CN106960572A - 一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，基于高速公路交通数据检测，通过其采集、处理并发布各种信息来进行高速公路行程时间可靠性的监控与发布，诱导、控制高速公路上车辆的运行，以此来提高高速公路上的行程时间可靠性。同时，随着大部制的进一步推进，高速公路应跟随着这种理念，促进跨地区、跨部门、跨行业的协作，拥有应急救援的支撑系统，使路政、运营、交警、医疗以及消防等部门实现联动，以此来更好地保障出行者在高速公路上的行程时间可靠性。

Description

一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法

技术领域

本发明涉及高速公路管理技术领域，具体为一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法。

背景技术

行程时间可靠性描述了交通出行能在某一时间范围内完成的概率。计算行程时间可靠性的方法主要有基于变异系数的行程时间可靠性和行程遭遇指数。

基于变异系数的行程时间可靠性是统计车辆的行程时间数据，将其变异系数作为行程时间可靠性；基于延迟行程指标的行程时间可靠性方法是将行程时间按照从小到大顺序排列，利用行程遭遇指数来表示路网的不可靠性。利用变异系数指标可以消除不同路径长度对行程时间的影响，而遭遇指数则是用来评价偶发因素对行程时间的影响。两种方法在计算单条道路的行程时间可靠性是有效的，但对于大规模路网，由于各条道路设计速度不同，实际车辆速度差异很大，统计所有车辆速度并求均速度进行计算，较难准确反映实际路网运行的可靠程度。而利用BPR函数计算路段行程时间的方法中，由于路段的通行能力是一个随机变量，行程时间不易确定，且该方法反而计算单条路段的行程时间，但并未直接反映其可靠性。

以上两种方法均有上述局限性，为更直观描述公路网络的车辆运行的可靠程度，提出了基于延迟时间系数的行程时间可靠性计算方法。

发明内容

根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法。

其采用如下技术方案：一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，包括以下步骤：

S1：选定路网，确定其道路条数n，并确定每条道路的起终点；

S2：设定最大限速为v，取高速公路的设计速度，可得单位距离的行程时间，作为最小单位行程时间t_min；由每条高速公路的平均行程速度计算其单位行程时间，平均行程速度为设定时间范围、高速公路的设定路段内所有车辆平均速度的均值，并求第i条高速公路的单位行程时间t_i与最小单位行程时间t_min的比值，称为行程时间系数Δ_i，其均值为Δ_x，Δ_x的值采用以下公式计算：

式中i＝1，……，n，n为道路条数；Δ_x为行程时间系数；t_i为第i条公路的单位行程时间；t_min为第i条公路的最小单位行程时间；

S3：设定临近阻断状态的单位行程时间t_i，计算此时的行程时间系数Δ_d，称为阻断系数，Δ_d的值采用以下公式计算：

Δ_d为阻断系数；t_i,d为第i条公路临近阻断状态的单位行程时间；

S4：计算行程时间系数Δ_i及其均值为Δ_x，计算延迟时间系数Δ_i,80；设第i条高速公路的80％行程时间t_i,80与最短单位行程时间t_mix的比值称为延迟时间系数Δ_i,80，其均值为Δ_x,80，Δ_x,80的值采用以下公式计算：

式中Δ_x,80为延迟时间系数；t_i,80为第i公路的80％行程时间；

S5：最后利用Δ_x、Δ_d和Δ_x,80计算行程时间可靠性R_t，R_t的值采用以下公式计算：

计算行程时间可靠性R_t。

式中：Δ_x,80为延迟时间系数；R_t为行程时间可靠性，其取值为[0,1]，设定时间范围内的公路网区域其行程时间可靠性为单一数值。

进一步地，在上述技术方案中，通过雷达检测器和卡口检测器中获取每辆车的速度，进而得到所述所有车辆平均速度；所述雷达检测器为微波雷达传感器。

进一步地，在上述技术方案中，所述雷达检测器安装在单车道中央的上方以检测驶来或离去车流的交通参数。

进一步地，在上述技术方案中，所述雷达检测器安装在多车道道路的路边安装以测量多条车道上车辆的交通参数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，在延迟时间系数不变的条件下，当行程时间系数变化时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数具有相同的变化趋势，即当行程时间系数最小时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数的数值都达到最大值，且随着低速道路条数增加，行程时间可靠性降低，三者变化规律基本一致。

