入模块连接转向交通量分配模块，采用逐级递归控制的方法，计算各进出口道的转向交通量分配值以及进出口道的断面交通量分配值，并存入数据存储模块；转向交通量分配模块连接数据存储模块和数据输出模块，获得的计算结果经由数据存储模块和数据输出模块实现保存以及输出的功能。
图2所示，为本发明装置的详细流程图。用户首先根据用户需求确定道路交叉口研究对象，通过交通量采集模块，采集转向交通量计算所需的实际或规划断面交通量数据，并建立“断面交通量数据表flowData”，然后进入转向关系矩阵建立模块，建立进出口道的转向关系矩阵，并建立“转向关系矩阵relationMatrix”；交通量采集模块和转向关系矩阵建立模块都进入参数设置模块，输入九项参数：参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例，并建立“参数表indexTab”；交通量采集模块和参数设置模块都进入数据导入模块，向转向交通量计算模块中导入断面交通量数据表flowData以及参数表indexTab；转向交通量计算模块针对数据导入模块所导入的数据，计算转向交通量初始值和断面交通量估计初始值，并建立“初始值数据表flowOri”；计算累计断面交通量初始值的精度值和单个断面交通量初始值的精度值，建立“初始值精度表accuracyOri”，并判断累计断面交通量初始值的精度值和单个断面交通量初始值的精度值是否同时满足精度要求，若满足，建立“分配值结果表flowResult”，将结果存入数据存储装置并向用户发出计算完成通知；否则，计算单个断面交通量初始值与实际或规划值的差值，建立“差值表D-Value”，判断差值绝对值最大的断面，若是，根据逐级递归控制方法修正转向交通量分配值和断面交通量分配值，否则，保留上一步的分配值不变，并建立“修正值数据表flowRev1”；判断修正后的各转向的分配值是否大于阈值，若是，则该转向分配值取阈值，否则保留计算的修正值不变，并建立“修正值数据表flowRev2”；计算累计断面交通量分配值的精度值和单个断面交通量分配值的精度值，建立“分配值精度表accuracyRev”，并判断累计断面交通量初始值的精度值和单个断面交通量初始值的精度值是否同时满足精度要求，若满足，计算迭代次数，建立“分配值结果表flowResult”，将计算结果存入数据存储装置并向用户发出计算完成通知；否则，更新迭代次数，并判断是否达到最大迭代次数，若是，更新“分配值结果表flowResult”，将计算结果存入数据存储装置并向用户发出计算完成通知，否则，重新计算单个断面交通量分配值与实际或规划值的差值，更新“差值表D-Value”，并开展循环计算，直到同时满足累计断面交通量分配值和单个断面交通量分配值的精度要求为止，或者满足最大迭代次数为止，将计算结果存入数据存储装置并向用户发出计算完成通知；在上述流程完成之后，数据存储装置和数据输出装置分别根据用户需求对结果进行自动存储和格式化输出，主要包括转向交通量分配结果、进出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
为了更加直观的说明运用该装置进行道路转向交通量分配值计算的流程和结果，以同一个交叉口为例，该交叉口具有8个进出口道，说明三种参数矩阵类型情况下交叉口转向交通量分配的具体实施过程。具体内容如下：
实例1：当参数矩阵为A类时，计算分析8个进出口道交叉口的12个方向的转向交通量。
1、针对研究对象，参见图3；采集8个进出口道的断面交通量，即Q1～Q8，参见表1。
2、建立交叉口转向关系矩阵R。该道路交叉口共有12个转向交通量，其转向关系矩阵，参见表2。
3、设置参数。
设置九项参数：参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。参见表3。其中，参数矩阵参见表3-1；其余参数参见表3-2。
4、基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值。
参见表4，获得各转向交通量分配结果。
参见表5，获得进出口道交通量分配结果。
参见表6，获得迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
实例2：当参数矩阵为B类时，计算分析8个进出口道交叉口的12个方向的转向交通量。
1、针对研究对象，参见图3；采集8个进出口道的断面交通量，参见表1。
2、建立交叉口转向关系矩阵R。该道路交叉口共有12个转向交通量，其转向关系矩阵，参见表2。
3、设置参数。
设置九项参数：参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。参见表7。其中，参数矩阵参见表7-1；其余参数参见表7-2。
4、基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值。
参见表8，获得各转向交通量分配结果。
参见表9，获得进出口道交通量分配结果。
参见表10，获得迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
实例3：当参数矩阵为C类时，计算分析8个进出口道交叉口交叉口的12个方向的转向交通量。
1、针对研究对象；采集12个断面交通量，包括8个进出口道的断面交通量和4个转向交通量，参见表11。
2、建立交叉口转向关系矩阵R。该道路交叉口共有12个转向交通量，其转向关系矩阵，参见表2。
3、设置参数。
