CN116013065A - 基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，包括以下步骤：在确定的时空范围内，观测计算每个交通工具占用的时空连续体体量数据，将所有交通工具的时空连续体体量数据之和作为交通系统的实际交通量，将交通观测范围内交通设施所占用的时空连续体体量数据作为交通系统的最大交通量，将交通系统的实际交通量与交通系统的最大交通量的比例确定为交通系统通行效率，时空连续体体量为交通工具或者交通设施所占用的平面面积或空间体积与时间的乘积。本发明还公开了一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统。本发明能够体现单一交通工具个体对于交通系统总体效率的独立影响同时消除驾驶者的个体差异和主观波动。

Description

基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法及系统

技术领域

本发明属于交通控制系统技术领域，特别是涉及一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法及系统。

背景技术

针对陆路、水路或空域交通系统通行效率的评估，普遍通用的技术方法是在交通设施的单位时空的观测范围内，测算交通设施的实际交通量与交通设施的最大（可能）交通量之比。

现有技术中，以陆路交通为例，交通系统的通行效率是指“（包括若干条车道的）道路断面（点）”、“（某一道路的）路段（线）”、“（包括若干条道路的）路网（面）”在单位时间内的实际交通量与最大（可能）交通量之比——即饱和度（量纲是%），点/线/面的交通量的量纲是“辆次/时间单位”（例如：辆/小时或辆/秒）。

其中，实际交通量既可以直接观测、也可以间接计算，其计算方法是以下两项指标的乘积：1、车流的平均密度——平均空间密度（辆/公里或辆/米）或平均时间占有率（%），这两者之间可等价换算；2、车流的平均速度（公里/小时或米/秒）——给定时段条件下的空间（调和）均速或给定点/线/面条件下的时间均速。最大（可能）交通量（即通行能力），一般只来源于车辆运行的观测数据。

以陆路交通为例，实际交通量与最大（可能）交通量这两者的测算，要么是车流在单位空间的时间均值、要么是车流在单位时间的空间均值，均是统计意义下关于多个车辆的样本均值或总体期望，模糊甚至消除了单个车辆的数据特征，难以从空间、时间两个方面同时体现单车个体数据对于交通系统总体效率的独立影响。

而在交通感知技术手段自动化与多样化、特别是自动驾驶的条件下，例如（道路）路侧感知设备、（汽车）车载感知设备能够实时感知的车辆空间位置、车辆运动姿态（转向角、横摆角等）、（角）速度、（角）加速度等数据的条件下，观测单车运行对于交通系统总体效率的独立影响（例如某一车辆在何时何处、因为怎样的车速失当而降低了道路的通行效率），不仅是提升交通管控精密、准确度的需求，也是测试验证自动驾驶功能性能的需求。

另外最大（可能）交通量是难以精准确定的——即使是给定了道路条件、天候条件，通行能力的高低仍然将显著地受制于人的因素（手动驾驶的交通工具操控人的驾控行为倾向、自动驾驶的交通工具使用人的出行需求倾向）而存在显著的个体差异和主观波动——以陆路车辆为例：和车辆用户（乘客或货主）出行需求的时间紧迫程度不同，导致人类驾驶者、或（由车辆用户的“目的地点、抵达时间”等指令驱动的）自动驾驶机，将不同的出行需求转变为不同的驾控行为倾向——防御性、侵略性、中性的驾驶行为倾向。

发明内容

针对上述现有技术缺陷，本发明的任务在于提供一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，从空间、时间两个方面同时度量交通设施的交通量、计算评估交通系统的通行效率，体现单一交通工具个体数据对于交通系统总体效率的独立影响同时消除交通参与人的个体差异和主观波动。本发明的另一任务在于提供一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统。

