基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法技术

一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，将一定数量的车辆在指定时间、指定路段或路口输入到控制系统中；根据实际交通运行模式和交通波相关理论引入约束，从大量可能轨迹中筛选出少量的合理轨迹；参考实际交通运行情况，以反映实际交通运行状况的相关参数为标准从少量合理轨迹中筛选出最接近现实的最佳轨迹，从而完成轨迹重构；所述的约束包括定点检测器处排队溢出识别；时空区域自由流车速获取；上游相序及集计时段切分；上游输入流量获取；基于电警数据的车辆变道行为划分。本发明专利技术主就去根据反映实际交通运行情况的交通量参数对重构轨迹进行调整，得到更符合现实的最终重构轨迹，提高轨迹重构准确性。

【技术实现步骤摘要】
基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法
本专利技术属于交通信息领域，具体涉及一种基于定点检测器、信号配时数据以及电警数据融合的干道车辆轨迹重构方法。
技术介绍
在交通工程领域，对于车辆运行轨迹重构的认知和理解存在两个层次：第一层次是车辆的行驶路径，指的是车辆的起讫点以及连接起讫点之间的路段和节点，常用于路网OD(OriginDestination)矩阵的估计；第二层次是车辆的运行轨迹，指的是车辆在行驶过程中的完整物理轨迹，可以体现车辆速度随时间和空间的变化规律。本专利技术针对是是第二层次的车辆运行轨迹的重构，车辆运行轨迹是对交通流运行状态的最全面和完整的表达形式，不仅可以体现车辆在道路上的行驶路径，而且可以反映车辆运行速度随时间和空间的变化规律，蕴含非常丰富的交通流信息。交通信息化水平的不断提高使得城市路网大范围、连续、自动的定点和移动检测数据的采集成为现实，进而使得车辆运行轨迹的获取成为可能。其中，定点检测设备(如，线圈、地磁、微波雷达等)可以直接获取特定地点和时间间隔的速度、流量、占有率等路段和交叉口的交通流特征参数；移动检测设备(例如浮动车、车辆自动识别(AutomaticVehicleIdentification,AVI)设备等)可以直接估计部分车辆的起讫点、时空连续的行驶路径、点到点的行程时间等单个车辆的运行信息。重构车辆运行轨迹可以全面、准确地再现城市路网交通状态的时空分布以及交通流的演化规律，从而提高交通状态参数(例如，行程速度、行程时间、排队长度、延误等)估计和预测的精度以及交通信号控制的效率。同时，结合车辆排放和能源消耗模型，车辆运行轨迹信息还可以用于路网机动车交通产生的尾气和能源消耗的评估。因此，车辆运行轨迹的重构对于探索和开发交通信息化环境下的精细化交通控制与管理策略和系统，提升我国道路交通信息化、智能化水平，具有重要的现实意义。传统的轨迹重构方法主要基于变分理论(VariationalTheory)、交通波理论和相对通行能力约束的路网交通流解析模型，通过融合出租车浮动车数据、AVI数据以及信号控制参数来进行道路车辆轨迹重构，结果表明当对象路段的出入口位置布设有AVI设施且浮动车比例达到5％以上时，就有可能比较准确地估计出城市道路路段上所有车辆的运行轨迹。总结传统轨迹重构算法的研究，目前主要存在以下问题：(1)只能针对单车道、少量进出干扰的情况现有的轨迹重构方法可以在一定精度范围内实现理想交通环境下较少车道路段或单点交叉口的车辆轨迹重构，但是未能考虑城市道路沿线出入口的车辆流入流出和路段车辆的频繁变道行为等对车流运行的影响。算法精度取决于高质量的浮动车数据(2)过分依赖浮动车数据，对定点检测器和电警数据关注不足浮动车的占有率较高且上传频率较高时，重构轨迹质量较高。一旦浮动车质量降低，则算法精确度迅速降低。我国城市浮动车数据的上传频率低，占比也低，难以得到广泛的实际应用。不符合我国干道浮动车数据质量较低而定点检测器较普遍亦具有一定数量电警的交通检测数据条件。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种新的基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，该方法更符合我国典型城市干道路交通信息采集环境，且融合现有的定点检测器数据、交通信号数据、电警数据，依据数学方法和交通工程的分析方法，实现了交通仿真思想的融合。