设置九项参数：参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例。参见表12。其中，参数矩阵参见表12-1；其余参数参见表12-2。
4、基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值。
参见表13，获得各转向交通量分配结果。
参见表14，获得进出口道交通量分配结果。
参见表15，获得迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
表1
表2
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
D1 0 0 0 1 0 1 0 1
D2 0 0 0 0 0 0 0 0
D3 0 1 0 0 0 1 0 1
D4 0 0 0 0 0 0 0 0
D5 0 1 0 1 0 0 0 1
D6 0 0 0 0 0 0 0 0
D7 0 1 0 1 0 1 0 0
D8 0 0 0 0 0 0 0 0
表3-1
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
D1 0 0 0 1 0 1 0 1
D2 0 0 0 0 0 0 0 0
D3 0 1 0 0 0 1 0 1
D4 0 0 0 0 0 0 0 0
D5 0 1 0 1 0 0 0 1
D6 0 0 0 0 0 0 0 0
D7 0 1 0 1 0 1 0 0
D8 0 0 0 0 0 0 0 0
表3-2
表4
转向交通 转向交通量分配值(pcu/h)
Q14 757
Q16 11
Q18 1094
Q32 1769
Q36 1093
Q38 4399
Q52 11
Q54 986
Q58 1569
Q72 1003
Q74 4009
Q76 655
表5
表6
表7-1
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
D1 0 0 0 1 0 9 0 1
D2 0 0 0 0 0 0 0 0
D3 0 1 0 0 0 1 0 9
D4 0 0 0 0 0 0 0 0
D5 0 8 0 1 0 0 0 1
D6 0 0 0 0 0 0 0 0
D7 0 1 0 9 0 1 0 0
D8 0 0 0 0 0 0 0 0
表7-2
表8
转向交通 转向交通量分配值(pcu/h)
Q14 770
Q16 23
Q18 1068
Q32 1735
Q36 1068
Q38 4458
Q52 23
Q54 1006
Q58 1535
Q72 1025
Q74 3975
Q76 667
表9
表10
表11
表12-1
D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
D1 0 0 0 1 0 1258 0 1
D2 0 0 0 0 0 0 0 0
D3 0 1 0 0 0 1 0 6475
D4 0 0 0 0 0 0 0 0
D5 0 1904 0 1 0 0 0 1
D6 0 0 0 0 0 0 0 0
D7 0 1 0 5101 0 1 0 0
D8 0 0 0 0 0 0 0 0
表12-2
表13
转向交通 转向交通量分配值(pcu/h)
Q14 354
Q16 1258
Q18 246
Q32 598
Q36 176
Q38 6475
Q52 1904
Q54 305
Q58 351
Q72 285
Q74 5101
Q76 272
表14
表15

Claims (2)

1.一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配方法，其步骤如下：
步骤一：采集断面交通量数据；基于人工或设备采集方法或既有规划预测资料，采集道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，作为基本约束条件；如果采集条件允许或是规划资料详实，还可以获得部分转向交通量，作为补充约束条件；
步骤二：建立交叉口转向关系矩阵；基于交叉口实际转向现状或规划资料，采用矩阵形式以及数值0或1，建立交叉口各个进、出口道的转向关系矩阵；
步骤三：设置参数；所设置的参数包括参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
步骤四：基于逐级递归控制算法计算转向交通量分配值；
(1)计算转向交通量的初始值以及基于转向交通量初始值的进出口道断面交通量估计初始值；根据采集的道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，采用关联断面分配方法计算各个转向交通量的初始值，在此基础上，采用求和方法计算得到进出口道断面交通量估计初始值；
(2)检验初始值的计算精度；采用逐级精度检验的方法，以实际或规划断面交通量为基准，首先检验累计断面交通量的精度，即检验各个断面交通量估计初始值之和与实际或规划断面交通量之和的比值是否满足精确度要求，即该比值是否在预设的精确度范围内；若满足，则进入单个断面交通量的精度检验；否则，进入步骤四(3)；当进入单个断面交通量精度检验时，其目的是检验每个断面交通量估计初始值与实际或规划断面交通量的比值是否满足精确度要求，即每个断面的比值是否在预设的精确度范围内；若是，则进入第五步，输出结果；否则，进入步骤四(3)；