本发明技术方案为：一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，包括以下步骤：在确定的时空范围内，观测计算每个交通工具占用的时空连续体体量数据，将所有交通工具的时空连续体体量数据之和作为交通系统的实际交通量，将所述交通观测范围内交通设施所占用的时空连续体体量数据作为交通系统的最大交通量，将所述交通系统的实际交通量与所述交通系统的最大交通量的比例确定为交通系统通行效率，所述时空连续体体量为所述交通工具或者所述交通设施所占用的平面面积或空间体积与时间的乘积。

本发明的另一技术方案为：一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，包括以下步骤：在确定的时空范围内，观测计算每个交通工具占用的时空连续体体量数据；将所有交通工具的时空连续体体量数据之和作为交通系统的实际交通量，将所述交通观测范围内交通设施所占用的时空连续体体量数据作为交通系统的最大交通量，所述时空连续体体量为所述交通工具或者所述交通设施所占用的平面面积或空间体积与时间的乘积；可视化绘制：在“经度-纬度”平面坐标体系下绘制各个所述交通工具以及所述交通设施所占用的平面面积并以时间作为第三轴对所述平面面积进行扩展，或者在“经度-纬度-海拔”立体坐标体系下绘制各个所述交通工具以及所述交通设施所占用的空间体积并以时间作为第四轴（维度）对所述空间体积进行扩展。

进一步地，计算所述时空连续体体量时，当所述交通设施划定了交通通道时，所述交通工具占用的平面面积为所述交通工具的长度与所述交通通道的宽度的乘积，所述交通工具占用的空间体积为所述交通工具的长度、所述交通通道的宽度以及所述交通通道的高度的乘积；当所述交通设施未划定交通通道时，所述交通工具占用的平面面积为所述交通工具的长度与宽度的乘积，所述交通工具占用的空间体积为所述交通工具的长度、宽度以及高度的乘积。

进一步地，所述绘制各个所述交通工具所占用的平面面积并以时间作为第三轴对所述平面面积进行扩展，包括步骤：

第一步，在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，绘制并展示各交通工具的特征部位点的时空轨迹曲线段；

第二步，将各交通工具的特征部位点扩展为各交通工具所占的平面面积，从而将交通工具特征部位点的时空轨迹曲线段扩展为交通工具的时空轨迹曲柱体。

进一步地，所述绘制各个所述交通工具所占用的空间体积并以时间作为第四轴（维度）对所述空间体积进行扩展，包括步骤：

第一步，在“经度-纬度-海拔”三维立体坐标系中，绘制并展示各交通工具的特征部位点的空间轨迹曲线段；

第二步，将各交通工具的特征部位点扩展为各交通工具所占的空间体积，从而将交通工具特征部位点的空间轨迹曲线段扩展为交通工具的空间轨迹曲柱体；

第三步，对于“经度-纬度-海拔”三维坐标系中的任一空间点，采用颜色差别作为第四轴（维度）来表示在一定的观测时段范围内各交通工具对所述空间点的时空占用密集程度。

进一步地，所述颜色差别包括色相、明度和饱和度差别中的一种或多种。

本发明的又一技术方案为：一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法。

进一步地，包括交通工具的数据采集模块用于检测所述交通工具的位置、姿态并发送至所述存储器以获得所述交通工具的平面面积或空间体积，交通设施的数据采集模块用于检测所述交通设施的几何数据、占用信息并发送至所述存储器以获得所述交通设施的平面面积或空间体积。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

在交通系统的实际交通量的计算方面，度量依据是每一辆（艘、架）交通工具所占用的时空连续体的体量数据（即时空轨迹3维、4维数据），从而能够度量单一交通工具个体数据对于交通系统总体效率的独立影响，适应交通管控的精密化、准确化的需求，尤其是在自动驾驶条件下，适应测试验证自动驾驶功能性能的需求；

在交通系统的最大（可能）交通量的计算方面，度量依据是交通设施所占用的时空连续体的体量数据，本质是原理性的逻辑推导、而不是实验性的统计数据，从而能够消除交通参与人的个体差异和主观波动；

