CN1873721A - 一种可用于地面道路网交通状况测定的方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种用于城市地面道路网交通状况测定的方法和系统，对城市道路采用交叉口、城市干道、城市干道网三层进行逐层测定，给出系统结构图；针对城市干道，提出“等效通行能力”概念和确定方法；基于此，采用“密度比”指标，根据本发明给出的服务水平标值曲线计算干道的服务水平标值，进行测定；基于干道测定结果采用“加权密度比”指标对干道网服务水平进行测定；根据测定结果进行拥挤区域、拥挤干道和拥挤交叉口逐层识别，能反映城市道路系统的总体情况。

Description

一种可用于地面道路网交通状况测定的方法和系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，涉及用于地面道路网交通状况测定的方法和系统。

背景技术

对城市干道和干道网交通状况的合理测定是城市交通规划、设计的依据，也是交通控制、管理的基础。由于交通控制信息系统发展较为成熟，且应用十分广泛，如英国的SCOOT系统和澳大利亚的SCATS系统，故已有城市交通测定系统多以该类系统采集的数据为基础建立。(由于目前应用的城市道路交通控制信息系统处理的信息都局限于城市道路交叉口，因此基于此建立的城市道路交通测定系统多为单点测定系统。路网是一个由路段和交叉口组成的道路系统，整体不等于部分之和，很难通过对单点测定结果的简单组合反映城市道路系统的总体情况。)

发明内容

本发明的目的是提供一种用于地面道路网交通状况测定的方法和系统，克服现有技术的上述缺点。

本发明分点、线、面三个层次，从系统的角度对城市道路交叉口、干道和干道网的交通状况进行测定。

城市路网交通状况测定对于不同层次应当采用不同的指标和方法，本发明采用的测定指标和方法如下：

交叉口测定：采用传统的“车均延误”指标，对服务水平进行标值；

干道测定：采用新的基于等效通行能力的“密度比”指标，对服务水平进行标值；

干道网测定：采用新的基于干道测定结果的“加权密度比”指标，对服务水平进行标值。

“等效通行能力”概念是指：将一条由路段和交叉口组成的实际道路抽象成一条没有交叉口的等效路段，采用能够反映道路条件、交叉口密度、延误、干扰和驾驶行为等因素的实际道路行程车速作为等效路段的行驶车速，采用实际道路各路段流量的平均值作为等效路段的断面流量，采用交通流密速模型回归得到的等效路段的通行能力为实际城市道路的等效通行能力，等效路段的自由流车速定义为等效自由流车速，等效路段的阻塞密度定义为等效阻塞密度。如图1所示。

基于这一概念的“密度比”指标定义为道路实际交通密度与等效阻塞密度的比值。该指标较之其它传统指标具有以下优越性：

1、交通状态一一对应，具有唯一性；

2、从系统的角度出发，可综合反映干道上各种因素，包括交叉口间距的影响；

3、不同等级道路间具有可比性。

“加权密度比”指标定义为测定区域内各条干道密度比的加权平均值。

本系统的功能就是通过处理外场设备采集的基础信息，得到三个层次的测定指标，并基于此，自动识别路网中的拥挤区域、拥挤干道和拥挤点所在。系统分为外场部分和内场部分，如图2所示。

外场部分由检测线圈和摄像头等采集设备、电缆和端口机等通讯设备以及分控中心和总控中心组成，形成网状拓扑结构。采集设备不对数据进行任何处理，主控中心发布轮巡指令，通过分控中心和端口机读取采集信息。

内场各部分系统例如用百兆以太网连接，通过消息机制运作。

交叉口流量数据库按一定时间段(例如取15min)存储各交叉口流量数据。

检测段行程车速数据库按一定时间段存储检测干道段通过牌照识别系统获得的行车车速数据。

交叉口测定处理器根据交叉口车道数、车道功能、绿信比和一定时间段的流量数据计算延误，进行交叉口服务水平测定。

等效通行能力建模将两个数据库内相同时间段的数据相匹配，回归建立各干道的流密速模型，得到等效通行能力、等效自由流车速和等效阻塞密度，用作测定参数。

干道测定处理器通过牌照识别和基于流量的行程时间反推两种方式获得干道的行程车速，再利用等效通行能力模型计算得到密度比指标，进行干道服务水平标值。

干道网测定处理器利用干道测定结果，计算得到加权密度比指标，进行服务水平标值。

本发明给出了干道和干道网测定的服务水平标值曲线，见图3。该服务水平标值曲线是采用密度比为唯一的变量的函数，α、β是两个回归参数，α、β＞0。函数的形式为：

$\mathrm{Grade}=100\×(1-e^{-1\×{\left(\frac{\mathrm{\α}}{k^{,}}\right)}^{\mathrm{\β}}})$

