一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法技术

本发明专利技术公布了一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，所述方法基于历史高速公路联网收费数据，首先估计得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；再分析得到在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；然后基于当前所有在途车辆的进入路网入口位置和时间，完成高速路网实时交通流的估计；交通流分配模式提取方法将t时段一个O相对于D的贡献率记作COD，通过用信息熵对COD稳定模式进行度量获得。本发明专利技术数据具有成本低、全路网覆盖、全天候工作和数据质量高等优势，无需投入额外硬件成本即解决高速公路网交通流的估计问题，可成为现有路网交通流监测的有效手段和有益补充。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于智能交通
，涉及一种根据高速公路联网收费数据估计实时路网交通流的方法。
技术介绍
随着我国经济的快速发展，高速公路交通的发展和管理效率的提高变得至关重要。有效对高速公路网的交通流进行准确反演和估计是提升高速公路运营管理水平与服务质量的基础。现有高速路网交通流估计方法主要依赖各类交通检测器，如视频、微波、线圈、GPS、音频等。一方面，所有这些设备的安装都需要很高的成本，给高速公路的业主带来很重的经济负担，同时也很难实现全路网无缝覆盖，因此很难实现全路网的交通流监测和估计；另一方面，基于这些设备所采集的路网交通流都存在各自不同的缺陷。如基于视频道路交通流监测方式在夜间或者雾天等不良能见度的情形下往往无法有效的工作；线圈交通流监测方式往往需要挖开高速公路地面进行布设，导致对道路一定程度上的损坏，却在出现故障时往往不能得到有效的维护，导致目前高速路网上的线圈很少在正常的工作；GPS交通监测方式存在数据样本少的问题，导致对路况估计的准确度存在很大的不确定性；基于微波的道路交通流检测方式往往只能对道路断面进行监测，因此要想实现大范围高速路网的交通流监测存在很大的挑战；另外，基于音频的交通流监测方法虽然成本很低，且不受路网能见度等的影响全天候的工作，但是该方式在交通流拥堵的情形下往往很难高效工作。总之，每种监测方式都存在各自的优缺点，没有任何一种方式能够适合于所有的工况。联网收费数据是为收费服务的，它存在样本全、质量高、全路网覆盖且有专门的团队维护等优势；基于联网收费数据进行交通状态估计不需要付出额外的交通流检测设备购置成本。但是，目前尚缺少能够根据高速公路联网收费数据针对实时路网交通流进行估计的有效方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，基于历史高速公路联网收费数据，首先估计得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；再分析得到在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；然后基于当前所有在途车辆的进入路网入口位置和时间，完成高速路网实时交通流的估计；本专利技术在不投入额外硬件成本前提下解决了高速公路网交通流的估计问题。本专利技术提供的技术方案是：一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，所述方法基于历史高速公路联网收费数据，获取联网高速公路的历史OD(OriginalDestination)记录作为数据样本，通过估计历史交通流、获取路网车辆OD分配模式和估计实时交通流来获得高速路网实时交通流信息，具体包括如下步骤：1)基于历史高速公路联网收费数据，通过高速公路网历史交通流估计方法得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；2)根据当前路网上所有已经驶离高速路网车辆收费数据，通过高速公路网入口交通流分配模式提取方法，获得在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；3)基于当前所有在途车辆的进入路网的入口位置和时间，实现高速路网实时交通流的估计，获得高速路网实时交通流信息。针对上述基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，进一步地，步骤1)所述高速公路网历史交通流估计方法具体包括如下步骤：11)针对每条历史OD记录，计算该历史OD记录对应的最短路径和行驶时间；12)针对每条历史OD记录，根据匀速行驶的基本假设计算车辆进入各个路段的时刻，并更新速度的统计样本量和流量值；13)针对每条历史OD记录，计算各个时段车辆所处的路段；14)针对所有历史OD记录均执行步骤11)～14)，得到样本中每一条历史OD记录对应的最短路径、行驶时间和在各个时段车辆所处的路段；15)用样本平均值计算得到所述最短路径的车辆速度和流量，得到路网中各时空点上的历史交通流状态。步骤2)所述高速公路网入口交通流分配模式提取方法具体包括如下步骤：21)构造T*P的矩阵V，其中P为OD对个数，T为时间间隔；V的每一列i表示OD对i在时序上的流量变化；V的每一行j表示了在j时段内全路网OD流量变化；22)将t时段一个O相对于D的贡献率记作COD；基于矩阵V，构造一个COD序列，首先取得COD的分布区间[min(COD)，max(COD)]；之后将该区间10等分，然后统计得到处于不同区间的COD的个数，即某一COD值出现的次数，作为ai值；23)收集t时段一个O相对于D的贡献率COD在n天的取值，用信息熵对COD稳定模式进行度量，获得最频繁的、最能代表某入口在某时段流量分配比例的模式，作为COD稳定模式；信息熵通过如下公式计算得到：H(i)＝log(s)-(1/s)∑iailog(ai)(式1)式1中，ai为某一COD值在这n天中出现的次数；s是不同的COD值的个数。