通过上述两方面使得通行效率的评估更加复合客观实际，结合对时空连续体的可视化使得通行效率的评估结果更加直观。

附图说明

图1为交通工具静止时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图2为交通工具静止时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图3为交通工具静止时的时空轨迹扩展示意图。

图4为交通工具循道时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图5为交通工具循道时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图6为交通工具循道时的时空轨迹扩展示意图。

图7为交通工具变道时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图8为交通工具变道时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图9为交通工具变道时的时空轨迹扩展示意图。

图10为交通设施中陆路交通十字路口的东西向车道示意图。

图11为交通设施中陆路交通十字路口的南北向车道示意图。

图12为图10与图11合并示意图。

图13为由图12得到的交通设施可供交通工具占用的空间示意图。

图14为在“经度-纬度”二维平面坐标系中交通设施的可供交通工具占用的空间示意图。

图15为“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中交通设施的可供交通工具占用的时空总量示意图。

图16为交通工具超车时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图17为交通工具超车时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图18为交通工具绕行时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图19为交通工具绕行时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图20为多个交通工具在路口通行时在“经度-纬度”二维平面坐标系中时空轨迹图。

图21为多个交通工具在路口通行时在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图22为不可忽略海拔高度数据时交通工具在“经度-纬度-海拔”三维立体坐标系中时空轨迹图。

图23为不可忽略海拔高度数据时交通工具轮廓扩展图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。

本发明实施例的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，主要包括对交通系统的实际交通量与交通系统的最大交通量的计算并由两者比例确定为交通系统通行效率，以及将交通系统的实际交通量与交通系统的最大交通量进行可视化绘制。

将第α辆（艘、架）交通工具在第t时刻的空间位置坐标数据表示为一个三维向量α(t)= [xα(t),yα(t),zα(t)]，其中：α是交通工具的（独立的、唯一的）标识编号（例如α是交通工具在交通管理部门的依法登记编号，或者α=A、α=B、... 、α=AA、α=AB、...），t是时间戳；横坐标xα(t)、纵坐标yα(t)、垂坐标zα(t)分别表示第α交通工具的某一个特征部位点在第t时刻的、三个相互正交维度的空间坐标数据（例如：xα(t)、yα(t)、zα(t)分别表示经度数据、纬度数据、海拔数据，或与经度-纬度-海拔存在转换关系的、等价的、类似型式的空间坐标数据，例如东南西北不同方面的里程标）。

交通工具的特征部位点，一般是指交通工具车载、或船载、或机载的定位装置（包括但不限于：属于全球导航卫星系统GNSS的北斗卫星导航系统、全球定位系统GPS等，或惯性导航系统）的安装位置，或与上述安装位置存在固定关系的、等价的、属于交通工具的某一个部位点（例如：机动车辆的质心位置、或底盘中轴前端点、或左前轮或右前轮）。

由此，第α辆（艘、架）交通工具在第t1至第tn时刻（包括第t1、第t2、第t3、... 第tn时刻）的空间轨迹坐标数据——即时空轨迹坐标数据则表示为一组三维向量α(ti: i= 1,2,3, ... , n) = [xα(ti), yα(ti), zα(ti): i=1,2,3, ... , n]， 或者表示为一个n×3或3×n的矩阵（二阶张量），例如：

[xα(t1), yα(t1), zα(t1);

 xα(t2), yα(t2), zα(t2);

 xα(t3), yα(t3), zα(t3);

 ...,    ...,    ...;

 xα(tn), yα(tn), zα(tn)]；

其中，ti (i=1, 2, 3, ... , n)是定位装置的离散（时空）数据的采样时刻，可简写为ti (i∈ [i,n] 或 i= 1→n）。

利用交通工具时空轨迹4维数据来进行交通系统通行效率的评估方法，分为两种情况：第一种情况：可以忽略海拔高度数据（一般包括：陆路交通，水面交通；不包括水下交通、不包括航空航天交通）；第二种情况：不可忽略海拔高度数据。

