CN112530178A - 一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法 - Google Patents
一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,首先,对分析时段内交叉口及其上下游有向路段的浮动车定位数据进行预处理得到合格的浮动车行驶轨迹,第二,基于交叉口及其上下游路段经纬度生成交叉口转向矩阵并确定各相位轨迹集合和交叉口整体的轨迹集合,第三,计算每条轨迹通过交叉口时的停车行为和延误时间,第四,计算交叉口以及各个相位的平均延误时间和停车率,最后融合平均延误时间和停车率实现对交叉口信号控制方案的评价。该方法基于浮动车定位数据,通过计算平均延误时间和停车率并将二者融合,可实现交通信号控制方案的准确评价,能够有效解决现有交叉口交通信号控制方案评价难的问题。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域,特别是一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法。
背景技术
随着城市汽车保有量的持续增加,城市交通愈发拥堵,而良好的城市交通控制策略及交叉口配时方案是缓解城市交通拥堵的重要手段之一。现在,已有越来越多的城市开始重视城市交通信号控制,同时交叉口的交通信号控制方案评价也越来越重要,而延误和停车率是衡量交叉口交通信号控制方案的两个非常重要的指标,但其无法由交叉口的固定检测器获取。
目前,国内很多城市的出租车、公交车等开始大量装备卫星定位设备,其数据采集方式具有建设周期短、覆盖范围广、数据精度高、实时性强等优点,可利用其轨迹数据计算得到交叉口的延误和停车率,其方法简单、准确,可大规模应用于交通信号控制方案的评价。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种能够计算平均延误时间和停车率并将二者融合,对交通信号控制方案进行准确评价的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,该方法步骤如下:
(1)对交叉口及其进出口路段在分析时段内的浮动车数据进行预处理;
(2)确定交叉口转向矩阵并形成交叉口及各相位的浮动车轨迹集合;
(3)确定浮动车在交叉口延误时间以及是否存在停车行为;
(4)分别计算各相位及交叉口整体的平均延误时间和停车率;
(5)融合停车率和平均延误时间实现对交叉口信号控制方案的评价。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,对浮动车数据进行预处理包括如下步骤:
(1)将同一浮动车的定位数据按照上传时间进行排序,得到该浮动车的行驶轨迹;
(2)剔除起点和终点均在同一条路段上的浮动车行驶轨迹;
(3)剔除连续两个及以上经纬度均为0的浮动车定位数据;
(4)剔除连续两个及以上周期丢失数据的浮动车行驶轨迹;
(5)对丢失数据采用样条插值法进行修补;
(6)将定位数据的经度、纬度、速度作为状态向量利用卡尔曼滤波对轨迹进行滤波以得到平滑的轨迹。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,确定交叉口转向矩阵的步骤如下:
(1)计算出口路段相对于进口路段的角度M:
式中,x1和y1为进口路段中间点经度和纬度;x2和y2为出口路段中间点经度和纬度;xc和yc为交叉口经度和纬度;π为圆周率;arccos(x)为反余弦函数;sign(x)为符号函数,其计算规则如下
(2)根据交叉口类型及实际情况确定直行的角度阈值,设其为-M1至M2(M1,M2>0),若M小于-M1则出口路段为进口路段的左转下游出口路段,若M大于M2,则出口路段为进口路段的右转下游出口路段,否则出口路段为进口路段的直行下游出口路段,由此可得交叉口每个进口各流向的下游出口路段,形成进口路段和出口路段构成的交叉口转向矩阵。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,交叉口及各相位的浮动车轨迹集合的形成步骤如下:
(1)获取分析时段内交叉口及其进出口路段的浮动数据,得到合格的浮动车进入、离开交叉口的完整轨迹,形成交叉口的轨迹集合;
(2)基于浮动车轨迹的起点、终点所在的路段和交叉口转向矩阵,确定轨迹的转向行为,从而确定各进口左转、直行、右转流向的流向轨迹集合,基于控制方案的相位的放行流向,得到各相位的轨迹集合。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,对浮动车的停车行为判断步骤如下:
(1)对于浮动车行驶轨迹,按照上传时间顺序计算其在进口路段上各定位点与交叉口的距离;
(2)获取轨迹所在进口的展宽段长度L,统计浮动车轨迹在进口路段上各定位点与交叉口中心点距离小于L的定位点个数,若定位点个数超过阈值则可认为该轨迹通过交叉口时存在停车行为;
阈值的计算公式如下所示
式中,Ceil(·)表示对括号内数值向上取大于等于该数值的整数;v为车辆在展宽段自由行驶速度,单位为米/秒,可实地调查得到也可设置为交叉口区域的限制速度;T为浮动车定位数据上传周期,单位为秒;
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,对浮动车在交叉口延误时间的计算步骤如下:
(1)确定浮动车轨迹在交叉口的通过距离,并根据获取的轨迹得到在进口路段上最后一个与交叉口中心点距离大于L的定位点PA1及距离值DA1,计算同一轨迹在出口路段第一个定位点PE1与交叉口中心点距离DE1,以此DA1+DE1作为浮动车在交叉口的行驶距离;
(2)确定浮动车轨迹在交叉口区域的通过时间,以定位点PA1和PE1上传时间t(PA1)和t(PE1)的差值作为浮动车通过交叉口的通过时间t=t(PE1)-t(PA1);
(3)确定浮动车轨迹在交叉口区域的延误时间:
式中,v为车辆在展宽段自由行驶速度,单位为米/秒。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,根据交叉口轨迹集合的各轨迹的延误时间,对集合中轨迹延误时间求平均得到交叉口的平均延误时间;
根据交叉口轨迹集合的各轨迹的停车行为,轨迹集合中存在停车行为的轨迹数与集合中轨迹总数的比值即为交叉口的停车率。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,根据各相位的轨迹集合中的各轨迹的延误时间,对各相位轨迹集合的延误时间求均值得到各相位的平均延误时间;
根据各相位轨迹集合中的各轨迹的停车行为,各相位轨迹集合中存在停车行为的轨迹数与各自集合中轨迹总数的比值即为各相位的停车率。
本发明所要解决的技术问题还可以通过以下的技术方案来进一步实现,对于以上所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,对交叉口信号控制方案进行评价步骤如下:
(1)融合相位或者交叉口的轨迹集合的平均延误时间和停车率:
(2)将PI值与预设的交叉口信号控制方案评价阈值进行对比,实现对交叉口信号控制方案的评价,PI值越大表示交叉口的信号控制方案效果越差。
与现有技术相比,本发明针对现有交叉口交通信号控制方案评价难的问题,基于浮动车定位数据,提出了一种计算平均延误和停车率并将二者融合的交叉口交通信号控制方案评价方法,可实现交通信号控制方案的准确评价,具体过程为,首先对分析时段内交叉口及其上下游有向路段的浮动车定位数据进行预处理得到合格的浮动车行驶轨迹;接着基于交叉口及其上下游路段经纬度生成交叉口转向矩阵并确定各相位轨迹集合和交叉口整体的轨迹集合;然后计算每条轨迹通过交叉口时的停车行为和延误时间;再计算交叉口以及各个相位的平均延误时间和停车率,最后融合平均延误和停车率实现对交叉口信号控制方案的评价。该方法基于浮动车定位数据,通过计算平均延误时间和停车率并将二者融合,可实现交通信号控制方案的准确评价,能够有效解决现有交叉口交通信号控制方案评价难的问题。
附图说明
图1为本发明的一种流程示意图;
图2为本发明的使用案例中的典型十字交叉口示意图;
图3为本发明的使用案例中的交叉口转向矩阵示意图;
