CN111477015A - 实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法、装置及其存储介质 - Google Patents

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CN111477015A CN201910058608.2A CN201910058608A CN111477015A CN 111477015 A CN111477015 A CN 111477015A CN 201910058608 A CN201910058608 A CN 201910058608A CN 111477015 A CN111477015 A CN 111477015A
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徐惠娟
张志宇
沈宝权
张其强
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Abstract

本发明涉及一种实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，包括(1)初步处理原始过车记录；(2)计算车头时距；(3)确定周期编号及相位状态；(4)根据相位过车数据，绘制各个周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图。本发明还涉及实现交叉口车辆时空分布功能的装置和计算机可读存储介质。采用了本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，用以在交通路口发生拥堵时，为信号控制优化提供直观且有效的判断；为及时发掘并解决潜在的交通问题提供保障。基于交叉口车辆的原始过车数据，通过二维的计算分析，更有效地处理数据丢失与重复等问题；能够直观地展示城市交叉口车辆的时空分布信息；更加科学地缓解城市交通拥堵问题，为路口信号控制的优化提供新角度。

Description

实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法、装置及其存储 介质
技术领域
本发明涉及城市智能交通领域，尤其涉及城市交通智能信号领域，具体是指一种实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法、装置及其存储介质。
背景技术
随着社会经济的高速发展，城市交通问题愈发突出，这给交通管理职能部门带来了巨大的压力。目前，缺少一种通过道路交叉口车辆的时空分布展示来动态刻画交通流的演变过程，从而分析车辆运行态势的方法。基于该方法，可以进一步挖掘潜在的交通问题，以便交通管理人员及时制定相应地解决措施。
同时，本方法为信号优化提供了新思路，即通过直观地展示路口车辆的时空分布，来分析路口的运行规律，从而辅助信号控制优化。此外，当下的城市交通数据管理系统对分布式道路检测断面的单向指标原始数据，不经处理地直接存储及显示，存在三个问题，一是用于获取交叉口过车数据的电警设备有时不稳定，并存在丢失数据的问题；二是原始过车记录数据量庞大，有大量重复现象；三是现有的道路检测断面的单项指标不能直观反映交叉口车辆的时空分布状况。
本发明通过处理原始过车数据，可直观展示交叉口车辆的时空分布。能够让交通管理人员快速把握城市交叉口的交通问题，以便采取有针对性的解决方案；为现有信号控制的优化提供更科学地判断。是公安交通管理部门的强烈需求，更是实现智慧路口的助推器。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术的缺点，提供了一种直观展示、判断准确、适用范围较为广泛的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法、装置及其存储介质。
为了实现上述目的，本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法如下：
该实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其主要特点是，所述的系统包括：
(1)初步处理原始过车记录；
(2)计算车头时距；
(3)确定周期编号及相位状态；
(4)根据相位过车数据，绘制各个周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图。
较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)提取交叉口原始过车数据；
(1.2)根据车道编号整理过车数据，为每条记录加字段，筛选并统计过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段；
(1.3)通过插值法修补小范围的数据缺失项；
(1.4)根据车牌号及过车时间对数据进行去重处理。
较佳地，所述的步骤(1.2)具体包括以下步骤：
(1.2.1)根据车道编号整理过车数据，并为每条记录加一个字段，判断前后是否存在数据缺失情况，如果是，则返回“1”；否则，返回“0”；
(1.2.2)筛选包含“1”值的过车记录，统计并获取所有过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段。
较佳地，所述的步骤(1.3)具体包括以下步骤：
(1.3.1)通过缺漏项前后已有数据求出斜率k；