第一种情况：可以忽略海拔高度数据的情况

在评估平面交通系统（包括但不限于：陆路（以及仓储物流场所内部道路）、水路（水域表面））通行效率时，由于交通工具只运行于路面或水面，因此只需观测交通工具在二维平面空间内的运动、从而无需观测交通工具与交通设施的海拔高度数据。

以陆路交通为例

车辆α的时空轨迹则表示为一组二维向量：α(ti: i= 1→n)=[xα(ti), yα(ti): i= 1→n]，简写为α(ti)，并存储在计算机的存储设备之中。

与此对应，利用计算机绘制并展示出三维坐标系，其中：横、纵坐标轴分别是经度、纬度的数据轴（或与经度-纬度存在转换关系的、等价的、类似型式的空间坐标数据轴，例如东南西北不同方面的里程标数据轴），数据范围涵盖观测区域的交通设施；垂坐标轴则是时间的数据轴，数据范围涵盖观测时段。

1.1 基于交通工具时空轨迹的实际交通量的计算及可视化

对于在观测时段之内、驶经观测区域的全体车辆，在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，根据各车辆特征部位点的横向、纵向空间数据坐标与垂向时间戳数据坐标：

第一步，绘制并展示各车辆特征部位点的时空轨迹曲线段；

第二步，将各车辆特征部位点的时空轨迹曲线段，扩展为各车辆整体轮廓面的时空轨迹曲柱体；

第三步，根据各车辆整体轮廓面的时空轨迹曲柱体，计算各自的实际交通量（即：实际占用的时空量）。

结合车辆的三种最基本、最典型的时空轨迹类型，解释如何实施上述步骤。

1.1.1 交通工具静止时

在“经度-纬度”二维平面坐标系中观测车辆A、B，如图1所示，从时刻t1至时刻t2，两者分别在车道13、车道14内静止，A与B的特征部位点的空间位置A(ti)=[xA(ti), yA(ti): i= 1→2]、B(ti)=[xB(ti), yB(ti): i= 1→2]均是保持不变的。

而在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，分别将A(ti)与B(ti)根据时间戳数据ti (i=1→2)沿时间轴展开，则如图2所示的、A与B各自特征部位点所串联而成的两条时空轨迹曲线段；因为静止不动，所以A与B的两条时空轨迹曲线段均是铅锤方向的直线段。

再将上述时空轨迹曲线段上A与B的每一个特征部位点，在水平方向上，扩展为A与B的整体轮廓面，如图3所示——整体轮廓面的高度为零，其（在车道纵向上的）长度Lvehicle=车辆长度，其（在车道横向上的）宽度Wvehicle=车道宽度；则可得到A(ti)与B(ti)所对应的车辆整体轮廓面所串联而成的两条时空轨迹曲柱体。

对于陆路交通的路外交通、水面交通而言，交通工具整体轮廓面的宽度Wvehicle算法如下：

（1）若设定了虚拟的、逻辑的通道（例如水面航道），则Wvehicle=通道宽度；

（2）否则，Wvehicle=交通工具宽度。

本发明将交通工具的实际交通量定义为交通工具实际占用的时空量。以车辆A为例，其计算方法 = A(ti)整体轮廓面的面积 * A(ti)特征部位点时空轨迹曲线段的长度，量纲是“长度单位^2 * 时间单位”，例如“米^2 * 秒”；B的实际交通量的计算方法，同理。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中：若A与B的两条时空轨迹曲柱体之间发生重叠（局部重叠或完全重叠），则表示A与B在此时、在此处发生了碰撞事故；即A与B两车在同一时刻或同一时段仅占用了一份空间、而并非是两份空间。因此，从时空占用的角度看，若两条或以上的时空轨迹曲柱体相互重叠，则重叠部分的实际交通量在计算时仅需计入一条时空轨迹曲柱体的时空占用量。

