CN117172035A - 考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法 - Google Patents
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Abstract
考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，属于公路交通信息化技术领域。为提供经济实用的高速公路交通信息检测器布设方案，本发明构建高速公路场景仿真模型，设置高速公路交通信息检测器检测点，采集断面的感知交通流量、车速、占有率数据；定义交通信息感知完备度；分析交通信息相关系数，构建高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；设定交通信息感知完备度阈值，建立交通信息完备获取的约束条件；分析高速公路交通信息检测器布设的影响因素；构建高速公路交通信息检测器布设模型利用启发式算法进行求解，得到高速公路交通检测器布设方案。本发明兼顾交通信息感知价值、检测器投入成本。
Description
技术领域
本发明属于公路交通信息化技术领域，具体涉及一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法。
背景技术
随着大数据、机器学习等技术不断更新迭代，大力发展倡导智慧高速公路建设，高速公路交通信息检测器在高速公路场景应用也愈加广泛，与高速公路相关的有路网流量实时监测、交通时间应急救援处置、自然气候灾害预警等，这些都积极加快了交通智能化、数字化进程，对提高智慧高速公路发展有极大的促进作用。高速公路交通信息检测器布设是交通信息感知领域的关键难题，主要体现在高速公路交通信息检测器布设“投入产出”关系难以把握：高速公路交通信息检测器布设密度过大，工程成本过高，容易造成大量的资金浪费，甚至收获的信息效益难以抵消投入成本；高速公路交通信息检测器布设密度过小，信息感知不齐全，无法精准全面掌握高速公路交通运行状况，直接影响高速公路智慧化运营管控决策水平。因此，高速公路交通信息检测器布设现在存在的问题主要体现为如何布设高速公路交通信息检测器节点实现信息感知价值与投入运维成本的平衡。
发明内容
本发明要解决的问题是提供经济实用的高速公路交通信息检测器布设方案。提出一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，包括如下步骤：
S1. 构建高速公路场景仿真模型，通过在高速公路场景仿真模型中设置高速公路交通信息检测器检测点，采集断面的感知交通流量、车速、占有率数据；
S2. 定义交通信息感知完备度；
S3. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，分析交通信息相关系数，构建高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；
S4. 基于步骤S3得到的高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数，设定交通信息感知完备度阈值，建立交通信息完备获取的约束条件；
S5. 分析高速公路交通信息检测器布设的影响因素；
S6. 基于步骤S4得到的交通信息完备获取的约束条件、步骤S5得到的高速公路交通信息检测器布设的影响因素，构建高速公路交通信息检测器布设模型；
S7. 将步骤S6得到的高速公路交通信息检测器布设模型利用启发式算法进行求解，得到高速公路交通检测器布设方案。
进一步的，步骤S1中利用VISSIM软件设置高速公路交通信息检测器检测点为在高速公路场景仿真模型中选取200米作为布设检测器间距，以每个高速公路交通信息检测器仿真输出的数据作为原始数据。
进一步的，步骤S2定义交通信息感知完备度为表示高速公路上某个位置的交通信息能够被精准直接或间接感知的程度，直接感知是指当前位置布设有高速公路交通信息检测器，间接感知是指当前位置没有布设高速公路交通信息检测器，通过依靠相邻高速公路交通信息检测器直接感知的信息进行预测估计。
进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
S3.1. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，提取交通流量序列、车速序列和占有率序列；
S3.2. 设置交通信息相关性系数的计算表达式为：
；
其中，分别为路段上两个位置的交通信息的时间序列，/>是路段上两个位置的感知距离，/>为路段上两个位置的交通信息相关系数，/>，/>、/>分别是/>与/>中的第/>个值，/>，/>、/>分别是/>与/>序列的平均值；
S3.3. 根据步骤S3.2的公式分别计算交通信息相关性系数，包括交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数，分别用表示，然后计算交通信息整体相关系数，计算表达式为：
；
其中，分别为交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数的权值；