图4为本发明的使用案例中的交叉口信号控制方案评价标准示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
参考图1,以典型的十字交叉口为例,对本申请提供的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法进行说明:
1、确定待分析交叉口、分析时段、交叉口中心点经纬度及其上下游有向路段经纬度,本案例使用典型的十字交叉口,交叉口渠化如图2中交叉口B所示,图中A、B互为上下游交叉口,交叉口各个进口均含左、直、右车道,交叉口进口渠化车道功能的部分为展宽段,设交叉口B各个进口展宽段长度均为L,NA表示北方向进口路段、NE表示北方向出口路段、EA表示东方向进口路段、EE表示东方向出口路段、SA表示南方向进口路段、SE表示南方向出口路段、WA表示西方向进口路段、WE表示西方向出口路段;
2、设交叉口的控制方案为典型四相位,分别为东西直行PH1、东西左转PH2、南北直行PH3、南北左转PH4;
3、利用下式基于交叉口、进出口路段经纬度确定交叉口各进口路段左转、直行、右转流向分别连接的下游出口路段:
式中,x1和y1为进口路段中间点经度和纬度、xc和yc为交叉口的经度和纬度、x2和y2出口路段中间点经度和纬度,π为圆周率,arccos(x)为反余弦函数;sign(x)为符号函数,其计算规则如下:
令车辆直行的角度范围为-M1至M2(M1,M2>0),当M小于-M1时出口路段为进口路段的左转下游出口路段,当M大于M2时出口路段为进口路段的右转下游出口路段,否则出口路段为进口路段的直行下游出口路段,由此可分别确定每个进口路段的各流向的下游出口路段,形成交叉口转向矩阵如图3所示;
4、获取分析时段内交叉口及其进出口路段的浮动数据,对浮动车数据剔除无效数据、修复故障数据并利用卡尔曼滤波平滑后得到合格的浮动车进入、离开交叉口的完整轨迹,形成交叉口的轨迹集合Setnode;
5、基于浮动车轨迹的起点、终点所在的路段和交叉口转向矩阵,确定轨迹的转向行为,从而确定各进口左转、直行、右转流向的流向轨迹集合,基于控制方案的相位的放行流向,可得到相位PH1、PH2、PH3、PH4的轨迹集合Setph1、Setph2、Setph3、Setph4;
6、计算轨迹通过交叉口区域时的停车行为,基于轨迹定位点的经纬度信息,按照时间顺序分别计算其在进口路段上各定位点与交叉口中心点的距离DAi(1≤i≤n),n为轨迹在进口路段的定位点数,统计DAi(1≤i≤n)中小于该进口路段展宽段长度L的定位点个数m,若m超过阈值TH,则可认为该轨迹通过交叉口时存在停车行为,阈值TH的计算方法如下所示
式中,Ceil(·)表示对括号内数值向上取大于等于该数值的整数;v为车辆在展宽段自由行驶速度,单位为米/秒,可实地调查得到也可设置为交叉口区域的限制速度;T为浮动车定位数据上传周期,单位为秒;
遍历交叉口的轨迹集合Setnode由此可得到所有轨迹的停车行为;
7、计算轨迹通过交叉口区域的时间和延误时间,基于轨迹点与交叉口中心点距离DAi(1≤i≤n)获取轨迹在进口路段上最后一个与交叉口中心点距离大于L的定位点PA1的上传时间t(PAj)及距离值DAj,获取该轨迹在出口路段第一个定位点PE1的上传时间t(PE1)并计算该定位点与交叉口中心点距离DE1,计算轨迹在交叉口通过的距离DAj+DE1及时间t=t(PE1)-t(PAj),计算浮动车以展宽段自由流速度v通过DAj+DE1的时间:
计算该轨迹在交叉口的延误时间d=t-tv;
遍历交叉口轨迹集合Setnode可得到每条轨迹的延误时间;
8、基于交叉口、相位的轨迹集合,按照下两式计算交叉口、相位的平均延误时间和停车率:
9、按照下式融合交叉口或者相位的平均延误时间和停车率实现对交叉口整体或者单个相位的评价指标:
由此可得到交叉口及相位PH1、PH2、PH3、PH4的评价指标PInode、PIph1、PIph2、PIph3、PIph4,从而实现对交叉口和相位的控制效果的评价;PI值越大表示车辆在交叉口得到的服务水平越低,说明交叉口或者相位的信号控制效果越差,方案评价等级划分的PI预设阈值可参考图4。
Claims (9)