1.1.2 交通工具遵循车道/航道（简称：循道）运行

在“经度-纬度”二维平面坐标系中观测车辆A、B。

从时刻t1至t2，A 在车道13内循道行驶（假设匀速），从时刻t3至t4，B也在车道13内循道行驶（假设匀速）；将两车（从t1至t4的）空间轨迹叠加绘制并展示，则如图4所示；实际上两者重叠，但为了便于视认，两者稍作隔离。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，将图4所示的空间轨迹，按照第1.1.1节所述方法沿时间轴展开，则可得到图5所示的、A与B各自特征部位点所串联而成的两条时空轨迹曲线段；因为（假设）匀速行驶，所以A与B的两条时空轨迹曲线段均是直线段。

再按第1.1.1节所述方法进行扩展，如图6所示，则可得到A与B各自整体轮廓面所串联而成的两条时空轨迹曲柱体。

A与B的实际交通量的计算方法，与第1.1.1节相同。

1.1.3 交通工具变更车道/航道（简称：变道）运行

在“经度-纬度”二维平面坐标系中观测车辆A、B。

从时刻t1至t2，A 从车道13、向车道14变道行驶（假设匀速）；从时刻t3至t4，B也从车道13、向车道14变道行驶（假设匀速）；将两车（从t1至t4的）空间轨迹叠加绘制并展示，则如图7所示；实际上两者重叠，但为了便于视认，两者稍作隔离。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，将图7所示的空间轨迹，按照第1.1.1节所述方法沿时间轴展开，则可得到图8所示的、A与B各自特征部位点所串联而成的两条时空轨迹曲线段；因为变更车道，所以A与B的两条时空轨迹曲线段均不是直线段。

再按第1.1.1节所述方法进行扩展，如图9所示，则可得到A与B各自整体轮廓面所串联而成的两条时空轨迹曲柱体。

A与B的实际交通量的计算方法，与第1.1.1节相同。

1.2 最大（可能）交通量的计算及可视化

本发明将交通设施的最大（可能）交通量定义为可供（交通工具）占用的时空量。

以一个四条道路交叉的平面交叉路口、以及一定长度的路口进口车道为例，解释如下：

路口的西向进口共设四条车道（编号为11的一条左转车道、编号为12与13的两条直行车道、编号为14的一条右转车道）、路口的东向进口共设三条车道（编号为31的一条左转车道、编号为32的一条直行车道、编号为33的一条右转车道），各条车道如图10中的阴影所示；路口的南向进口共设三条车道（编号为21的一条左转车道、编号为22的一条直行车道、编号为23的一条右转车道）、路口的北向进口共设三条车道（编号为41的一条左转车道、编号为42的一条直行车道、编号为43的一条右转车道），各条车道如图11中的阴影所示。

由此，该交叉路口及其进口车道可供交通工具占用的空间总量，等于图12中的所有车道阴影的面积之和（注意：若两条或以上的车道阴影相互重叠，则重叠部分的阴影面积在计算时仅需计入一条车道阴影的面积）；若忽略不计车道阴影之间的少许空隙，则可供交通工具占用的空间总量等于图13中的阴影面积之和——即道路整体建筑面积，具体是指：由道路的12个边界端点所围成的、高度为零的阴影多边形（12个边界端点分别是σ1、σ18、σ8、σ2、σ25、σ5、σ3、σ36、σ6、σ4、σ47、σ7）；量纲是“长度单位^2”，例如“米^2”。

在空间总量的基础上，附加考虑观测时段的时长因素，计算可供交通工具占用的时空总量。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，考查时刻t1至时刻t2这一时段，实施如下步骤：

第一步，在t1时刻对应的水平面上，绘制并展示上述由道路的12个边界端点所围成的阴影多边形，如图14所示，相当于为12个边界端点均赋予了时间戳t1，从而形成了时间戳为t1的阴影多边形（即空间总量）；

第二步，将时间戳为t1的阴影多边形，沿时间轴展开至时刻t2，如图15所示，相当于为12个边界端点均绘制并展示了从t1至t2的时空轨迹直线段，从而形成了从t1至t2的阴影多面体（即时空总量）。