S3.4. 通过设置n组高速公路交通信息检测器采集断面交通信息，计算步骤S3.3得到的交通信息整体相关系数，然后进行拟合，得到交通信息感知完备度函数，计算表达式为：
；
其中，为散点数据拟合操作，/>为函数变量、表示高速公路交通信息检测器的距离，/>、/>为输入数据，/>表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距，/>表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距对应的交通信息整体相关系数。
进一步的，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：
S4.1. 设定交通信息感知完备度函数阈值，当获取的交通信息感知完备度小于该阈值时，则认为获取的交通信息为无效信息，获取信息不够完备；反之则获取的交通信息为有效信息，获取信息完备，为了保证交通信息感知完备获取，需满足如下公式：
；
其中，为交通信息感知完备度函数阈值；
S4.2. 设置高速公路交通信息检测器布设的坐标序列为，其中/>为第i个高速公路交通信息检测器的坐标，/>为高速公路交通信息检测器的总数量；/>为第i个高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；为了满足完备度大于或等于完备度阈值，定义第i个高速公路交通信息检测器的有效感知范围为/>，根据交通信息感知完备度函数的递减性，/>满足的计算表达式为：
；
S4.3. 设置当步骤S4.2中的计算表达式中等号成立时达到最大间距的布设方案，以第1个高速公路交通信息检测器有效感知范围的左边界为坐标原点，即/>，得到完整交通信息感知的高速公路交通信息检测器布设的坐标序列/>，计算表达式为：
；
然后利用数学归纳法得到完整交通信息感知的每个高速公路交通信息检测器坐标，计算表达式为：
。
进一步的，步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：
S5.1. 设置高速公路交通信息检测器布设的影响因素包括交通信息感知完备度函数、综合成本/>、综合价值/>、检测器准确率/>；
S5.2. 综合成本是布设高速公路交通信息检测器的所有成本总和，包括布设的高速公路交通信息检测器设备成本/>、高速公路交通信息检测器设备成本；所述高速公路交通信息检测器设备成本包括高速公路交通信息检测器设备采购成本用/>、高速公路交通信息检测器总运营维修成本用/>，则得到综合成本/>的计算表达式为：
；
其中，为高速公路交通信息检测器的正常工作时间，/>为高速公路交通信息检测器平均每年所需的运营维修成本；
S5.3. 综合价值包括高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值/>以及高速公路交通信息检测器的间接价值/>，综合价值/>的计算表达式为：
；
其中，为平均每年高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值，/>为平均每年高速公路交通信息检测器的间接价值；
S5.4. 设置价值权重及准确率：
S5.4.1. 价值权重：表示高速公路交通信息检测器实际提供的价值与所有价值比例，用对应范围的交通信息感知完备度的积分比表示，计算表达式为：
；
其中，表示当前计算权值的节点的交通信息感知完备度函数，/>表示高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界；
S5.4.2. 准确率：准确率用于描述每个高速公路交通信息检测器的精准感知能力。
进一步的，步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：
S6.1. 将路段划分为个布设子路段，i为m中的任意一个，根据交通信息感知完备度函数的对称性，高速公路交通信息检测器在子路段内采用均匀布设的方法；设置每个子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列为/>，其中/>表示第i个子路段布设高速公路交通信息检测器的数量；将求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列/>作为高速公路交通信息检测器布设模型求解目标，通过求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量，用于确定具体布设方案；
S6.2. 在子路段的端点位置不布设高速公路交通信息检测器，设置第i个子路段中的高速公路交通信息检测器之间的间隔距离为，第i个子路段第一个和最后一个高速公路交通信息检测器距离子路段端点的距离分别为/>；
S6.3. 根据子路段的均匀布设原则与交通信息感知完备度函数的对称性，第i个子路段任意高速公路交通信息检测器的综合价值、综合成本/>、准确率/>为定值，交通信息感知完备度函数/>为相同函数，高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界为定值，设置均匀布设使得交通信息感知完备度函数的有效感知范围端点为子路段的等分点，进行计算推导，得到第i个子路段内高速公路交通信息检测器的价值权重的计算表达式为：
