本发明专利技术涉及一种基于GPS数据的交通拥堵传播路径的计算方法，通过对GPS浮动车采集的大量数据的处理和分析，计算城市路网的交通拥堵传播路径。首先，根据浮动车采集的大量GPS数据，计算路网中每条路段的平均速度；然后，根据每条道路的平均速度，计算路段的拥堵时间段；最后，根据路网中每条道路发生拥堵的时间段，计算拥堵传播路径和关键路段。本发明专利技术可以根据区域路网中单条道路拥堵时间的先后关系，估计出道路拥堵在路网中的传播情况。根据传播路径计算的关键路段，可用于警力部署、拥堵预测和道路规划。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及的是一种基于GPS数据的交通拥堵传播路径计算方法，属于智能交通系统范畴。
技术介绍
交通拥堵已经严重影响人们的日常生活，成为整个社会关注的热点。行政手段能从一定程度上缓解交通拥堵。其中，交警在特定路段的疏导是一种重要方式。但是，由于拥堵路段多、警力数量有限等原因，很难把警力部署到每个拥堵路段。因此，需要寻找最合理的方式去部署警力。交通拥堵传播路径反映的是拥堵在邻接路段之间传播的情况。通过拥堵传播路径计算方法可以自动地找出引起区域拥堵的关键路段。据此，不仅可以促进合理部署警力，而且有利于更准确地预测发生拥堵的路段、更合理地进行道路规划。GPS(全球卫星定位系统)能实时收集路面上浮动车的大量行驶数据，包括位置和速度等信息；根据大量浮动车的数据可以估计道路的平均行驶速度，计算拥堵发生时间；最后结合数字地图，计算区域内的拥堵传播路径。这是一种基于浮动车GPS数据自动计算拥堵传播路径的方法，是智能交通系统一项新的应用。通过调查发现，道路拥堵相关的研究工作包括：李树彬等撰写的《基于事件的交通拥堵模拟与消散策略研究》，研究了拥堵在单条道路中的传播情况。本专利技术研究了拥堵在路网中相邻道路的传播情况，与之不同；邹富民等撰写的《一种基于公交车数据采集的交通拥堵检测方法》，提供了一种计算拥堵发生时间的方法，这类计算道路拥堵时段的方法很多。和本专利技术不同的是，本专利技术是找出拥堵在路网中的传播过程。GPS是一种具有全方位、全天候、全时段、高精度的卫星导航系统。利用GPS定位卫星，在全球范围内实时进行定位、导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。浮动车一般是指安装了车载GPS定位装置并行驶在城市主干道上的车辆。数字地图是纸制的地图的数字存在形式，是在一定坐标系统内具有确定的坐标和属性的地面要素和现象的离散数据，在计算机可识别的可存储介质上概括的、有序的集合。拥堵传播：当一条道路发生拥堵之后，会影响上游或下游道路的交通情况。如果这种影响积累到一定程度，会引起下游道路的拥堵。然后，这种拥堵会继续在路网中扩散，造成整个路网的拥堵。从一条道路开始拥堵到整个路网发生拥堵的过程中，拥堵会在路网中的不同道路之间传播。这样一种传播的先后次序，称为传播路径。正交投影法：投影线垂直于投影面的投影属于正交投影，也称为平行投影。华小义等人撰写的《基于“垂面”距离的TOPSIS法——正交投影法》一文中，提出该方法可用于GPS采 样点到路段的匹配过程。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，通过对GPS浮动车采集的大量数据的处理和分析，计算城市路网的交通拥堵传播路径。本专利技术的技术构思为：首先，根据浮动车采集的大量GPS数据，计算路网中每条路段的平均速度；然后，根据每条道路的平均速度，计算路段的拥堵时间段；最后，根据路网中每条道路发生拥堵的时间段，计算拥堵传播路径和关键路段。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术步骤如下：步骤A：计算路段平均速度采用GPS浮动车采集的数据，计算路网中的某一路段在一个时间周期内的平均速度。一个时间周期可定为5、10或15分钟。该时间周期内采集到的GPS数据是一系列点的集合，记为，其中表示采集到点的经度，表示采集到点的纬度，为采集时刻点的瞬时速度。首先，根据数字地图提供的路段经纬信息，以及采集到的点的经纬度信息，将点匹配到相应的路段上。该匹配过程可以采用正交投影法等；然后，计算该周期内投射到路段的所有点的速度平均值，记为。表示路段在第个时间周期的所有车辆平均行驶速度。步骤B：计算路段拥堵时段计算路网中所有路段发生拥堵时段，拥堵时段可以在全天范围内搜索，也可以在半天范围内搜索，比如6：00-12：00，13：00-19：00等。首先，计算路段一天的平均速度；然后，标记每个时间周期的状态，对于路段，在第个时间周期，状态为。状态标记标准如下：其中，-1表示拥堵，0表示一般，1表示通畅。