表示时空总量的阴影多面体，其量纲是“长度单位^2 * 时间单位”，例如“米^2 *秒”。

1.3交通系统通行效率的评估及可视化

对于给定的观测空间、观测时间的范围，本发明将交通系统通行效率的计算方法定义为如下两个数据的比率，量纲是%：

各交通工具的实际交通量之和（实际占用的时空量，作为分子）交通设施的最大交通量（可供占用的时空量，作为分母）。

关于通行效率的可视化，在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中：各交通工具的实际交通量之和直观地展示为它们的时空轨迹曲柱体的体量之和；交通设施的最大交通量直观地展示为交通设施的时空多面体的体量；通行效率的数值大小，则可直观地展示为前者在后者中的密集程度、充盈程度。

以下通过车辆运行的几例常见情境，侧重解释交通工具特征部位点的时空轨迹曲线段的绘制、展示方法。

车辆（在路段上）“超车”的情境。

从时刻t5起、至时刻t6止，车辆A在车道13循道行驶（假设匀速），同时，车辆B从车道13、向车道12变道、再向车道13变道行驶（假设匀速），两车特征部位点的（二维平面的）空间轨迹曲线段如图16平面俯视图所示；值得注意的是，在时刻t5车辆B位于车辆A的上游、而在时刻t6车辆B已位于车辆A的下游，从而B超越A，完成了超车。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，上述两条空间轨迹曲线段沿时间轴展开，得到三维立体的时空轨迹曲线段，如图17所示。

车辆（在路段上）“绕行”的情境（绕开事故车辆）。

从时刻t1起、至时刻t2止，车辆C、车辆B在车道13循道行驶（假设匀速），同时，车辆A从车道14、向车道13变道行驶（假设匀速）；在时刻t2，车辆A与车辆B发生接触（碰撞事故）；从时刻t2起、至时刻t3止，车辆A与B因发生事故而静止不动，同时，车辆C从车道13、向车道12变道、再向车道13变道行驶（假设匀速），从而车辆C绕开事故车辆A与B，完成了绕行；三车特征部位点的（二维平面的）空间轨迹曲线段如图18平面俯视图所示。

在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，上述三条空间轨迹曲线段沿时间轴展开，得到三维立体的时空轨迹曲线段，如图19所示。

车辆通过交叉路口的情境——车辆（从不同方向的进口车道）驶入路口、再（从不同方向的出口车道）驶离路口。

从时刻t1起、至时刻t2止，车辆A、B、C分别从左转车道11、直行车道12、右转车道14驶入路口，并分别左转（往北）、直行（往东）、右转（往南），从时刻t3起、至时刻t4止，车辆H、J、K分别从左转车道31、直行车道32、右转车道33驶入路口，并分别左转（往南）、直行（往西）、右转（往北），各车特征部位点的（二维平面的）空间轨迹曲线段，如图20所示；在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，上述空间轨迹曲线段沿时间轴展开，得到三维立体的时空轨迹曲线段，如图21所示。

第二种情况：不可忽略海拔高度数据的情况

在评估空间交通系统（包括但不限于：水路（水面及水下）、地表以上的航空航天空域）通行效率时，需要观测交通工具在三维立体空间内的运动、从而需要观测交通工具与交通设施的海拔高度数据。

以航空航天交通（交通工具是飞行器、交通设施是航空航天空域）为例，

飞行器α的时空轨迹则表示为一组三维向量：α(ti: i= 1→n) = [xα(ti), yα(ti), zα(ti): i= 1→n]，简写为α(ti)，并存储在计算机的存储设备之中。

与此对应，利用计算机绘制并展示出三维坐标系，其中：横、纵、垂坐标轴分别是经度、纬度、海拔的数据轴（或与经度-纬度-海拔存在转换关系的、等价的、类似型式的空间坐标数据轴，例如东南西北不同方面的里程标数据轴），数据范围涵盖观测区域的交通设施。