；
S6.4. 将交通信息感知完备性作为模型的约束条件，得到交通信息感知完备性约束条件的计算表达式为：
；
S6.5. 基于步骤S6.1-S6.3作为模型参数，基于步骤S6.4作为模型约束条件，构建高速公路交通信息检测器布设模型，计算表达式为：
；
；
其中，是第i个子路段的长度，取决于高速公路子路段划分方案；模型的求解目标为子路段布设数量的序列/>。
进一步的，步骤S7的具体实现方法包括如下步骤：
S7.1. 设定启发式算法的参数为初始温度及每个温度的迭代次数/>，根据经验值给出初始子路段布设数量的序列/>，令当前温度/>；
S7.2. 对初始子路段布设数量的序列随机扰动产生扰动的子路段布设数量的序列/>，判断扰动的子路段布设数量的序列是否满足高速公路交通信息检测器布设模型的约束条件，判断为是则进行下一步，判断为否则重复步骤S7.2；
S7.3. 计算扰动的子路段布设数量的序列和子路段布设数量的序列的差值，计算表达式为：
；
其中，为/>的目标函数，/>为/>的目标函数；
S7.4. 判断步骤S7.2得到的是否大于0，判断为是则将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，判断为否则按照Metropolis接受准则考虑是否接受/>为新的初始子路段布设数量的序列，然后将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，然后重复步骤S7.1-S7.4进行迭代求解；
S7.5. 迭代求解结束后按照降温参数设定新的，如果/>低于终止温度，则输出结果为高速公路交通检测器布设方案，否则返回步骤S7.2。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，通过分析高速公路交通信息感知特性，建立交通信息感知完备度函数，有利于提出满足完备度阈值的交通信息完备感知方法。
本发明所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，通过建立高速公路交通信息检测器布设模型，并给出基于启发式算法对高速公路交通信息检测器布设模型进行求解，得到有利于计算兼顾交通信息感知价值、检测器投入成本的检测器布设方案。
附图说明
图1为本发明所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法的流程图；
图2为本发明所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方案示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的具体实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的具体实施方式。通常在此处附图中描述和展示的本发明具体实施方式的组件可以以各种不同的配置来布置和设计，本发明还可以具有其他实施方式。
因此，以下对在附图中提供的本发明的具体实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定具体实施方式。基于本发明的具体实施方式，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他具体实施方式，都属于本发明保护的范围。
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下具体实施方式，并配合附图1和附图2详细说明如下：
具体实施方式一：
一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，包括如下步骤：
S1. 构建高速公路场景仿真模型，通过在高速公路场景仿真模型中设置高速公路交通信息检测器检测点，采集断面的感知交通流量、车速、占有率数据；
进一步的，步骤S1中利用VISSIM软件设置高速公路交通信息检测器检测点为在高速公路场景仿真模型中选取200米作为布设检测器间距，以每个高速公路交通信息检测器仿真输出的数据作为原始数据；
S2. 定义交通信息感知完备度；
进一步的，步骤S2定义交通信息感知完备度为表示高速公路上某个位置的交通信息能够被精准直接或间接感知的程度，直接感知是指当前位置布设有高速公路交通信息检测器，间接感知是指当前位置没有布设高速公路交通信息检测器，通过依靠相邻高速公路交通信息检测器直接感知的信息进行预测估计；
S3. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，分析交通信息相关系数，构建高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；
进一步的，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