(1.3.2)根据缺漏项前已有数据Y求出缺漏项X；
(1.3.3)剔除出现大范围缺失的数据的记录。
较佳地，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)抽取处理好的过车数据；
(2.2)计算车头时距，筛选车道编号相同的数据，并根据过车时间计算当前车的车头时距。
较佳地，所述的步骤(2.2)中计算当前车的车头时距ht(n,i)，具体为：
根据以下公式计算当前车的车头时距ht(n,i)：
ht(n,i)＝tn,i-tn,i-1；
其中，tn,i为当前车的过车时间，tn,i-1为上一辆车的过车时间。
较佳地，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)获取路口的相位配时表；
(3.2)根据同一车道下车头时距的分布规律记录第m周期中第k相位的起始时间tn,m,k,1；
(3.3)判断是否存在手动控制信号的现象，如果是，则根据车头时距的分布规律计算相位结束时间，否则，根据配时方案计算该相位的结束时间tn,m,k,2；
(3.4)根据车道编号和过车时间记录相位。
较佳地，所述的步骤(3.2)中的分布规律包括低峰、高峰和平峰。
该实现交叉口车辆时空分布展示功能的装置，其主要特点是，所述的装置包括用于存储程序的存储器以及用于执行所述的程序的处理器，以实现上述的交叉口车辆时空分布展示控制的方法。
该计算机可读存储介质，其主要特点是，包括程序，所述的程序可被处理器执行以完成上述的实现交叉口车辆时空分布展示处理的方法。
采用了本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法、装置及其存储介质，用以在交通路口发生拥堵时，为信号控制优化提供直观且有效的判断；为及时发掘并解决潜在的交通问题提供保障。基于交叉口车辆的原始过车数据，通过二维的计算分析，更有效地处理数据丢失与重复等问题；能够直观地展示城市交叉口车辆的时空分布信息；更加科学地缓解城市交通拥堵问题，为路口信号控制的优化提供新角度。
附图说明
图1为本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法的流程图。
图2为本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法的实施例的各时段的配时方案示意图。
图3为本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法的实施例的相位过车记录示意图。
图4为本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法的实施例的车辆时空分布散点图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
该实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其中，所述的系统包括：
(1)初步处理原始过车记录；
(1.1)提取交叉口原始过车数据；
(1.2)根据车道编号整理过车数据，为每条记录加字段，筛选并统计过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段；
(1.2.1)根据车道编号整理过车数据，并为每条记录加一个字段，判断前后是否存在数据缺失情况，如果是，则返回“1”；否则，返回“0”；
(1.2.2)筛选包含“1”值的过车记录，统计并获取所有过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段；
(1.3)通过插值法修补小范围的数据缺失项；
(1.3.1)通过缺漏项前后已有数据求出斜率k；
(1.3.2)根据缺漏项前已有数据Y求出缺漏项X；
(1.3.3)剔除出现大范围缺失的数据的记录；
(1.4)根据车牌号及过车时间对数据进行去重处理；
(2)计算车头时距；
(2.1)抽取处理好的过车数据；
(2.2)计算车头时距，筛选车道编号相同的数据，并根据过车时间计算当前车的车头时距；
(3)确定周期编号及相位状态；
(3.1)获取路口的相位配时表；
(3.2)根据同一车道下车头时距的分布规律记录第m周期中第k相位的起始时间tn,m,k,1；
(3.3)判断是否存在手动控制信号的现象，如果是，则根据车头时距的分布规律计算相位结束时间，否则，根据配时方案计算该相位的结束时间tn,m,k,2；
(3.4)根据车道编号和过车时间记录相位；
(4)根据相位过车数据，绘制各个周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(2.2)中计算当前车的车头时距ht(n,i)，具体为：
根据以下公式计算当前车的车头时距ht(n,i)：
ht(n,i)＝tn,i-tn,i-1；
其中，tn,i为当前车的过车时间，tn,i-1为上一辆车的过车时间。
作为本发明的优选实施方式，所述的步骤(3.2)中的分布规律包括低峰、高峰和平峰。
本发明的该实现交叉口车辆时空分布展示功能的装置，其中包括用于存储程序的存储器以及用于执行所述的程序的处理器，以实现上述的交叉口车辆时空分布展示控制的方法。
该计算机可读存储介质，其中包括程序，所述的程序可被处理器执行以完成上述的实现交叉口车辆时空分布展示处理的方法。
本发明的具体实施方式中，本发明通过提取城市路口的过车记录，按车牌号及过车时间初步处理原始数据，主要解决数据丢失及重复等问题；计算车头时距；确定每条过车记录对应的周期编号及相位状态；绘制交叉口车辆车头时距分布的散点图。具体采用的技术方案如下：