步骤3)所述高速公路网实时交通流估计方法具体包括如下步骤：31)使用历史交通流估计方法，对当前时段之前的n个时间段进行历史交通流估计，得到路网中任意原子路段在n个连续时段内的车辆通行速；32)运用路网车辆分配模式提取方法，对该n个连续时间段内路网车辆的OD分配比例进行统计，得到任意站点Si到任意其他站点Sj的车辆分配比例Ci，j；33)统计当前时段以及前n个时段内任意站点Si的入口车辆数目；34)对任意站点Si，得到分配比例序列，根据该比例分配入口车辆数目序列至OD间最短路径上；35)对所有上述OD对Si和Sj，取其最短路径，根据该路径各时段速度与分配概率Pi，j，计算当前时段内，入口车辆数目序列分配到该路径上的对应位置；36)对各路段计算得到各站点在当前时段内能够到达该路段的车辆总数，实现对各个路段实时的交通流估计值，包括速度和流量。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：高速路网交通流估计现有方法主要依赖各类交通检测器，实施成本高，也很难实现全路网无缝覆盖，而且基于这些设备所采集到的路网交通流都各有缺陷，难以适用于所有的工况。而联网收费数据是为收费服务的，它存在样本全、质量高、全路网覆盖且有专门的团队维护等得先天优势，同时基于联网收费数据进行交通状态估计不需要付出额外的交通流检测设备购置成本。本专利技术提供一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，基于历史高速公路联网收费数据，首先估计得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；再分析得到在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；然后基于当前所有在途车辆的进入路网入口位置和时间，完成高速路网实时交通流的估计；本专利技术在不投入额外硬件成本前提下解决了高速公路网交通流的估计问题。因此，本专利技术基于联网收费数据进行交通状态的估计，数据具有成本低、全路网覆盖、全天候工作和数据质量高等优势，可以成为现有路网交通流监测的有效手段和有益的补充。通过本专利技术提供的技术方案，短期来看，路网交通流估计能够帮助用户了解道路交通状况，方便用于合理选择出行时间和出行路线，同时能够协助运营人员实时地对车辆及指示信号进行安排调度；从长期来看，高速公路管理人员可以低成本，高效率的获知当前高速路网的交通流状况，并以此作为管理决策的合理依据，有助于管理者更加合理的规划与设计道路交通基础建设。附图说明图1是本专利技术提供方法的整体流程图。图2是本专利技术的历史交通流估计的流程框图。图3是本专利技术的路网车辆OD分配模式提取方法的流程框图。图4是本专利技术的实时交通流估计方法的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，所述方法基于历史高速公路联网收费数据，获取联网高速公路的历史OD记录作为数据样本，通过估计历史交通流、获取路网车辆OD分配模式和估计实时交通流来获得高速路网实时交通流信息，具体包括如下步骤：1)基于历史高速公路联网收费数据，通过高速公路网历史交通流估计方法得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；2)根据当前路网上所有已经驶离高速路网车辆收费数据，通过高速公路网入口交通流分配模式提取方法，获得在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；3)基于当前所有在途车辆的进入路网的入口位置和时间，通过高速公路网实时交通流估计方法，获得高速路网实时交通流信息。

【技术特征摘要】
1.一种基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，所述方法基于历史高速公路联网收费数据，获取联网高速公路的历史OD记录作为数据样本，通过估计历史交通流、获取路网车辆OD分配模式和估计实时交通流来获得高速路网实时交通流信息，具体包括如下步骤：1)基于历史高速公路联网收费数据，通过高速公路网历史交通流估计方法得到历史上不同时段路网上各个路段的交通流；2)根据当前路网上所有已经驶离高速路网车辆收费数据，通过高速公路网入口交通流分配模式提取方法，获得在过去若干时间段内路网各个进口交通流的分配模式；3)基于当前所有在途车辆的进入路网的入口位置和时间，通过高速公路网实时交通流估计方法，获得高速路网实时交通流信息。2.如权利要求1所述基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，其特征是，步骤1)所述高速公路网历史交通流估计方法具体包括如下步骤：11)针对每条历史OD记录，计算该历史OD记录对应的最短路径和行驶时间；12)针对每条历史OD记录，根据匀速行驶的基本假设计算车辆进入各个路段的时刻，并更新速度的统计样本量和流量值；13)针对每条历史OD记录，计算各个时段车辆所处的路段；14)针对所有历史OD记录均执行步骤11)～14)，得到样本中每一条历史OD记录对应的最短路径、行驶时间和在各个时段车辆所处的路段；15)用样本平均值计算得到所述最短路径的车辆速度和流量，得到路网中各时空点上的历史交通流状态。3.如权利要求1所述基于高速公路联网收费数据的交通流估计方法，其特征是，步骤2)所述高速公路网入口交通流分配模式提取方法具体包括如下步骤：21)构造T*P的矩阵V，其中P为OD对个数，T为时间间隔；V的每一列i表示OD对i在时序上的流量变化；V的每一行j表示了在j时段内全路...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋国杰，谢昆青，聂鑫维，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京;11