S3.1. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，提取交通流量序列、车速序列和占有率序列；
S3.2. 设置交通信息相关性系数的计算表达式为：
；
其中，分别为路段上两个位置的交通信息的时间序列，/>是路段上两个位置的感知距离，/>为路段上两个位置的交通信息相关系数，/>，/>、/>分别是/>与/>中的第/>个值，/>，/>、/>分别是/>与/>序列的平均值；
S3.3. 根据步骤S3.2的公式分别计算交通信息相关性系数，包括交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数，分别用表示，然后计算交通信息整体相关系数，计算表达式为：
；
其中，分别为交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数的权值；
S3.4. 通过设置n组高速公路交通信息检测器采集断面交通信息，计算步骤S3.3得到的交通信息整体相关系数，然后进行拟合，得到交通信息感知完备度函数，计算表达式为：
；
其中，为散点数据拟合操作，/>为函数变量、表示高速公路交通信息检测器的距离，/>、/>为输入数据，/>表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距，/>表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距对应的交通信息整体相关系数。
S4. 基于步骤S3得到的高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数，设定交通信息感知完备度阈值，建立交通信息完备获取的约束条件；
进一步的，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：
S4.1. 设定交通信息感知完备度函数阈值，当获取的交通信息感知完备度小于该阈值时，则认为获取的交通信息为无效信息，获取信息不够完备；反之则获取的交通信息为有效信息，获取信息完备，为了保证交通信息感知完备获取，需满足如下公式：
；
其中，为交通信息感知完备度函数阈值；
S4.2. 设置高速公路交通信息检测器布设的坐标序列为，其中/>为第i个高速公路交通信息检测器的坐标，/>为高速公路交通信息检测器的总数量；/>为第i个高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；为了满足完备度大于或等于完备度阈值，定义第i个高速公路交通信息检测器的有效感知范围为/>，根据交通信息感知完备度函数的递减性，/>满足的计算表达式为：
；
S4.3. 设置当步骤S4.2中的计算表达式中等号成立时达到最大间距的布设方案，以第1个高速公路交通信息检测器有效感知范围的左边界为坐标原点，即/>，得到完整交通信息感知的高速公路交通信息检测器布设的坐标序列/>，计算表达式为：
；
然后利用数学归纳法得到完整交通信息感知的每个高速公路交通信息检测器坐标，计算表达式为：
。
S5. 分析高速公路交通信息检测器布设的影响因素；
进一步的，步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：
S5.1. 设置高速公路交通信息检测器布设的影响因素包括交通信息感知完备度函数、综合成本/>、综合价值/>、检测器准确率/>；
S5.2. 综合成本是布设高速公路交通信息检测器的所有成本总和，包括布设的高速公路交通信息检测器设备成本/>、高速公路交通信息检测器设备成本；所述高速公路交通信息检测器设备成本包括高速公路交通信息检测器设备采购成本用/>、高速公路交通信息检测器总运营维修成本用/>，则得到综合成本/>的计算表达式为：
；
其中，为高速公路交通信息检测器的正常工作时间，/>为高速公路交通信息检测器平均每年所需的运营维修成本；
S5.3. 综合价值包括高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值/>以及高速公路交通信息检测器的间接价值/>，综合价值/>的计算表达式为：
；
其中，为平均每年高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值，/>为平均每年高速公路交通信息检测器的间接价值；
S5.4. 设置价值权重及准确率：
S5.4.1. 价值权重：表示高速公路交通信息检测器实际提供的价值与所有价值比例，用对应范围的交通信息感知完备度的积分比表示，计算表达式为：
；
其中，表示当前计算权值的节点的交通信息感知完备度函数，/>表示高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界；
S5.4.2. 准确率：准确率用于描述每个高速公路交通信息检测器的精准感知能力。
S6. 基于步骤S4得到的交通信息完备获取的约束条件、步骤S5得到的高速公路交通信息检测器布设的影响因素，构建高速公路交通信息检测器布设模型；
进一步的，步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：