一、初步处理原始过车记录
1、提取交叉口原始过车数据；
2、按车道编号整理过车数据，并为每条记录加一个字段，用以标记该条记录前后是否存在数据缺失情况，若其前后存在数据缺失情况，则返回“1”，否则为“0”。本发明通过IF语句实现标记，即IF(or tn,i-tn,i-1≥tbasic,tn,i+1-tn,i≥tbasic),″1",″0")，其中n代表车道编号，i代表过车记录编号。并针对低峰、平峰、高峰三种不同情况，采用不同的判断标准tbasic，分别为：3600s、1800s、600s。在标记字段下，筛选出所有包含“1”值的过车记录，统计并获取所有过车时间缺失项所在的车道，及数据缺失的时间段；
3、采用插值法修补小范围的数据缺失项，即利用缺漏项前后已有数据求出斜率k，再根据缺漏项前已有数据Y，求出缺漏项X＝Y/k；当出现大范围的数据缺失时，直接将该缺项数据所在记录全部剔除；
4、按车牌号及过车时间对数据进行去重处理：当满足车牌号相同，且过车时间之差在30秒以内时，仅保留过车时间靠前的记录，删除其余记录。
二、计算车头时距
1、抽取处理好的过车数据(无数据缺失或数据重复等问题)；
2、计算车头时距，筛选车道编号相同的数据，并按过车时间升序排列，当前车的过车时间tn,i减去上一辆车的过车时间tn,i-1，就为当前车的车头时距ht(n,i)(即ht(n,i)＝tn,i-tn,i-1)。
三、确定周期编号及相位状态
1、获取路口的相位配时表；
2、根据同一车道下车头时距的分布规律，即当车头时距ht(n,i(骤然变小时(低峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1)＞150；平峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1)＞60；高峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1＞30，注：本数据是在观察常州市新北区多个路口一周过车记录的基础上统计分析得出的)，定义车头时距ht(n,i+1)所对应记录的过车时间为时段n里，第m周期中第k相位的起始时间为tn,m,k,1；
3、若该时段的信号控制不受手动控制的干扰，则根据配时方案计算出该相位的结束时间tn,m,k,2；
4、若存在手动控制信号的现象，则再次根据车头时距的分布规律来定义相位结束时间tn,m,k,2，取骤然变小的车头时距ht(n,i)所对应记录的过车时间为相位结束时间；
5、取时段n，周期m的相位k所对应放行的车道编号的集合为Pn,m,k；
6、当过车时间t满足tn,m,k,1≤t≤tn,m,k,2，且车道编号Ln∈Pn,m,k时，则这条过车记录属于时段n，周期m的相位k。
四、绘制车头时距分布图
1、根据整理好的相位过车数据，以各个周期的起止时间为横坐标，绘制不同周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图，一个周期对应一张散点图。
本发明实施例提取了2018年8月27日，江苏省常州市新北区通江路-龙城大道交叉口的过车记录，共计10万余条。具体处理过程如下：
一、初步处理原始过车记录
1、提取交叉口原始过车数据共计10.89万条；
2、所选路口共计36条车道，按车道编号整理过车数据，统计并获取所有过车时间缺失项所在的车道，及数据缺失的时间段；
3、采用插值法修补小范围的缺失数据；将存在大范围数据缺失的记录直接剔除，并记录剔除数据所在的时间段，后期在分析相位数据时避免选取这些时间段；
4、去重处理：当满足车牌号相同，且过车时间之差在30秒以内时，仅保留过车时间靠前的记录，删除其余记录。累计去除1.34万条重复的过车记录。
二、计算车头时距
1、抽取处理好的过车数据(无数据缺失或数据重复等问题)；
2、筛选车道编号相同的数据，并按过车时间升序排列，当前车的过车时间减去上一辆车的过车时间，即为当前车的车头时距；
3、本实施例在计算车头时距时，如果跨车道计算，则会出现负值。因此需要筛选出这部分数据，并将负值的车头时距全部做归零处理。
三、确定周期编号及相位状态
1、获取路口的相位配时表；
2、本实施例选取02：01：25-02：11：11(低峰且无手控)、08:17:20-08:31:38(高峰有手控)及12：00：06-12：09：52(平峰有手控)三个时间段；
3、为确保相位起止时间的精准度，本实施例在分析同一车道下车头时距分布规律的同时，还结合实际交叉口过车视频，来分别确定低峰、高峰、平峰时不同周期里各个相位的起止时间；
4、取时段n，周期m的相位k所对应放行的车道编号的集合为Pn,m,k；
5、当过车时间t满足tn,m,k,1≤t≤tn,m,k,2，且车道编号Ln∈Pn,m,k，则这条过车记录属于时段n，周期m的相位k。如图3，即为处理后的相位过车记录表。
四、绘制车头时距分布图
1、根据整理好的相位过车数据，以每个周期的起止时间为横坐标，绘制各个周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图，一个周期对应一张散点图。如图4，即为平峰时，四个周期(每个周期对应有四个相位)的车头时距散点图；
该图可直观展示出通江路-龙城大道交叉口的车辆时空分布情况。通过分析该图，可以发现第2周期第1相位存在大量空放现象，在此基础上，分析往日同一时段的车辆时空分布图。若存在同样的现象，则应及时提醒交通管理人员，检查对应位置处的电警等设备是否正常工作；检查信号配时方案是否科学等，以便快速制定解决方案，尽快完善基础设施，推进城市畅通工程。