(2)本发明的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，在延迟时间系数不变的条件下，随着低速道路条数的增加，路网的行程时间可靠性降低；随着行程时间系数的增加，路网的行程时间可靠性也降低；当速度降低时，路网的行程时间可靠性有加速降低的趋势，符合实际路网的运行状况。

(3)本发明的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，在行程系数不变的条件下，随着低速道路条数的增加，路网行程时间可靠性降低；随着拥挤道路的条数增加，路网行程时间可靠性有加速降低的趋势；且随着行程时间系数和延迟系数的增加，路网行程时间可靠性有降低的趋势，当行程时间系数和延迟时间系数均达到最小值时，此时的路网行程时间可靠性的值最大，这也是符合实际路网的运行状况的。

(4)本发明的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，基于变异系数和遭遇指数的两种方法在计算单条道路的行程时间可靠性是有效的，但对于大规模路网，由于各条道路设计速度不同，实际车辆速度差异很大，统计所有车辆速度并求均速度进行计算，不能反映实际路网运行的可靠程度；而以设计时速为基准的行程时间可靠性计算能有效反映不同交通状态下的路网运行特性，适用于于大规模路网。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为基于延迟时间系数的行程时间可靠性示意图；

图2为基于变异系数的行程时间可靠性示意图；

图3为基于延迟行程指标的行程时间可靠性；

图4为基于延迟时间系数的行程时间可靠性；

图5为基于变异系数的行程时间可靠性；

图6为基于延迟行程指标的行程时间可靠性。

具体实施方式

为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

实施例1

一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，包括以下步骤：

S1：选定路网，确定其道路条数n，并确定每条道路的起终点；

S2：设定最大限速为v，取高速公路的设计速度，可得单位距离的行程时间，作为最小单位行程时间t_min；由每条高速公路的平均行程速度计算其单位行程时间，平均行程速度为设定时间范围、高速公路的设定路段内所有车辆平均速度的均值，并求第i条高速公路的单位行程时间t_i与最小单位行程时间t_min的比值，称为行程时间系数Δ_i，其均值为Δ_x，Δ_x的值采用以下公式计算：

式中i＝1，……，n，n为道路条数；Δ_x为行程时间系数；t_i为第i条公路的单位行程时间；t_min为第i条公路的最小单位行程时间；

S3：设定临近阻断状态的单位行程时间t_i，计算此时的行程时间系数Δ_d，称为阻断系数，Δ_d的值采用以下公式计算：

Δ_d为阻断系数；t_i,d为第i条公路临近阻断状态的单位行程时间；

S4：计算行程时间系数Δ_i及其均值为Δ_x，计算延迟时间系数Δ_i,80；设第i条高速公路的80％行程时间t_i,80与最短单位行程时间t_mix的比值称为延迟时间系数Δ_i,80，其均值为Δ_x,80，Δ_x,80的值采用以下公式计算：

式中Δ_x,80为延迟时间系数；t_i,80为第i公路的80％行程时间；

S5：最后利用Δ_x、Δ_d和Δ_x,80计算行程时间可靠性R_t，R_t的值采用以下公式计算：

计算行程时间可靠性R_t。

式中：Δ_x,80为延迟时间系数；R_t为行程时间可靠性，其取值为[0,1]，设定时间范围内的公路网区域其行程时间可靠性为单一数值。

优选的，所述S3步骤设定临近阻断状态的单位行程时间t_i可取当车辆平均速度为10km/h时,该值表示道路拥挤达到瘫痪的临界状态，低于此值则道路阻断，高于此值道路为运行状态。