S6.1. 将路段划分为个布设子路段，i为m中的任意一个，根据交通信息感知完备度函数的对称性，高速公路交通信息检测器在子路段内采用均匀布设的方法；设置每个子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列为/>，其中/>表示第i个子路段布设高速公路交通信息检测器的数量；将求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列/>作为高速公路交通信息检测器布设模型求解目标，通过求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量，用于确定具体布设方案；
S6.2. 在子路段的端点位置不布设高速公路交通信息检测器，设置第i个子路段中的高速公路交通信息检测器之间的间隔距离为，第i个子路段第一个和最后一个高速公路交通信息检测器距离子路段端点的距离分别为/>；
S6.3. 根据子路段的均匀布设原则与交通信息感知完备度函数的对称性，第i个子路段任意高速公路交通信息检测器的综合价值、综合成本/>、准确率/>为定值，交通信息感知完备度函数/>为相同函数，高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界为定值，设置均匀布设使得交通信息感知完备度函数的有效感知范围端点为子路段的等分点，进行计算推导，得到第i个子路段内高速公路交通信息检测器的价值权重的计算表达式为：
；
S6.4. 将交通信息感知完备性作为模型的约束条件，得到交通信息感知完备性约束条件的计算表达式为：
；
S6.5. 基于步骤S6.1-S6.3作为模型参数，基于步骤S6.4作为模型约束条件，构建高速公路交通信息检测器布设模型，计算表达式为：
；
；
其中，是第i个子路段的长度，取决于高速公路子路段划分方案；模型的求解目标为子路段布设数量的序列/>。
S7. 将步骤S6得到的高速公路交通信息检测器布设模型利用启发式算法进行求解，得到高速公路交通检测器布设方案；
进一步的，步骤S7的具体实现方法包括如下步骤：
S7.1. 设定启发式算法的参数为初始温度及每个温度的迭代次数/>，根据经验值给出初始子路段布设数量的序列/>，令当前温度/>；
S7.2. 对初始子路段布设数量的序列随机扰动产生扰动的子路段布设数量的序列/>，判断扰动的子路段布设数量的序列是否满足高速公路交通信息检测器布设模型的约束条件，判断为是则进行下一步，判断为否则重复步骤S7.2；
S7.3. 计算扰动的子路段布设数量的序列和子路段布设数量的序列的差值，计算表达式为：
；
其中，为/>的目标函数，/>为/>的目标函数；
S7.4. 判断步骤S7.2得到的是否大于0，判断为是则将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，判断为否则按照Metropolis接受准则考虑是否接受/>为新的初始子路段布设数量的序列，然后将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，然后重复步骤S7.1-S7.4进行迭代求解；
S7.5. 迭代求解结束后按照降温参数设定新的，如果/>低于终止温度，则输出结果为高速公路交通检测器布设方案，否则返回步骤S7.2。
进一步的，步骤S7.4中Metropolis接受准则的具体实现方法为：首先，使用一个初始解作为当前解；然后，在每个迭代中，根据随机规则生成一个新的解；接着，计算当前解和新解之间的能量差异，以及一个控制参数下的概率接受准则，如果新解能量更低，即更优，则接受新解，如果新解能量更高，则根据概率接受准则决定是否接受新解，接受较差解的概率与温度呈负相关关系，随着温度的降低，接受较差解的概率逐渐减小；最后，通过逐渐降低温度的方式循环迭代，直到满足停止准则为止。这个流程允许算法在初始阶段更容易接受差解，随着温度的降低，逐渐趋于收敛于更优解。
本发明的技术关键点和欲保护点为：
本发明定义了交通信息感知完备度，提出了完备度函数构建方法，使得交通信息感知更加完备。
本发明建立了考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设模型，并提出了基于启发式算法的求解流程，使得高速公路交通信息检测器布设方案能够同时兼顾交通信息感知价值最大化与高速公路交通信息检测器投入成本最小化的双重需求。
需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
虽然在上文中已经参考具体实施方式对本申请进行了描述，然而在不脱离本申请的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本申请所披露的具体实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本申请并不局限于文中公开的特定具体实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (8)