式中：

Grade-测定值；

K’-密度比，密度与拥挤密度的比值。

参数α的数学含义可认为是达到公众出行满意程度低限的密度比，根据不同密度比下的公众满意程度即可回归确定β值。当α、β＞0时，评分值单调减小；当k’→0时，Grade→100。

三个层次交通测定结果分为四种状态：

一、畅通：服务水平标值80～100分，车辆能够快速行驶；

二、较畅通：服务水平标值大于65分，小于80分，处于畅通与拥挤的临界状态，交通状态容易发生变化，处于不稳定区域；

三、拥挤：服务水平标值大于30分，小于65分，车辆拥挤，开始有排队现象产生；

四、堵塞：车辆排队现象严重，服务水平标值0～30分。

根据路网测定结果自动识别拥挤区域，逐级寻找拥挤点。

GIS(Geography Information System，地理信息系统)终端是浏览、查询基础交通数据和处理后得到的交通指标的平台，通过一个地图可视化的界面，管理人员可以方便的获得交通数据。

附图说明

图1是本发明提出的等效通行能力概念示意图。

图2是本发明提出的系统结构示意图。

图3是本发明提出的密度比服务水平标值曲线图。

图4是应用本发明的一种实施例的对上海市地面道路服务水平测定结果示意图。

图5是应用本发明的一种实施例的所显示的上海市地面道路拥挤区域示意图。

具体实施方式

以下以采用本发明的方法和系统以2003年上海道路网交通状况测定为例，对本发明的方法和系统进行进一步的说明。

1、外场设备布置：可利用城市路网已有检测线圈，未设线圈点补设，选取道路区段布设摄像头和牌照识别设备，区段的道路条件和交通条件：区段要求是道路条件一致，同时交通条件(高峰时段、汇入与流出基本持平)基本均匀，即不存在交通流上的突变点；区段长度适中，最好在各种交通时段平均行程时间为15~20分钟，一般以1.5~5km为适宜，路段数以8~11个交叉口为适宜，以略去偶然因素对行程车速的干扰；检测线圈和摄像头数据通过各自的分控中心转入主控中心，分别存入交叉口流量数据库和检测段行程车速数据库；

2、各类城市干道等效通行能力建模，步骤如下：

1)将步骤1中布设摄像头和牌照识别设备的干道区段按所在区域、车道数、非机动车干扰等因素进行分类；

2)通过主控中心读取检测区段道路的行程时间数据，查询数据库中与行程时间数据相匹配时段(即包含行程起止时间的最短时段)的流量数据作为匹配流量；

3)计算行程车速和对应交通密度，采用恰当的流密速模型(如线性模型等)回归得到干道的等效通行能力、等效自由流车速和等效阻塞密度；

上海市各类道路的等效通行能力见表1。

                                     表1上海道路等效通行能力

道路等级	车道数(单向)	干扰情况	通行能力(PCU)
				主干道	2	无干扰	1300～1500
有干扰	1150～1250
		严重干扰	1000～1150
3	无干扰					1800～2250
		有干扰	1500～1800
	严重干扰				1300～1500
		次干道	1			无干扰	700～800
有干扰	500～550
				严重干扰	450～500
2	无干扰					1000～1200
			有干扰	950～1050
	严重干扰				900～950

3、交叉口交通状况测定：读取交叉口进口道流量和相应的道路交通条件，采用HCM2000版的方法计算交叉口车均延误，进行测定；

4、干道交通测定：利用交叉口检测流量推算干道区段的行程时间，计算行程车速。从数据库中读取该类型干道等效自由流车速，计算速度比和相应密度比，进行服务水平标值。对上海市三纵三横六条城市主干道的测定结果见表2。

                          表2“三纵三横”交通运行状况

西纵

中纵

东纵

北横

中横

南横

平均行程车速(km/h)	14.88	20.87	12.45	15.96	13.37	18.01
							服务水平	57.6	66.4	52.3	59.8	55.1	62.3
交通运行状况	拥挤	较畅通	拥挤	拥挤	拥挤	拥挤