本专利技术所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的。本专利技术是一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，该方法首先将一定数量的车辆在指定时间、指定路段或路口输入到控制系统中；然后根据实际交通运行模式和交通波相关理论引入一定的约束，从大量可能轨迹中筛选出少量的合理轨迹；最后参考实际交通运行情况，以反映实际交通运行状况的相关参数为标准从少量合理轨迹中筛选出最接近现实的最佳轨迹，从而完成轨迹重构；所述的约束选自以下附加规则：(1)定点检测器处排队溢出识别；(2)时空区域自由流车速获取；(3)上游相序及集计时段切分；(4)上游输入流量获取；(5)基于电警数据的车辆变道行为划分。本专利技术所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其进一步优选的技术方案是：单个车辆的轨迹重构是按一定的条件在研究路段某处生成车辆，此车辆的每一秒的行为都是根据当前时刻的总体状态按照一定的约束条件进行决策，从而产生连续轨迹，直至车辆驶出研究范围或者达到研究时间。本专利技术所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其进一步优选的技术方案是：所述的附加规则(1)定点检测器处排队溢出识别如下：通过定点检测器检测车辆流量、速度以及占有率信息，当车辆排队长度超出检测器时，检测器参数无法准确反映上游交通流输入信息，因此需要修正处理；通过假设每1min集计时段内上游车辆到达服从均匀分布，并且车辆排队溢出后，到达流率与未发生排队溢出的最近上一个1min集计时段的车辆到达交通流率一致；排队长度未溢出集计时段的检测器参数服从以下公式：其中：DetOcc为集计时段内检测器占有率；为平均车长，单位m；d为定点检测器自身长度，单位m；k为交通流密度，单位veh/km；DetVol为集计时段内车辆流量，单位veh/min；DetAvgv为集计时段内车辆平均速度，单位m/s；提取检测器Deti-j某集计时段Tk的检测器数据，分别为占有率DetOcc、流量DetVol和速度DetAvgv，并将三参数代入公式(2)进行判断：若计算结果在置信区间内，则代表排队未溢出，反之，则代表排队溢出。本专利技术所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其进一步优选的技术方案是：所述的附加规则(2)时空区域自由流车速获取是：不同路段在不同时段内存在不同自由流车速，通过定点检测器Deti的检测数据计算该值，以Kmin为间隔计算自由流车速，含M个车道的路段Roadi在某Kmin时段内的自由流车速Roadvfi的计算方法为：(1)利用附加规则定点检测器处排队溢出识别对该Kmin时段内Deti所有集计时段进行排队溢出识别；(2)对该时段内定点检测器数据中所有速度参数DetAvgv进行加权平均，计算公式如式(3)所示，其中1-lgregk即为剔除排队溢出情况下的数据，Tk代表某集计时段；(3)A、B为Kmin时段，根据上述步骤得出AB之间的车辆自由流车速为Roadvfi-AB，BC之间的车辆自由流车速为Roadvfi-BC；(4)对于B点也即每两个Kmin集计时段的边界点，以Roadvfi-B＝(Roadvfi-AB+Roadvfi-AB)/2的波速分别向上、下游延伸，分别在交叉口Int(i-1)和Inti处确定点E、H，同理得到D、G、F、I；则时空区域DEHG以内的自由流车速为Roadvfi-AB，时空区域EFIH以内的自由流车速为Roadvfi-BC。