CN108447258A - 一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，包括以下步骤：S1、基于城市交通虚拟平台提取基本数据库，数据库中包括交通小区信息表、交叉口信息表、路段信息表、交叉口分配表、路段分配表；S2、标记基于交通小区的交叉口归属率；S3、计算基于交通小区的路段归属率；S4、根据人均国内生产总值与全年平均工作时长确定出行者时间价值；S5、基于步骤S2‑S4得到的结果计算交通小区内拥堵时间总成本。本发明的方法改变了传统技术方法只关注机动车的弊端，综合考虑了非机动车以及行人，评价更加全面，并且可以针对任意形状的交通小区，评价其内部的交通拥堵情况。

Description

一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法

技术领域

本发明涉及智慧交通领域，具体涉及一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法。

背景技术

城市交通虚拟平台是交通工程师对城市交通分析与预测的有效工具，应用包括出行发生、出行分布、方式划分和出行分配在内的“四阶段法”，可以对城市道路交通网络的现状与规划方案进行系统分析与评价，指导决策者诊断城市交通现状问题与比选不同的规划方案。其中，对于道路交通的评价，能够直接发现拥堵路段，评估拥堵带来的经济损失。

然而，目前针对城市交通虚拟平台的道路拥堵评价方法比较单一，只能对单个路段、交叉口或整个路网进行机动车拥堵评价，难以实现交通小区内部的拥堵评价，也不能综合考虑包括机动车、非机动车、行人在内的多模式交通系统。在低碳交通、绿色出行的时代背景下，片面的考虑机动车出行已无法满足城市交通规划的需求。因此，亟需提出一种针对城市交通虚拟平台的、考虑多种交通模式的分区拥堵评价方法。

发明内容

发明目的：针对现有技术中的问题，本发明提出一种基于城市交通虚拟平台的、综合考虑多种交通模式的分区拥堵评价方法，评价更加全面，并且可以针对任意形状的交通小区，评价其内部的交通拥堵情况。

技术方案：本发明所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，包括如下的步骤：

S1：基于城市交通虚拟平台提取基本数据库：该数据库包括5个数据表格，分别为交通小区信息表、交叉口信息表、路段信息表、交叉口分配表、路段分配表；

S2：标记基于交通小区的交叉口归属率：对交叉口信息表中的所有m个交叉口一一进行判别，若任意交叉口i的坐标在交通小区k的内部或边上，则交叉口i相对于交通小区k的归属率否则

S3：计算基于交通小区的路段归属率：对路段信息表中的所有n个路段，依据判别条件一一进行判别，分情况计算任意路段j相对于交通小区k的归属率

S4：确定出行者时间价值，其计算公式为：

其中，VOT为出行者时间价值，perGDP为该城市人均国内生产总值，T为全年平均工作时长确定；

S5：计算交通小区内拥堵时间总成本：时间成本主要采用时间价值VOT乘以拥堵所产生的延误时间来计算，交通小区内拥堵时间总成本C^k包括交通小区内交叉口拥堵时间成本与交通小区内路段拥堵时间成本即

其中，步骤S1中的交通小区信息表包括：交通小区编号k、交通小区边界节点数z、交通小区边界坐标交叉口信息表包括：交叉口编号i、交叉口坐标(Xⁱ,Yⁱ)；路段信息表包括：路段编号j、起点坐标终点坐标路段长度L^j、机动车自由流速度非机动车自由流速度行人自由流速度交叉口分配表包括：交叉口编号i、交叉口机动车流量机动车平均延误交叉口非机动车流量非机动车平均延误交叉口行人流量行人平均延误路段分配表包括：路段编号j、路段机动车流量机动车平均速度路段非机动车流量非机动车平均速度路段行人流量行人平均速度

步骤S3中的判别条件包括：(1)路段j与交通小区k不相交；(2)路段j与交通小区k相交且只有一个交点；(3)路段j与交通小区k相交且有两个交点；(4)路段j起点坐标落在交通小区k的内部或边上；(5)路段j终点坐标落在交通小区k的内部或边上；(6)路段j起点坐标落在交通小区k的外部；(7)路段j终点坐标落在交通小区k的外部。

基于以上判别条件分情况计算归属率的计算公式如下：

其中，表示路段j与交通小区k边界有唯一交点时的坐标；和表示路段j与交通小区k边界有两个交点时的坐标。

步骤S5中的交通小区内交叉口拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在交叉口拥堵时产生的时间成本，计算公式如下：

机动车交叉口拥堵时间成本：

非机动车交叉口拥堵时间成本：

行人交叉口拥堵时间成本：

交通小区内交叉口拥堵时间成本：

交通小区内路段拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在路段拥堵时产生的时间成本，计算公式如下：

机动车路段拥堵时间成本：

非机动车路段拥堵时间成本：

行人路段拥堵时间成本：

交通小区内路段拥堵时间成本：

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1)本发明方法改变了传统评价方法只关注机动车拥堵时间成本的弊端，综合考虑了非机动车以及行人的拥堵时间成本，评价对象基本包含了道路的所有使用者，评价更加全面、公平。