一、根据原始过车记录及相位配时表，获取路口的相位过车记录。
1.通过excel完成所提取过车记录的补缺、去重处理及每条记录车头时距的计算；
2.根据同一车道下车头时距的分布规律，即当车头时距ht(n,i)骤然变小时(低峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1)＞150；平峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1)＞60；高峰时，ht(n,i)-ht(n,i+1＞30，注：本数据是在观察常州市新北区多个路口一周过车记录的基础上统计分析得出的)，定义车头时距ht(n,i+1)所对应记录的过车时间为对应时段下，各个周期里各个相位的起始时间。若该时段的信号控制不受手动控制的干扰，则根据配时方案计算出该相位的结束时间；若存在手动控制信号的现象，则再次通过车头时距的分布规律来确定相位结束时间，并辅以实际过车视频来校正偏差。
3.根据过车时间及车道编号确定每条记录的周期及相位状态。
二、以车头时距为基础数据，每个周期的起止时间为横坐标，通过二维的形式实现交叉口车辆时空分布的可视化。
三、在原有的人工信号控制优化的基础上，提供本发明实现的交叉口车辆时空分布可视化图。以便工作人员及时发掘交通隐患，并能快速采取抵御措施；能够更加科学地决策信号配时方案。
采用了本发明的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，用以在交通路口发生拥堵时，为信号控制优化提供直观且有效的判断；为及时发掘并解决潜在的交通问题提供保障。基于交叉口车辆的原始过车数据，通过二维的计算分析，更有效地处理数据丢失与重复等问题；能够直观地展示城市交叉口车辆的时空分布信息；更加科学地缓解城市交通拥堵问题，为路口信号控制的优化提供新角度。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)初步处理原始过车记录；
(2)计算车头时距；
(3)确定周期编号及相位状态；
(4)根据相位过车数据，绘制各个周期交叉口的车辆车头时距分布的散点图。
2.根据权利要求1所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(1.1)提取交叉口原始过车数据；
(1.2)根据车道编号整理过车数据，为每条记录加字段，筛选并统计过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段；
(1.3)通过插值法修补小范围的数据缺失项；
(1.4)根据车牌号及过车时间对数据进行去重处理。
3.根据权利要求2所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1.2)具体包括以下步骤：
(1.2.1)根据车道编号整理过车数据，并为每条记录加一个字段，判断前后是否存在数据缺失情况，如果是，则返回“1”；否则，返回“0”；
(1.2.2)筛选包含“1”值的过车记录，统计并获取所有过车时间缺失项所在的车道以及数据缺失的时间段。
4.根据权利要求2所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1.3)具体包括以下步骤：
(1.3.1)通过缺漏项前后已有数据求出斜率k；
(1.3.2)根据缺漏项前已有数据Y求出缺漏项X；
(1.3.3)剔除出现大范围缺失的数据的记录。
5.根据权利要求1所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括以下步骤：
(2.1)抽取处理好的过车数据；
(2.2)计算车头时距，筛选车道编号相同的数据，并根据过车时间计算当前车的车头时距。
6.根据权利要求5所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(2.2)中计算当前车的车头时距ht(n,i)，具体为：
根据以下公式计算当前车的车头时距ht(n,i)：
ht(n,i)＝tn,i-tn,i-1；
其中，tn,i为当前车的过车时间，tn,i-1为上一辆车的过车时间。
7.根据权利要求1所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体包括以下步骤：
(3.1)获取路口的相位配时表；
(3.2)根据同一车道下车头时距的分布规律记录第m周期中第k相位的起始时间tn,m,k,1；
(3.3)判断是否存在手动控制信号的现象，如果是，则根据车头时距的分布规律计算相位结束时间，否则，根据配时方案计算该相位的结束时间tn,m,k,2；
(3.4)根据车道编号和过车时间记录相位。
8.根据权利要求7所述的实现交叉口车辆时空分布展示控制的方法，其特征在于，所述的步骤(3.2)中的分布规律包括低峰、高峰和平峰。
9.一种实现交叉口车辆时空分布展示功能的装置，其特征在于，所述的装置包括用于存储程序的存储器以及用于执行所述的程序的处理器，以实现权利要求1至8中任一项所述的交叉口车辆时空分布展示控制的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述的程序可被处理器执行以完成权利要求1至8中任一项所述的实现交叉口车辆时空分布展示处理的方法。
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