进一步地，在上述技术方案中，通过雷达检测器和卡口检测器中获取每辆车的速度，进而得到所述所有车辆平均速度；所述雷达检测器为微波雷达传感器。

进一步地，在上述技术方案中，所述雷达检测器安装在单车道中央的上方以检测驶来或离去车流的交通参数。

进一步地，在上述技术方案中，所述雷达检测器安装在多车道道路的路边安装以测量多条车道上车辆的交通参数。

所述雷达检测器具有精确度高、工作全天候、性价比高、安装工程简易、供电模式方便可选、通信方式灵活多变等优点。而且它的工程安装非常简便，只需要将雷达感应车辆检测器按一定的技术要求固定在路边的路灯杆上或龙门架上即可，并且只需要一台笔记本电脑就可以完成参数设置，不用影响和中断正常的交通，不像传统的线圈感应车辆检测器那样，在安装过程中需要开挖原有路面。

采用卡口系统对道路的建设非常有意义，它可以很迅速捕捉到肇事车辆、违章车辆等，对公路运行车辆的构成、流量分布、违章情况进行常年不断的自动记录，可为交通规划，交通管理，道路养护部分提供重要的基础和运行数据。

系统记录经过卡口的每一辆车的信息，包括车牌号码、车速、车型、经过时间等，并保存在数据库中，对过往卡口车辆的流量信息进行统计，并提供方便的数据搜索与浏览、报警设置等操作手段。能够按时间、速度、车型、车辆牌照、行驶方向等条件查找、列表显示；具有模糊查询和精确查询功能，为指挥中心提供管理与指挥的数据资料。

本实施例还具有以下应用价值：

1)对于大规模路网，以设计时速为基准的行程时间可靠性计算能有效反映不同交通状态下的路网运行特性，随着拥挤道路的条数增加，路网行程时间可靠性有加速降低的趋势；且随着行程时间系数和延迟系数的增加，路网行程时间可靠性有降低的趋势，当且仅当行程时间系数和延迟时间系数均达到最小值时，此时的路网行程时间可靠性的值最大；

2)通过行程时间可靠性和连通可靠性的加权计算，可从网络结构和运行状态两方面综合评判路网交通的可靠程度；

3)目前国省干线公路网基本实现了全国县及以上行政区的连接和覆盖，我国高速公路已经成网运行。高速公路的大规模建设已经逐渐转向运行管理，因此，对于公路网的行程时间可靠性的评价就愈加重要。使用该方法进行可靠性评价，可为各省市的交通主管部门以及路网运行监测与服务中心的日常工作及应急管理提供决策依据。

4)从管理者的角度而言，高速公路行程时间可靠性可以为管理决策者制定合理的高速公路管理政策、措施提供科学依据；从出行者的角度而言，可以通过发布信息，便于出行者进行路径的合理选择以及对行程时间的合理预期，降低行程时间的不可靠性；从行程时间可靠性实施的基础条件来看，高速公路的建设正在迅速发展，并且采用先进的技术和硬件设备，对各种监控系统不断升级优化，力争确保高速公路的安全和车流通畅，降低拥堵，减少延误。

基于高速公路交通数据检测，通过其采集、处理并发布各种信息来进行高速公路行程时间可靠性的监控与发布，诱导、控制高速公路上车辆的运行，以此来提高高速公路上的行程时间可靠性。同时，随着大部制的进一步推进，高速公路应跟随着这种理念，促进跨地区、跨部门、跨行业的协作，拥有应急救援的支撑系统，使路政、运营、交警、医疗以及消防等部门实现联动，以此来更好地保障出行者在高速公路上的行程时间可靠性。

实施例2

行程时间可靠性的新方法(基于延迟时间系数)与其他方法对比分析：

设定高速公路网每条道路的车辆数相同，且假设路网所有车辆速度服从正态分布。当最大限速和临近阻断速度给定时，R_t仅与每条道路的车速有关，反映在公式中即为Δ_x和Δ_x,80两个变量，所以可分成两种情况，即不同行程时间系数下的拥挤道路行程时间可靠性和不同延迟时间系数下拥挤道路行程时间可靠性。