借鉴第一种情况的思路、方法，参照其关于交通工具实际交通量、交通设施最大（可能）交通量、交通系统通行效率的定义，对于在观测时段之内、驶经观测区域的全体飞行器，在“经度-纬度-海拔”三维立体坐标系中，根据各飞行器特征部位点的横向、纵向、垂向空间数据坐标以及时间戳数据，按以下的步骤进行交通系统通行效率的评估。

2.1 基于交通工具时空轨迹的实际交通量的计算及可视化

第一步：绘制并展示各飞行器特征部位点的空间轨迹曲线段；以飞行器A与B的观测为例，如图22所示的A空间轨迹A(ti: i=1→2)和B空间轨迹B(ti: i=3→4)。

第二步： 将上述空间轨迹曲线段上A与B的每一个特征部位点，扩展为A与B的整体轮廓体，如图23所示——整体轮廓体的高度Hvehicle=航道高度，其（在航道纵向上的）长度Lvehicle=飞行器长度，其（在航道横向上的）宽度Wvehicle=航道宽度；则可得到A(ti)与B(ti)所对应的飞行器整体轮廓体所串联而成的两条时空轨迹曲柱体。

对于水下交通、空域交通而言，交通工具整体轮廓体的宽度Wvehicle、高度Hvehicle算法如下：

（1）若设定了虚拟的、逻辑的通道（例如水下航道、空域航道），则Wvehicle、Hvehicle分别等于通道的宽度、高度；

（2）否则，Wvehicle、Hvehicle分别等于交通工具的宽度、高度。

第三步：根据各飞行器整体轮廓体的空间轨迹曲柱体的空间体积（之和），附加考虑观测时段的时长因素，计算各交通工具的实际交通量（之和）= 空间轨迹曲柱体的空间体积（之和）*观测时段时长，即：实际占用的时空量，量纲是“长度单位^3*时间单位”，例如“米^3*秒”。

在“经度-纬度-海拔”三维立体坐标系中：若A与B的两条空间轨迹曲柱体之间发生重叠（局部重叠或完全重叠），并不一定表示A与B在此时、在此处发生了碰撞事故。因此，从时空占用的角度看，若两条或以上的空间轨迹曲柱体相互重叠，则重叠部分的实际交通量在计算时，据实累加、不作扣除。

2.2 最大（可能）交通量的计算及可视化

根据交通设施（例如观测空域）的空间体积，附加考虑观测时段的时长因素，计算交通设施的最大（可能）交通量=观测空域的空间体积*观测时段时长， 即：可供占用的时空量，量纲是“长度单位^3*时间单位”，例如“米^3*秒”。

2.3 交通系统通行效率的评估

对于“实际交通量（实际占用的时空量）之和”与 “最大交通量（可供占用的时空量）”这两项数据，计算两者比率，可得交通系统的通行效率，量纲是“%”。

关于通行效率的可视化，对于“经度-纬度-海拔”三维坐标系中的任一空间点，采用颜色差别（色差）来表示在一定的观测时段范围内的、该空间点的时空占用密集程度——若占用该空间点的交通工具空间轨迹（特征部位点的串联曲线段、或整体轮廓体的串联曲柱体）越多，则颜色越深。

颜色的深浅范围是指：一定的可见光谱范围的起止频率（或者一定的图像灰度范围的起止灰度），并以起止频率之间渐变的可见光颜色序列（或者以起止灰度之间渐变的图像灰度序列）表示渐变的色差。

上述实施例的具体方法可形成计算机程序产品，基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统，用于数据存储、处理、图像绘制及展示，包括处理器、存储器、交通工具的数据采集模块以及交通设施的数据采集模块。