1.一种基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:该方法步骤如下:
(1)对交叉口及其进出口路段在分析时段内的浮动车数据进行预处理;
(2)确定交叉口转向矩阵并形成交叉口及各相位的浮动车轨迹集合;
(3)确定浮动车在交叉口延误时间以及是否存在停车行为;
(4)分别计算各相位及交叉口整体的平均延误时间和停车率;
(5)融合停车率和平均延误时间实现对交叉口信号控制方案的评价。
2.根据权利要求1所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:对浮动车数据进行预处理包括如下步骤:
(1)将同一浮动车的定位数据按照上传时间进行排序,得到该浮动车的行驶轨迹;
(2)剔除起点和终点均在同一条路段上的浮动车行驶轨迹;
(3)剔除连续两个及以上经纬度均为0的浮动车定位数据;
(4)剔除连续两个及以上周期丢失数据的浮动车行驶轨迹;
(5)对丢失数据采用样条插值法进行修补;
(6)将定位数据的经度、纬度、速度作为状态向量利用卡尔曼滤波对轨迹进行滤波以得到平滑的轨迹。
3.根据权利要求1所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:确定交叉口转向矩阵的步骤如下:
(1)计算出口路段相对于进口路段的角度M:
式中,x1和y1为进口路段中间点经度和纬度;x2和y2为出口路段中间点经度和纬度;xc和yc为交叉口经度和纬度;π为圆周率;arccos(x)为反余弦函数;sign(x)为符号函数,其计算规则如下
(2)根据交叉口类型及实际情况确定直行的角度阈值,设其为-M1至M2(M1,M2>0),若M小于-M1则出口路段为进口路段的左转下游出口路段,若M大于M2,则出口路段为进口路段的右转下游出口路段,否则出口路段为进口路段的直行下游出口路段,由此可得交叉口每个进口各流向的下游出口路段,形成进口路段和出口路段构成的交叉口转向矩阵。
4.根据权利要求1或3所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:交叉口及各相位的浮动车轨迹集合的形成步骤如下:
(1)获取分析时段内交叉口及其进出口路段的浮动数据,得到合格的浮动车进入、离开交叉口的完整轨迹,形成交叉口的轨迹集合;
(2)基于浮动车轨迹的起点、终点所在的路段和交叉口转向矩阵,确定轨迹的转向行为,从而确定各进口左转、直行、右转流向的流向轨迹集合,基于控制方案的相位的放行流向,得到各相位的轨迹集合。
6.根据权利要求1或5所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:对浮动车在交叉口延误时间的计算步骤如下:
(1)确定浮动车轨迹在交叉口的通过距离,并根据获取的轨迹得到在进口路段上最后一个与交叉口中心点距离大于L的定位点PA1及距离值DA1,计算同一轨迹在出口路段第一个定位点PE1与交叉口中心点距离DE1,以此DA1+DE1作为浮动车在交叉口的行驶距离;
(2)确定浮动车轨迹在交叉口区域的通过时间,以定位点PA1和PE1上传时间t(PA1)和t(PE1)的差值作为浮动车通过交叉口的通过时间t=t(PE1)-t(PA1);
(3)确定浮动车轨迹在交叉口区域的延误时间:
式中,v为车辆在展宽段自由行驶速度,单位为米/秒。
7.根据权利要求1所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:根据交叉口轨迹集合的各轨迹的延误时间,对集合中轨迹延误时间求平均得到交叉口的平均延误时间;
根据交叉口轨迹集合的各轨迹的停车行为,轨迹集合中存在停车行为的轨迹数与集合中轨迹总数的比值即为交叉口的停车率。
8.根据权利要求1所述的基于浮动车定位数据的交叉口信号控制方案评价方法,其特征在于:根据各相位的轨迹集合中的各轨迹的延误时间,对各相位轨迹集合的延误时间求均值得到各相位的平均延误时间;
根据各相位轨迹集合中的各轨迹的停车行为,各相位轨迹集合中存在停车行为的轨迹数与各自集合中轨迹总数的比值即为各相位的停车率。
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