给定临近阻断状态的车辆平均速度v_d＝10km/h，每条高速公路的最大限速为120km/h，用公式(2)计算可得阻断系数为Δ_d＝11。

对比例1

对比不同行程时间系数下低速道路的行程时间可靠性：

假设高速公路网所有道路的畅行速度均为110km/h，其中一条或多条道路处于低速状态(如介于10km/h与110km/h之间)，利用公式(4)计算路网行程时间可靠性，此时路网的连通可靠性不变。

设定高速公路网所有道路的畅行速度均为110km/h，所有道路的80％速度均为50km/h，此时单位行程时间的方差为0.605min²。设各条道路车辆速度均值为70km/h、90km/h、110km/h，对应的方差分别为0.166min²、0.401min²、0.508min²。当部分道路的速度变化且不同速度下的低速道路条数逐渐增加时，根据不同方法计算的路网行程时间可靠性的变化规律如表1、图1、图2、图3所示。

表1路网行程时间可靠性变化规律

图1为基于延迟时间系数的行程时间可靠性(v_i＝70,90,100km/h)，由图1可看出，在延迟时间系数不变的条件下，随着低速道路条数的增加，路网的行程时间可靠性降低；随着行程时间系数的增加，路网的行程时间可靠性也降低。当速度为90km/h时，虽有多条低速道路，但路网行程时间可靠性降低不大，甚至所有道路均拥挤时，行程时间可靠性仍为0.719；当低速值均为70km/h时，行程时间可靠性为0.69，路网运行是相对可靠的，而当速度降低时，路网的行程时间可靠性有加速降低的趋势，这也是符合实际路网的运行状况的。

图2为基于变异系数的行程时间可靠性(v_i＝70,90,100km/h)，图3为基于延迟行程指标的行程时间可靠性(v_i＝70,90,100km/h)，通过对比图1与图2和图3可看出，在延迟时间系数不变的条件下，当行程时间系数变化时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数具有相同的变化趋势，即当行程时间系数最小时，也就是当高速公路网所有道路的速度都达到畅行速度110km/h时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数的数值都达到最大值，且随着低速道路条数增加，行程时间可靠性降低，三者变化规律基本一致。

基于变异系数的行程时间可靠性的计算结果分布范围较大，部分结果大于1，从数值上不易直观地反映行程时间的可靠程度；基于延迟行程指标的行程时间可靠性的计算结果变化规律与另外两种基本一致，但在低速道路较多的情况下，个别结果有偏差，如低速道路条数为24至32条时，与实际运行规律不符合，且计算结果总体偏小，从数值大小上不易直观反映行程时间的可靠程度。

对比例2

对比不同延迟时间系数下拥挤道路的行程时间可靠性：

设定每条道路网的平均行驶速度为110km/h时，即高速公路网所有道路的单位行程时间的均值均为0.545min，随着部分道路的单位行程时间的方差变化时，不同方法的行程时间可靠性变化规律如图4到图6所示。

图4基于延迟时间系数的行程时间可靠性(v_i，80＝30,60,90km/h)，由图4可以看出，在行程系数不变的条件下，随着低速道路条数的增加，路网行程时间可靠性降低；随着延迟时间系数的增加，即80％的平均速度降低时，路网的行程时间可靠性也降低。当80％的平均速度为90km/h时，虽有多条道路拥挤，但路网行程时间可靠性降低不大，甚至所有道路均拥挤时，行程时间可靠性仍为0.861，路网运行是相对可靠的，而当80％的平均速度降低时，路网的行程时间可靠性有加速降低的趋势，这也是符合实际路网的运行状况的。

图5为基于变异系数的行程时间可靠性(v_i，80＝30,60,90km/h)，图6为基于延迟行程指标的行程时间可靠性(v_i，80＝30,60,90km/h)，通过对比图4与图5和图6可以看出，在行程时间系数不变的条件下，当延迟时间系数变化时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数具有相同的变化趋势，即当延迟时间系数最小时，也就是当高速公路网所有道路的80％的平均速度都达到速度100km/h时，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数的数值都达到最大值，进而证明了基于延迟时间系数的行程时间可靠性计算方法的有效性。