交通工具的数据采集模块，包括但不限于交通工具的位置、姿态（转向角、横摆角等）、（角）速度、（角）加速度，源自于车载或路侧的检测器或传感器；

交通设施的数据采集模块，包括但不限于设施的几何数据、设施（具体到车道、航道等）是否可供占用的状态信息，源自于设施建设、管理、维护机构，以及可能的车载或路侧的检测器或传感器（用于实时侦测是否存在临时的、动态的障碍物等等）；

存储器上存储有前述的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法。

Claims (8)

1.一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：在确定的时空范围内，观测计算每个交通工具占用的时空连续体体量数据，将所有交通工具的时空连续体体量数据之和作为交通系统的实际交通量，将所述交通观测范围内交通设施所占用的时空连续体体量数据作为交通系统的最大交通量，将所述交通系统的实际交通量与所述交通系统的最大交通量的比例确定为交通系统通行效率，所述时空连续体体量为所述交通工具或者所述交通设施所占用的平面面积或空间体积与时间的乘积。

2.一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：在确定的时空范围内，观测计算每个交通工具占用的时空连续体体量数据；将所有交通工具的时空连续体体量数据之和作为交通系统的实际交通量，将所述交通观测范围内交通设施所占用的时空连续体体量数据作为交通系统的最大交通量，所述时空连续体体量为所述交通工具或者所述交通设施所占用的平面面积或空间体积与时间的乘积；可视化绘制：在“经度-纬度”平面坐标体系下绘制各个所述交通工具以及所述交通设施所占用的平面面积并以时间作为第三轴对所述平面面积进行扩展，或者在“经度-纬度-海拔”立体坐标体系下绘制各个所述交通工具以及所述交通设施所占用的空间体积并以时间作为第四维度对所述空间体积进行扩展。

3.根据权利要求1或2所述的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，计算所述时空连续体体量时，当所述交通设施划定了交通通道时，所述交通工具占用的平面面积为所述交通工具的长度与所述交通通道的宽度的乘积，所述交通工具占用的空间体积为所述交通工具的长度、所述交通通道的宽度以及所述交通通道的高度的乘积；当所述交通设施未划定交通通道时，所述交通工具占用的平面面积为所述交通工具的长度与宽度的乘积，所述交通工具占用的空间体积为所述交通工具的长度、宽度以及高度的乘积。

4.根据权利要求2所述的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，所述绘制各个所述交通工具所占用的平面面积并以时间作为第三轴对所述平面面积进行扩展，包括步骤：

第一步，在“经度-纬度-时间”三维立体坐标系中，绘制并展示各交通工具的特征部位点的时空轨迹曲线段；

第二步，将各交通工具的特征部位点扩展为各交通工具所占的平面面积，从而将交通工具特征部位点的时空轨迹曲线段扩展为交通工具的时空轨迹曲柱体。

5.根据权利要求2所述的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，所述绘制各个所述交通工具所占用的空间体积并以时间作为第四维度对所述空间体积进行扩展，包括步骤：

第一步，在“经度-纬度-海拔”三维立体坐标系中，绘制并展示各交通工具的特征部位点的空间轨迹曲线段；

第二步，将各交通工具的特征部位点扩展为各交通工具所占的空间体积，从而将交通工具特征部位点的空间轨迹曲线段扩展为交通工具的空间轨迹曲柱体；

第三步，对于“经度-纬度-海拔”三维坐标系中的任一空间点，采用颜色差别作为第四维度来表示在一定的观测时段范围内各交通工具对所述空间点的时空占用密集程度。

6.根据权利要求5所述的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法，其特征在于，所述颜色差别包括色相、明度和饱和度差别中的一种或多种。

7.一种基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估方法。

8.根据权利要求7所述的基于交通工具时空轨迹的交通系统通行效率的评估系统，其特征在于，包括交通工具的数据采集模块用于检测所述交通工具的位置、姿态并发送至所述存储器以获得所述交通工具的平面面积或空间体积，交通设施的数据采集模块用于检测所述交通设施的几何数据、占用信息并发送至所述存储器以获得所述交通设施的平面面积或空间体积。

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