接着，统计发生连续拥堵的时段，减少偶然因素导致的拥堵对标记结果的影响。若三个时间周期都发生拥堵，也就是，认为是一个拥堵时段；最后，连接相邻的拥堵时段，则路段的拥堵时段标记为，其中，表示第个时间周期，表示第个时间周期。步骤C：计算拥堵传播路径C1根据用户划定的范围(也可为行政区域)，确定该区域路网内最早发生拥堵的路段集合。首先，根据发生拥堵的时间，选出最早发生拥堵的路段集合。因为最先发生拥堵的可能包括多个路段，所以是一个集合；然后，统计与集合不相邻的最早发生拥堵的路段集合(不属于以及和中路段相邻的路段，并且小于)，；最后，合并两个集合，，为最早发生拥堵的集合。C2迭代生成拥堵传播路径。对于接下来的每个时间周期，扩展拥堵集合，直到这个时段结束。对于任何，如果，就在路段和之间建立连接。该过程，相当于以集合为起点，组成一 个有向无环图，这个有向无环图就是拥堵传播路径。C3关键路段选择。关键路段包括最先发生拥堵的路段集合和出度最大的路段集合。最先发生拥堵的路段是引起整个路网拥堵的路段，所以对于拥堵的解决至关重要。出度最大的路段集合，也就是能够引起最多路段拥堵的路段。这些路段引起了大量路段的拥堵。因此这两类道路都可以被选为关键路段。本专利技术的有益效果为：提供了一种基于浮动车GPS的交通拥堵传播路径的计算方法。该方法可以根据区域路网中单条道路拥堵时间的先后关系，估计出道路拥堵在路网中的传播情况。根据传播路径计算的关键路段，可用于警力部署、拥堵预测和道路规划。附图说明图1是本专利技术实施例的一种基于GPS数据的交通拥堵传播路径计算方法流程图。图2是本专利技术最佳实施例2012年7月21日上午六点到十二点西湖区某区域内的道路拥堵传情况的标注图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本专利技术进行详细说明。参照图1，本专利技术的计算流程包括：步骤101：计算路段平均速度采用GPS浮动车采集的数据，计算杭州路网中的路段ID为0000000001401的道路在一个时间周期内的平均速度。该时间周期内采集到的GPS数据是一系列点的集合，记为。首先，根据数字地图提供的路段经纬信息，以及采集到的点的经纬度信息，采用正交投影法将点匹配到相应的路段上；然后，计算该周期内投射到路段的所有点的速度平均值，记为。步骤102：计算路段拥堵时段选取2012年7月21日上午六点到十二点这一时段，以15分钟为单位，运用平均法对浮动车GPS数据进行处理，得到该路段在各时间段的平均速度。下列数据为2012年7月21日杭州道路ID为0000000001401的道路速度：33.6 32.57 26.83 32 18.5 41.4 28.5 31.63 32.88 23.7 25.45 33.37 34.14 28.5 30.98 27 25.26 25.34 24.38 32.55 34.8 19.67 27.3 19从六点到十二点每隔十五分钟的道路速度，共计24个时间点。若存在0，则为该时间点数据缺失。然后，标记每个时间周期的对应路段的交通状态，该路段交通状态标记结果如下：0，0，0，0，0，0，-1，-1，-1，-1，0，-1，-1，-1，0，0，1，0，0，0，0，-1，0，0接着，统计发生连续拥堵的时段，减少偶然因素导致的拥堵对标记结果的影响。则本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于GPS数据的交通拥堵传播路径计算方法，其特征在于，主要包括：(1)采用GPS浮动车数据计算路段平均速度；(2)计算路段拥堵时段；(3)计算拥堵传播路径。
【技术特征摘要】
1.一种基于GPS数据的交通拥堵传播路径计算方法，其特征在于，主要包括：(1)采用GPS浮动车数据计算路段平均速度；(2)计算路段拥堵时段；(3)计算拥堵传播路径。2.根据权利要求1(2)中所述的计算路段拥堵时段的方法，其特征在于，计算路段一天的平均速度，标记每个时间周期(可定为5，10或15分钟)的状态，统计三个时间发生连续拥堵的时段，并连接相邻的拥堵时段，则路段的拥堵时段标记为，其中，表示第个时间周期，表示第个时间周期。3.根据权利要求1(3)中所述的计算拥堵传播路径的方法，其特征在于：(1)确定网内最早发生拥堵的路段集合；(2)迭代生成拥堵传播路径；(3)选择关键路...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏莹杰，单振宇，谷虹娴，
申请(专利权)人：杭州远眺科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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