2)本发明方法可以针对任意形状的交通小区，评价其内部的交通拥堵情况，路段可以全部或部分包含于交通小区内。现有评价方法往往只能针对完整的道路或整个城区片区，无法对于一部分路段计算其拥堵情况。

3)本发明方法计算出行者的时间价值时，考虑了城市人均生产总值与平均工作时长的影响，能够差异化的评价不同经济规模的城市在不同工作强度下的时间成本，比单一人为定义的时间价值更加科学。

4)本方法依托城市交通虚拟平台，利用平台产生的中间参数与分析结果，免去了大量不必要的数据调查与前期计算，减少人力物力投入，计算方法简单可行，可应用于大型的城市交通网络。

附图说明

图1为本发明方法的流程图；

图2为本发明的道路网络与交通小区示意图；

图3为本发明的路段与交通小区关系示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，包括如下的步骤：S1、基于城市交通虚拟平台提取基本数据库，数据库中包括交通小区信息表、交叉口信息表、路段信息表、交叉口分配表、路段分配表；S2、标记基于交通小区的交叉口归属率；S3、计算基于交通小区的路段归属率；S4、根据人均国内生产总值与全年平均工作时长确定出行者时间价值；S5、基于步骤S2-S4得到的结果计算交通小区内拥堵时间总成本。以下详述具体过程。

S1：基于城市交通虚拟平台提取基本数据库

该数据库包括5个数据表格，分别为交通小区信息表、交叉口信息表、路段信息表、交叉口分配表、路段分配表。城市交通虚拟平台指的是可以对城市交通进行出行发生、出行分布、方式划分与出行分配的宏观分析软件。城市交通小区一般设置为凸多边形，便于分区与计算。本实施例中以凸多边形的小区为例加以描述，所形成的道路网络如图2所示，共有23个交叉口，39条路段，图中单实线表示小区边界，双实线表示小区内的路段，双虚线表示小区之外的路段。应当说明的是，本发明的方法并不局限于凸多边形形状的小区，可以针对任意形状的交通小区，评价其内部的交通拥堵情况。

提取的数据库中，交通小区信息表包括：交通小区编号k、交通小区边界节点数z、交通小区边界坐标如表1所示：

表1交通小区信息表

交叉口信息表包括：交叉口编号i、交叉口坐标(Xⁱ,Yⁱ)，如表2所示：

表2交叉口信息表

路段信息表包括：路段编号j、起点坐标终点坐标路段长度L^j、机动车自由流速度非机动车自由流速度行人自由流速度如表3所示：

表3路段信息表

交叉口分配表包括：交叉口编号i、交叉口机动车流量机动车平均延误交叉口非机动车流量非机动车平均延误交叉口行人流量行人平均延误本发明中定义的交叉口分配表指的是交叉口交通流量分配表，记录了针对每个交叉口所分配的交通流量。“交通分配”指的是把交通中的出行需求(出行的起终点和出行的人次)，按照某些算法(例如，最短路径算法)让每个需求点对都选择具体的路径，从而推测每条路径上有多少交通量的过程。这里以交叉口为考虑对象，记录这些被分配的交通流量分别是在哪个交叉口，而不关心哪些路段，得到的交叉口分配表信息如表4所示：

表4交叉口分配表

路段分配表记录了分配完的路段上的流量。路段分配表包括：路段编号j、路段机动车流量机动车平均速度路段非机动车流量非机动车平均速度路段行人流量行人平均速度如表5所示：

表5路段分配表

S2：标记基于交通小区的交叉口归属率

对交叉口信息表中的所有的m个交叉口一一进行判别，若任意交叉口i的坐标在交通小区k的内部或边上，则交叉口i相对于交通小区k的归属率否则结合图2中的道路网络与交通小区示意图所示，对交叉口归属率标记如下：

表6交叉口归属率表

S3：计算基于交通小区的路段归属率

对路段信息表中所有的n个路段，依据判别条件一一进行判别，分情况计算任意路段j相对于交通小区k的归属率

判别条件包括：(1)路段j与交通小区k不相交；(2)路段j与交通小区k相交且只有一个交点；(3)路段j与交通小区k相交且有两个交点；(4)路段j起点坐标落在交通小区k的内部或边上；(5)路段j终点坐标落在交通小区k的内部或边上；(6)路段j起点坐标落在交通小区k的外部；(7)路段j终点坐标落在交通小区k的外部。

根据上述判别条件，分情况计算各路段的归属率参照图3，路段归属率的计算总体原则为：如果一个路段被小区全部被覆盖，则该路段的归属率为1；如果一个路段中没有任何一段长度被小区覆盖，则该路段归属率为0；其他情况下，路段归属率按照被小区覆盖的那部分路段长度占路段总长度的比值进行计算，其取值范围在0-1之间，具体计算公式如下：