1.一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1. 构建高速公路场景仿真模型，通过在高速公路场景仿真模型中设置高速公路交通信息检测器检测点，采集断面的感知交通流量、车速、占有率数据；
S2. 定义交通信息感知完备度；
S3. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，分析交通信息相关系数，构建高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；
S4. 基于步骤S3得到的高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数，设定交通信息感知完备度阈值，建立交通信息完备获取的约束条件；
S5. 分析高速公路交通信息检测器布设的影响因素；
S6. 基于步骤S4得到的交通信息完备获取的约束条件、步骤S5得到的高速公路交通信息检测器布设的影响因素，构建高速公路交通信息检测器布设模型；
S7. 将步骤S6得到的高速公路交通信息检测器布设模型利用启发式算法进行求解，得到高速公路交通检测器布设方案。
2.根据权利要求1所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S1中利用VISSIM软件设置高速公路交通信息检测器检测点为在高速公路场景仿真模型中选取200米作为布设检测器间距，以每个高速公路交通信息检测器仿真输出的数据作为原始数据。
3.根据权利要求1或2所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S2定义交通信息感知完备度为表示高速公路上某个位置的交通信息能够被精准直接或间接感知的程度，直接感知是指当前位置布设有高速公路交通信息检测器，间接感知是指当前位置没有布设高速公路交通信息检测器，通过依靠相邻高速公路交通信息检测器直接感知的信息进行预测估计。
4.根据权利要求3所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S3的具体实现方法包括如下步骤：
S3.1. 基于步骤S1得到的断面的感知交通流量、车速、占有率数据，提取交通流量序列、车速序列和占有率序列；
S3.2. 设置交通信息相关性系数的计算表达式为：
；
其中，分别为路段上两个位置的交通信息的时间序列，/>是路段上两个位置的感知距离，/>为路段上两个位置的交通信息相关系数，/>，/>、/>分别是与/>中的第/>个值，/>，/>、/>分别是/>与/>序列的平均值；
S3.3. 根据步骤S3.2的公式分别计算交通信息相关性系数，包括交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数，分别用表示，然后计算交通信息整体相关系数/>，计算表达式为：
；
其中，分别为交通流量相关系数、车速相关系数、占有率相关系数的权值；
S3.4. 通过设置n组高速公路交通信息检测器采集断面交通信息，计算步骤S3.3得到的交通信息整体相关系数，然后进行拟合，得到交通信息感知完备度函数，计算表达式为：
；
其中，为散点数据拟合操作，/>为函数变量、表示高速公路交通信息检测器的距离，、/>为输入数据，/>表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距，表示第n组布设高速公路交通信息检测器间距对应的交通信息整体相关系数。
5.根据权利要求4所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S4的具体实现方法包括如下步骤：
S4.1. 设定交通信息感知完备度函数阈值，当获取的交通信息感知完备度小于该阈值时，则认为获取的交通信息为无效信息，获取信息不够完备；反之则获取的交通信息为有效信息，获取信息完备，为了保证交通信息感知完备获取，需满足如下公式：
；
其中，为交通信息感知完备度函数阈值；
S4.2. 设置高速公路交通信息检测器布设的坐标序列为，其中/>为第i个高速公路交通信息检测器的坐标，/>为高速公路交通信息检测器的总数量；为第i个高速公路交通信息检测器的交通信息感知完备度函数；为了满足完备度大于或等于完备度阈值，定义第i个高速公路交通信息检测器的有效感知范围为/>，根据交通信息感知完备度函数的递减性，/>满足的计算表达式为：
；
S4.3. 设置当步骤S4.2中的计算表达式中等号成立时达到最大间距的布设方案，以第1个高速公路交通信息检测器有效感知范围的左边界为坐标原点，即/>，得到完整交通信息感知的高速公路交通信息检测器布设的坐标序列/>，计算表达式为：
；
然后利用数学归纳法得到完整交通信息感知的每个高速公路交通信息检测器坐标，计算表达式为：
。
6.根据权利要求5所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S5的具体实现方法包括如下步骤：
S5.1. 设置高速公路交通信息检测器布设的影响因素包括交通信息感知完备度函数、综合成本/>、综合价值/>、检测器准确率/>；