(3)计算转向交通量的修正值以及基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；基于计算的进出口道断面交通量估计初始值或修正值以及采集的道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量，计算两者的差值，并判断最大差值所在的断面；针对最大差值所在的断面，基于差值的正负性，确定转向交通量的修正方向；当差值为正时，则针对该断面涉及的转向交通量采用缩小系数，结合参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；当差值为负时，则针对该断面涉及的转向交通量采用扩大系数，结合参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；判断转向修正值是否大于其对应的阈值，若是，将该转向量修正值调整为其对应的阈值，然后基于新计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进、出口道断面交通量修正值；否则，则基于计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；
(4)检验修正值的计算精度；采用逐级精度检验的方法，以实际或规划断面交通量为基准，首先检验累计断面交通量的精度，即检验各个断面交通量修正值之和与实际或规划断面交通量之和的比值是否满足精确度要求，即该比值是是否在预设的精确度范围内；若是，则进入单个断面交通量的精度检验；否则，进入步骤四(3)；当进入单个断面交通量精度检验时，其目的是检验每个断面交通量修正与实际或规划断面交通量的比值是否满足精确度要求，即每个断面的比值是否在预设的精确度范围内；若是，计算迭代次数，并进入第五步，输出结果；否则，计算迭代次数，并判断迭代次数是否小于等于最大迭代次数，若是，则进入步骤四(3)，否则，进入第五步，输出结果；
步骤五：输出结果；根据用户需求，输出转向交通量分配结果、进、出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值。
2.一种基于逐级递归控制的道路交叉口转向交通量分配装置，其特征在于，包括：交通量采集模块、转向关系矩阵建立模块、参数设置模块、数据导入模块、转向交通量分配模块、数据存储模块和数据输出模块；
交通量采集模块，基于用户的需求，选定研究的道路交叉口，采集道路交叉口进出口道的实际或规划断面交通量；如果采集条件允许或是规划资料详实，还可以获得部分转向交通量；
转向关系矩阵建立模块，根据道路交叉口的转向特性，建立进口道和出口道的转向关系矩阵，该关系矩阵中设置的数值为“0”或“1”；
参数设置模块，根据用户需求以及采集的交通量数据，设置参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
数据导入模块，导入采集的交通量信息、参数矩阵类型、参数矩阵、各转向交通量的阈值、最大迭代次数、累计断面交通量精确度、单个断面交通量精确度、缩小系数、扩大系数和最小修正比例；
转向交通量分配模块，基于采集的交通量信息以及参数信息，计算转向交通量初始值以及进出口道断面交通量估计初始值；检验初始值的计算精度，若先后满足累计断面交通量和单个断面交通量的精度要求，则停止计算；否则进行修正值的计算；在修正值计算时，首先计算进、出口道断面交通量估计初始值或修正值以及采集的道路交叉口进、出口道的实际或规划断面交通量的差值，确定最大差值所在的断面；针对最大差值所在的断面，根据差值的正负性确定转向交通量的修正方向；当差值为正时，则针对该断面涉及的转向交通量采用缩小系数；当差值为负时，则针对该断面涉及的转向交通量采用扩大系数；根据缩小或扩大系数以及参数矩阵重新计算转向交通量的修正值；然后判断转向修正值是否大于其对应的阈值，若是，将该转向量修正值调整为其对应的阈值，然后基于新计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进、出口道断面交通量修正值；否则，则基于计算得到的转向交通量修正值，计算基于转向交通量修正值的进出口道断面交通量修正值；判断修正值的计算精度，若先后满足累计断面交通量和单个断面交通量的精度要求，计算迭代次数，并停止计算；否则，计算迭代次数，判断是否满足最大迭代次数要求，若满足，则停止计算，否则继续修正转向交通量，直到满足精度要求或满足最大迭代次数为止；
数据存储模块，实现每个数据处理阶段数据保存；
数据输出模块，根据用户需求输出转向交通量分配结果、进、出口道交通量分配结果、迭代次数、累计断面交通量精度值、各个方向断面交通量精度值；
上述模块是按照转向交通量分配流程中数据流的处理方向相互关联的；其中，交通量采集模块是开展转向交通量分配的第一模块，它为下一阶段转向交通量计算提供了数据基础，其数据流向了转向关系矩阵建立模块、参数设定模块和数据导入模块；在转向关系矩阵建立模块里，建立了数值为“0”或“1”的进口道和出口道的转向关系矩阵，其数据流向了参数设定模块；在参数设定模块里，根据用户需求以及采集的交通量数据，设置转向交通量计算所必须的参数，其数据流向了数据导入模块；数据导入模块连接转向交通量计算模块；在转向交通量计算模块中，按照逐级递归控制的方法计算转向交通量并开展精度检验，获得最终的转向交通量分配值，经由数据存储模块和数据输出模块分别实现保存及输出。
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