本专利技术所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其进一步优选的技术方案是：所述的附加规则(3)上游相序及集计时段切分是指：对交叉口处不同车道中不同信控周期对应的上游定点检测器集计时段进行切分，同时需要对定点检测器不同集计时段对应的上游交叉口信号相位进行切分，其步骤如下：(1)信控周期对应的上游检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于，该方法首先将一定数量的车辆在指定时间、指定路段或路口输入到控制系统中；然后根据实际交通运行模式和交通波相关理论引入一定的约束，从大量可能轨迹中筛选出少量的合理轨迹；最后参考实际交通运行情况，以反映实际交通运行状况的相关参数为标准从少量合理轨迹中筛选出最接近现实的最佳轨迹，从而完成轨迹重构；所述的约束选自以下附加规则：(1)定点检测器处排队溢出识别；(2)时空区域自由流车速获取；(3)上游相序及集计时段切分；(4)上游输入流量获取；(5)基于电警数据的车辆变道行为划分。

【技术特征摘要】
1.一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于，该方法首先将一定数量的车辆在指定时间、指定路段或路口输入到控制系统中；然后根据实际交通运行模式和交通波相关理论引入一定的约束，从大量可能轨迹中筛选出少量的合理轨迹；最后参考实际交通运行情况，以反映实际交通运行状况的相关参数为标准从少量合理轨迹中筛选出最接近现实的最佳轨迹，从而完成轨迹重构；所述的约束选自以下附加规则：(1)定点检测器处排队溢出识别；(2)时空区域自由流车速获取；(3)上游相序及集计时段切分；(4)上游输入流量获取；(5)基于电警数据的车辆变道行为划分。2.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于：单个车辆的轨迹重构是按一定的条件在研究路段某处生成车辆，此车辆的每一秒的行为都是根据当前时刻的总体状态按照一定的约束条件进行决策，从而产生连续轨迹，直至车辆驶出研究范围或者达到研究时间。3.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于：所述的附加规则(1)定点检测器处排队溢出识别如下：通过定点检测器检测车辆流量、速度以及占有率信息，当车辆排队长度超出检测器时，检测器参数无法准确反映上游交通流输入信息，因此需要修正处理；通过假设每1min集计时段内上游车辆到达服从均匀分布，并且车辆排队溢出后，到达流率与未发生排队溢出的最近上一个1min集计时段的车辆到达交通流率一致；排队长度未溢出集计时段的检测器参数服从以下公式：其中：DetOcc为集计时段内检测器占有率；为平均车长，单位m；d为定点检测器自身长度，单位m；k为交通流密度，单位veh/km；DetVol为集计时段内车辆流量，单位veh/min；DetAvgv为集计时段内车辆平均速度，单位m/s；提取检测器Deti-j某集计时段Tk的检测器数据，分别为占有率DetOcc、流量DetVol和速度DetAvgv，并将三参数代入公式(2)进行判断：若计算结果在置信区间内，则代表排队未溢出，反之，则代表排队溢出。4.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于：所述的附加规则(2)时空区域自由流车速获取是：不同路段在不同时段内存在不同自由流车速，通过定点检测器Deti的检测数据计算该值，以Kmin为间隔计算自由流车速，含M个车道的路段Roadi在某Kmin时段内的自由流车速Roadvfi的计算方法为：(1)利用附加规则定点检测器处排队溢出识别对该Kmin时段内Deti所有集计时段进行排队溢出识别；(2)对该时段内定点检测器数据中所有速度参数DetAvgv进行加权平均，计算公式如式(3)所示，其中1-lgregk即为剔除排队溢出情况下的数据，Tk代表某集计时段；(3)A、B为Kmin时段，根据上述步骤得出AB之间的车辆自由流车速为Roadvfi-AB，BC之间的车辆自由流车速为Roadvfi-BC；(4)对于B点也即每两个Kmin集计时段的边界点，以Roadvfi-B＝(Roadvfi-AB+Roadvfi-AB)/2的波速分别向上、下游延伸，分别在交叉口Int(i-1)和Inti处确定点E、H，同理得到D、G、F、I；则时空区域DEHG以内的自由流车速为Roadvfi-AB，时空区域EFIH以内的自由流车速为Roadvfi-BC。