其中，&表示需要同时满足前后两项条件；表示路段j与交通小区k边界有唯一交点时的坐标；和表示路段j与交通小区k边界有两个交点时的坐标。

最终得到的路段归属率如表7所示。

表7路段归属率表

S4：确定出行者时间价值

出行者时间价值VOT由该城市人均国内生产总值perGDP与全年平均工作时长T确定，计算公式为：

本实施例中，该城市的人均国内生产总值perGDP＝15万元，全年平均工作时长T＝250天*8h/天＝2000h。根据公式可以得到出行者时间价值为75元/h。

S5：计算交通小区内拥堵时间总成本

交通小区内拥堵时间总成本C^k包括交通小区内交叉口拥堵时间成本与交通小区内路段拥堵时间成本即

交通小区内交叉口拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在交叉口拥堵时产生的时间成本，时间成本主要采用时间价值VOT乘以拥堵所产生的延误时间来计算，实际上就是把耽误的时间转化为金钱，来衡量损失的这部分时间本来可以产生多少价值。具体计算公式如下：

机动车交叉口拥堵时间成本：

非机动车交叉口拥堵时间成本：

行人交叉口拥堵时间成本：

交通小区内交叉口拥堵时间成本：

交通小区内路段拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在路段拥堵时产生的时间成本，计算公式如下：

机动车路段拥堵时间成本：

非机动车路段拥堵时间成本：行人路段拥堵时间成本：

交通小区内路段拥堵时间成本：

最终得到交通小区内拥堵时间总成本

Claims (8)

1.一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：包括如下的步骤：

S1：基于城市交通虚拟平台提取基本数据库：该数据库包括5个数据表格，分别为交通小区信息表、交叉口信息表、路段信息表、交叉口分配表、路段分配表；

S2：标记基于交通小区的交叉口归属率：对交叉口信息表中所有的m个交叉口一一进行判别，若任意交叉口i的坐标在交通小区k的内部或边上，则交叉口i相对于交通小区k的归属率否则

S3：计算基于交通小区的路段归属率：对路段信息表中所有的n个路段，依据判别条件一一进行判别，分情况计算任意路段j相对于交通小区k的归属率

S4：确定出行者时间价值：出行者时间价值VOT由该城市人均国内生产总值perGDP与全年平均工作时长T确定；

S5：计算交通小区内拥堵时间总成本：时间成本主要采用时间价值VOT乘以拥堵所产生的延误时间来计算，交通小区内拥堵时间总成本C^k包括交通小区内交叉口拥堵时间成本与交通小区内路段拥堵时间成本即

2.根据权利要求1所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S1中的城市交通虚拟平台指的是可以对城市交通进行出行发生、出行分布、方式划分与出行分配的宏观分析软件。

3.根据权利要求1所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S1中的交通小区信息表包括：交通小区编号k、交通小区边界节点数z、交通小区边界坐标

所述步骤S1中的交叉口信息表包括：交叉口编号i、交叉口坐标(Xⁱ,Yⁱ)；

所述步骤S1中的路段信息表包括：路段编号j、起点坐标终点坐标路段长度L^j、机动车自由流速度非机动车自由流速度行人自由流速度

所述步骤S1中的交叉口分配表包括：交叉口编号i、交叉口机动车流量机动车平均延误交叉口非机动车流量非机动车平均延误交叉口行人流量行人平均延误

所述步骤S1中的路段分配表包括：路段编号j、路段机动车流量机动车平均速度路段非机动车流量非机动车平均速度路段行人流量行人平均速度

4.根据权利要求3所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S3中的判别条件包括：

(1)路段j与交通小区k不相交；

(2)路段j与交通小区k相交且只有一个交点；

(3)路段j与交通小区k相交且有两个交点；

(4)路段j起点坐标落在交通小区k的内部或边上；

(5)路段j终点坐标落在交通小区k的内部或边上；

(6)路段j起点坐标落在交通小区k的外部；

(7)路段j终点坐标落在交通小区k的外部。

5.根据权利要求4所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S3中的归属率分情况计算公式如下：

判别条件

其中，表示路段j与交通小区k边界有唯一交点时的坐标；和表示路段j与交通小区k边界有两个交点时的坐标。

6.根据权利要求1所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S4中的出行者时间价值VOT计算公式为：

7.根据权利要求3所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S5中的交通小区内交叉口拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在交叉口拥堵时产生的时间成本，计算公式如下：

机动车交叉口拥堵时间成本：

非机动车交叉口拥堵时间成本：

行人交叉口拥堵时间成本：

交通小区内交叉口拥堵时间成本：

8.根据权利要求3所述的一种基于城市交通虚拟平台的拥堵时间成本分区评价方法，其特征在于：所述步骤S5中的交通小区内路段拥堵时间成本包括机动车、非机动车与行人三种交通模式在路段拥堵时产生的时间成本，计算公式如下：

机动车路段拥堵时间成本：

非机动车路段拥堵时间成本：

行人路段拥堵时间成本：

交通小区内路段拥堵时间成本：