如前述，基于变异系数的行程时间可靠性的计算结果分布范围较大，部分结果大于1，从数值上不易直观地反映行程时间的可靠程度；基于延迟行程指标的行程时间可靠性的计算结果变化规律与另外两种基本一致，但部分数值变化不连续，如低速v_i，80＝30km/h和v_i，80＝60km/h，当有一条低速道路时，计算结果差距较大，不能准确反映整体路网运行的实际规律。

另外，由计算公式可知，基于延迟行程指标的行程时间可靠性得计算数值越小越好，从数值上看对于可靠程度的理解不如另外两种方法直观。

由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，行程时间系数，行程时间可靠性与变异系数和遭遇指数变化规律基本一致；符合实际路网的运行状况；设计时速为基准的行程时间可靠性计算能有效反映不同交通状态下的路网运行特性，适用于于大规模路网。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：选定路网，确定其道路条数n，并确定每条道路的起终点；

S2：设定最大限速为v，取高速公路的设计速度，可得单位距离的行程时间，作为最小单位行程时间t_min；由每条高速公路的平均行程速度计算其单位行程时间，平均行程速度为设定时间范围、高速公路的设定路段内所有车辆平均速度的均值，并求第i条高速公路的单位行程时间t_i与最小单位行程时间t_min的比值，称为行程时间系数Δ_i，其均值为Δ_x，Δ_x的值采用以下公式计算：

${\mathrm{\Δ}}_x=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{\mathrm{\Δ}}_i=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{t_i-t_{i,min}}{t_{i,\min }}---\left(1\right)$

式中i＝1，……，n，n为道路条数；Δ_x为行程时间系数；t_i为第i条公路的单位行程时间；t_min为第i条公路的最小单位行程时间；

S3：设定临近阻断状态的单位行程时间t_i，计算此时的行程时间系数Δ_d，称为阻断系数，Δ_d的值采用以下公式计算：

${\mathrm{\Δ}}_d=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{t_{i,d}-t_{i,min}}{t_{i,min}}---\left(2\right)$

Δ_d为阻断系数；t_i,d为第i条公路临近阻断状态的单位行程时间；

S4：计算行程时间系数Δ_i及其均值为Δ_x，计算延迟时间系数Δ_i,80；设第i条高速公路的80％行程时间t_i,80与最短单位行程时间t_mix的比值称为延迟时间系数Δ_i,80，其均值为Δ_x,80，Δ_x,80的值采用以下公式计算：

${\mathrm{\Δ}}_{x,80}=\frac{1}{n}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{t_{i,80}-t_{i,min}}{t_{i,\min }}---\left(3\right)$

式中Δ_x,80为延迟时间系数；t_i,80为第i公路的80％行程时间；

S5：最后利用Δ_x、Δ_d和Δ_x,80计算行程时间可靠性R_t，R_t的值采用以下公式计算：

$R_t=1-\sqrt{\frac{{\mathrm{\Δ}}_x+{\mathrm{\Δ}}_{x,80}}{2{\mathrm{\Δ}}_d}}---\left(4\right)$

计算行程时间可靠性R_t。

式中：Δ_x,80为延迟时间系数；R_t为行程时间可靠性，其取值为[0,1]，设定时间范围内的公路网区域其行程时间可靠性为单一数值。

2.根据权利要求1所述的基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，其特征在于：通过雷达检测器和卡口检测器中获取每辆车的速度，进而得到所述所有车辆平均速度；所述雷达检测器为微波雷达传感器。

3.根据权利要求2所述的基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，其特征在于：所述雷达检测器安装在单车道中央的上方以检测驶来或离去车流的交通参数。

4.根据权利要求2所述的基于延迟时间系数的高速公路行程时间可靠性计算方法，其特征在于：所述雷达检测器安装在多车道道路的路边安装以测量多条车道上车辆的交通参数。