5.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于，所述的附加规则(3)上游相序及集计时段切分是指：对交叉口处不同车道中不同信控周期对应的上游定点检测器集计时段进行切分，同时需要对定点检测器不同集计时段对应的上游交叉口信号相位进行切分，其步骤如下：(1)信控周期对应的上游检测器集计时段切分在Roadi的Deti-j的时段AB内，对于Inti处Lanej上信控周期EF，分别从E和F点以波速Roadvfi-AB向上游延伸，分别交Deti中集计时段AC于E’，交集计时段DB于F’，则EF对应的上游检测器集计时段为AC、CD和DB，其中AC和DB为非完整集计时段；(2)检测器集计时段对应的上游相序切分对于Deti-j某集计时段CD，分别从C和D点以波速Roadvfi-AB向上游交叉口Int(i-1)延伸，分别交Lanej上信号配时数据线于C’和D’，则Deti-j集计时段CD对应的上游交叉口Int(i-1)相序为C’G、GH和HD’。6.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于，所述的附加规则(4)上游输入流量获取是通过对定点检测器数据进行处理，转化为上游输入流量：(1)上游检测器集计时段切分；对Inti中Lanej处的信控周期EF，完成其对上游Deti-j集计时段的切分，则信控周期EF对应的集计时段为T1、…、Tk、…、Tkk，共kk个，其中T1与Tkk一般为非完整集计时段；计算信控周期EF所切分的集计时段所对应的完整集计时段时长比例，T1即E’C、Tkk即DF’对应的完整集计时段时长比例分别为a1％和akk％，一般小于100％；中间集计时段对应的完整集计时段时长比例ak％均为100％；根据上述计算结果，得到该信控周期所切分的集计时段所对应的流量参数DetVolk’，分别为DetVol1×a1％、…、DetVolk×ak％、…、DetVolkk×akk％。(2)基于排队溢出的检测器流量参数修正；判断集计时段T1、…、Tk、…、Tkk是否发生排队溢出：若未发生排队溢出，则该集计时段对应的修正流量参数DetVolk’＝DetVolk×ak％，即保持不变；若发生排队溢出，且为包含mm个集计时段的连续集计时段Tk1、…、Tkm、…、Tkmm；将该连续集计时段对应的上游输入流量按照均匀分布处理，则集计时段Tkm对应的修正流量参数为DetVolkm’，公式如下所示：(3)上游输入流量转化(i)经过上述步骤，得到集计时段Tk的修正流量参数为DetVolk’，若某集计时段分属两个信控周期，则其修正流量参数为集计时段子部分的修正流量参数之和；(ii)定点检测器集计时段对应的上游输入时段为InputPeriod，该时段输入流量AdjInput。7.根据权利要求1所述的一种基于电警和定点检测器数据融合的干道车辆轨迹重构方法，其特征在于：所述的附加规则(5)基于电警数据的车辆变道行为划分是指根据研究路段两端电警AVI1和AVI2的检测数据，对所有车辆进行分类，以对其变道行为特性进行划分：对某重构车辆estcarid，其对应重构车辆关键信息矩阵EstCarKeyInf[]的参数值为[estcarid,…,AVI1_Lane,AVI2_Lane,…]，其中：AVI1_Lane：表示该重构车辆estcarid通过AVI1检测截面的所属车道Lanej；AVI2_Lane：表示该重构车辆estcarid通过AVI2检测截面的所属车道Lanej；根据AVI1_Lane和AVI2_Lane的参数取值，对重构车辆的变道行为进行分析：(1)若AVI1_Lane＝j1&AVI2_Lane＝j2&j1≠0&j2≠0，则表示该类车辆从为交叉口Int1处车道Lanej1驶出，经过中间各路段和交叉口数次变道后，最后经过交叉口Int(N-1)后变道进入路段RoadN的车道Lane＝j2，直至驶出IntN，即驶出研究路段范围；(2)若...

【专利技术属性】
技术研发人员：项俊平，唐克双，沈辉焱，母万国，丁海龙，
申请(专利权)人：连云港杰瑞电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32