S5.2. 综合成本是布设高速公路交通信息检测器的所有成本总和，包括布设的高速公路交通信息检测器设备成本/>、高速公路交通信息检测器设备成本；所述高速公路交通信息检测器设备成本包括高速公路交通信息检测器设备采购成本用/>、高速公路交通信息检测器总运营维修成本用/>，则得到综合成本/>的计算表达式为：
；
其中，为高速公路交通信息检测器的正常工作时间，/>为高速公路交通信息检测器平均每年所需的运营维修成本；
S5.3. 综合价值包括高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值/>以及高速公路交通信息检测器的间接价值/>，综合价值/>的计算表达式为：
；
其中，为平均每年高速公路交通信息检测器感知的交通信息价值，/>为平均每年高速公路交通信息检测器的间接价值；
S5.4. 设置价值权重及准确率：
S5.4.1. 价值权重：表示高速公路交通信息检测器实际提供的价值与所有价值比例，用对应范围的交通信息感知完备度的积分比表示，计算表达式为：
；
其中，表示当前计算权值的节点的交通信息感知完备度函数，/>表示高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界；
S5.4.2. 准确率：准确率用于描述每个高速公路交通信息检测器的精准感知能力。
7.根据权利要求6所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S6的具体实现方法包括如下步骤：
S6.1. 将路段划分为个布设子路段，i为m中的任意一个，根据交通信息感知完备度函数的对称性，高速公路交通信息检测器在子路段内采用均匀布设的方法；设置每个子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列为/>，其中/>表示第i个子路段布设高速公路交通信息检测器的数量；将求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量的序列/>作为高速公路交通信息检测器布设模型求解目标，通过求解子路段布设高速公路交通信息检测器数量，用于确定具体布设方案；
S6.2. 在子路段的端点位置不布设高速公路交通信息检测器，设置第i个子路段中的高速公路交通信息检测器之间的间隔距离为，第i个子路段第一个和最后一个高速公路交通信息检测器距离子路段端点的距离分别为/>；
S6.3. 根据子路段的均匀布设原则与交通信息感知完备度函数的对称性，第i个子路段任意高速公路交通信息检测器的综合价值、综合成本/>、准确率/>为定值，交通信息感知完备度函数/>为相同函数，高速公路交通信息检测器有效感知范围的左、右边界为定值，设置均匀布设使得交通信息感知完备度函数的有效感知范围端点为子路段的等分点，进行计算推导，得到第i个子路段内高速公路交通信息检测器的价值权重的计算表达式为：
；
S6.4. 将交通信息感知完备性作为模型的约束条件，得到交通信息感知完备性约束条件的计算表达式为：
；
S6.5. 基于步骤S6.1-S6.3作为模型参数，基于步骤S6.4作为模型约束条件，构建高速公路交通信息检测器布设模型，计算表达式为：
；
；
其中，是第i个子路段的长度，取决于高速公路子路段划分方案；模型的求解目标为子路段布设数量的序列/>。
8.根据权利要求7所述的一种考虑价值和成本博弈的高速公路交通信息检测器布设方法，其特征在于，步骤S7的具体实现方法包括如下步骤：
S7.1. 设定启发式算法的参数为初始温度及每个温度的迭代次数/>，根据经验值给出初始子路段布设数量的序列/>，令当前温度/>；
S7.2. 对初始子路段布设数量的序列随机扰动产生扰动的子路段布设数量的序列，判断扰动的子路段布设数量的序列是否满足高速公路交通信息检测器布设模型的约束条件，判断为是则进行下一步，判断为否则重复步骤S7.2；
S7.3. 计算扰动的子路段布设数量的序列和子路段布设数量的序列的差值，计算表达式为：
；
其中，为/>的目标函数，/>为/>的目标函数；
S7.4. 判断步骤S7.2得到的是否大于0，判断为是则将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，判断为否则按照Metropolis接受准则考虑是否接受/>为新的初始子路段布设数量的序列，然后将扰动的子路段布设数量的序列替换为新的初始子路段布设数量的序列，然后重复步骤S7.1-S7.4进行迭代求解；
S7.5. 迭代求解结束后按照降温参数设定新的，如果/>低于终止温度，则输出结果为高速公路交通检测器布设方案，否则返回步骤S7.2。
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| CN113743204A (zh) * | 2021-07-29 | 2021-12-03 | 北京工业大学 | 一种基于感知需求的高速公路传感设备选型及优化布局方法 |
| CN113935158A (zh) * | 2021-09-27 | 2022-01-14 | 北方工业大学 | 一种针对高速公路事故多发点的交通检测器优化布设方法 |
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