5、城市干道网交通测定：将步骤4中各干道测定得到的结果按道路长度、面积等加权平均得到路网加权密度比指标，进行干道网服务水平标值，图4是系统测定得到的上海市中心城地面路网高峰小时交通状况测定结果。

6、拥挤识别：根据步骤5结果，逐步缩小测定范围，逐层给出拥挤区域、拥挤干道和拥挤交叉口。图5是系统拥挤区域的识别结果。结果表明地面主要拥挤区域是一个以内环线为主体的、沿放射线轴线发展的区域。可见，连通市中心的放射状路网形态是拥挤区域形成的重要原因之一。

Claims (8)

1、一种可用于地面道路网交通状况测定的方法，其特征在于：分点、线、面三个层次，从系统的角度对城市道路交叉口、干道和干道网的交通状况进行测定。

2、根据权利要求1所述的可用于地面道路网交通状况测定的方法，其特征在于：

交叉口测定：采用传统的“车均延误”指标，对服务水平进行标值；

干道测定：采用新的基于等效通行能力的“密度比”指标，对服务水平进行标值；

干道网测定：采用新的基于干道测定结果的“加权密度比”指标，对服务水平进行标值。

3、根据权利要求2所述的可用于地面道路网交通状况测定的方法，其特征在于：干道测定中，将一条由路段和交叉口组成的实际道路抽象成一条没有交叉口的等效路段，采用能够反映道路条件、交叉口密度、延误、干扰和驾驶行为等因素的实际道路行程车速作为等效路段的行驶车速，采用实际道路各路段流量的平均值作为等效路段的断面流量，采用交通流密速模型回归得到的等效路段的通行能力定义为实际城市道路的等效通行能力，等效路段的自由流车速定义为等效自由流车速，等效路段的阻塞密度定义为等效阻塞密度，“密度比”指标是指道路实际交通密度与等效阻塞密度的比值。

4、根据权利要求2所述的可用于地面道路网交通状况测定的方法，其特征在于：该“加权密度比”是指测定区域内各条干道密度比的加权平均值。

5、根据权利要求1所述的可用于地面道路网交通状况测定的方法，其特征在于：服务水平标值曲线是采用密度比为唯一的变量的函数，函数的形式为：

$\mathrm{Grade}=100\×(1-e^{-1\×{\left(\frac{\mathrm{\α}}{k^{\′}}\right)}^{\mathrm{\β}}})$

式中：

Grade-测定值；

K’-密度比，密度与拥挤密度的比值。

6、一种可用于地面道路网交通状况测定的系统，其特征在于：其具有能实现权利要求1-5所述的方法的结构。

7、根据权利要求6所述的可用于地面道路网交通状况测定的系统，其特征在于：

该系统的结构是实现通过处理外场设备采集的基础信息，得到三个层次的测定指标，并基于此，自动识别路网中的拥挤区域、拥挤干道和拥挤点所在。

8、根据权利要求6所述的可用于地面道路网交通状况测定的系统，其特征在于：包括外场部分和内场部分：

外场部分包括数据采集设备、通讯设备以及分控中心和总控中心，形成网状拓扑结构；主控中心发布轮巡指令，通过分控中心和端口机读取采集信息；

内场各部分系统用百兆以太网连接，通过消息机制运作，包括：

按一定时间段存储各交叉口流量数据的交叉口流量数据库；

按一定时间段存储检测干道段通过牌照识别系统获得的行车车速数据的检测段行程车速数据库；

交叉口测定处理器根据交叉口车道数、车道功能、绿信比和一定时间段的流量数据计算延误，进行交叉口服务水平测定的交叉口测定处理器；

等效通行能力建模将两个数据库内相同时间段的数据相匹配，回归建立各干道的流密速模型，得到等效通行能力、等效自由流车速和等效阻塞密度，用作测定参数；

通过牌照识别和基于流量的行程时间反推两种方式获得干道的行程车速，再利用等效通行能力模型计算得到密度比指标，进行干道服务水平标值的干道测定处理器；

利用干道测定结果，计算得到加权密度比指标，进行服务水平标值的干道网测定处理器；

作为浏览、查询基础交通数据和处理后得到的交通指标的平台的，通过一个地图可视化的界面显示、提供交通数据的GIS终端。

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