基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法技术

本发明专利技术提供基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法，其可以自动计算过饱和交叉口的交通需求量、调整过饱和交叉口的通行能力，提高道路交叉口交通控制的准确率和整体运行效率。在本发明专利技术的技术方案中，首先获取目标交叉口的发生过饱和问题的时间段，作为进口交通流积聚时的调查时段，以目标交叉口的信号配时周期作为采集周期，采集排队车辆、通过车辆的实际数据，基于实际的车辆数据计算出交叉口进口高峰时段实际运行通行能力值T、计算交叉口进口交通需求调查量D，通过T和D计算出进口通行能力设计倍增系数，将该系数作为调整交叉口通行能力的辅助参数。

Design method of entrance capacity of over saturated intersection based on traffic demand

【技术实现步骤摘要】
基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法
本专利技术涉及智能交通控制
，具体为基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法。
技术介绍
通行能力是度量道路疏导车辆或者人流能力的物理量，是道路本身的一种性能。通行能力具体是指在一定的道路、交通、环境条件下，道路的某一断面或者交叉口在单位时间内，能够通过的最大交通实体数。单位是：辆/h或者人/h。现阶段对交叉口进口通行能力设计时，采用的方法是联系交叉口的道路空间限界以及信号配时方案进行初步预估，进而结合交叉口的交通流特点开展动态巡查优化。但是，现有的这种方法并没有针对过饱和状态下的交叉口进行设计；一旦过饱和状态下的交叉口由于通行能力不足导致的短时积聚、常发拥堵、溢流阻塞、长时排队等交通问题发生的时候，往往需要交通管控人员施加人工干预进行调整，比如根据进口车辆排队长度变化人工判断调整信号灯放行相位的绿信比(绿信比是指交通信号灯一个周期内可用于车辆通行的比例时间，即某相位有效绿灯时间和周期时长的比值)；或者采用转向禁止措施、改变车道功能甚至拓宽进口车道等方式；然而，现有的单纯依靠人工调整的方式过于依赖个人的经验和能力，缺乏较为系统的科学依据与数据基础，难以有效确保能够依据进口交通需求的实时变化实现针对交叉口通行能力精准调节，且调节过程需要反复尝试、试错成本较高、实施效率较低。
技术实现思路
为了解决现有技术中因为交叉口过饱和而导致的交通问题发生时，过于依赖人工经验判断的方式解决，导致交叉口的通行能力调整无法精准匹配交通需求的实时变化且实施效率较低的问题，本专利技术提供基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法，其可以自动计算过饱和交叉口的交通需求量、调整过饱和交叉口的通行能力，提高道路交叉口交通控制的准确率和整体运行效率。本专利技术的技术方案是这样的：基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1：按照预设的周期，获取目标交叉口的历史交通流数据，绘制24h“时间-流量”图，所述24h“时间-流量”图中，包含所述目标交叉口的每天的所有的交通高峰时段、以及所述交通高峰时段对应的车流量；找到所有的所述交通高峰时段设为：交通需求量调查时段；S2：基于所述交通高峰时段的“时间-流量”曲线，找到与每一个所述交通高峰时段的起点最邻近的拐点所对应的时间坐标，作为所述交通需求量调查时段的调查开始时刻Ts，找到与每一个所述交通高峰时段的终点最邻近的拐点所对应的时间坐标，作为所述交通需求量调查时段的调查结束时刻Te；S3：针对所有的车辆类型，基于车身长度进行编号，获得所述车辆类型编号j，基于所述车辆类型编号j获取车辆换算系数其中，所述车辆类型编号j取值为正整数；S4：以所述目标交叉口的进口停止线为基准线，以所述目标交叉口的信号配时周期作为采集周期；初始化采集周期序号i＝1；S5：依次选取每一个所述交通需求量调查时段，进行通行能力计算；以所述调查开始时刻Ts作为调查起始时间点，分别采集第i个周期内的所述目标交叉口的车辆的通过数量、以及进口各车道对应相位放行结束时刻的排队数量，采集的数据分别记为记数序列：其中：分别表示第i个周期对应于车辆类型编号为j的通过车辆类型、以及第i个周期对应于车辆类型编号为j的排队车辆类型；分别表示第i个周期对应于车辆类型编号为j的通过车辆数量以及第i个周期对应于车辆类型编号为j的排队车辆数量；S6：针对不同的车辆类型按照所述车辆换算系数分别将第i个周期的通过车辆、及进口各车道对应相位放行结束时刻的排队车辆换算为标准车当量数，分别记作通过车辆标准车当量数Ni、排队车辆标准车当量数Qi；S7：根据第i个周期的所述排队车辆标准车当量数Qi，计算周期i内的交通需求变化量vi；所述周期i内的交通需求变化量vi的计算公式为：其中，i的取值为正整数；根据第i个周期的所述通过车辆标准车当量数Ni计算出当前周期的交通需求量di；所述当前周期i的交通需求量di的计算公式为：di＝Ni+vi；S8：设每一个所述采集周期的时长为Ci，确认第i个所述采集周期的结束时刻；如果第i个所述采集周期的结束时刻滞后于所述调查结束时刻Te，则执行步骤S9；否则：i＝i+1，执行步骤S5；S9：步骤S8中计算结束时，设i的取值为m，即m为排队车辆记数序列总数；在经过计算共得到m个交通需求量数据序列中，遍历其中连续f个周期的交通需求量，计算方差Sk，其计算公式如下：S10：遍历所有的所述交通需求量的方差Sk的值，得到其中值最小的所述交通需求量的方差Sk，则，值最小的所述交通需求量的方差Sk所映射的连续f个周期的交通需求量值即为所述交通需求量优选样本；连续f个周期的所述交通需求量优选样本与最小方差Sk的映射关系为：{dk,dk+1,…,dk+f-1}←min{Sk}即，所述交通需求量优选样本为：{dk,dk+1,...,dk+f-1}；S11：基于所述交通需求量优选样本为，计算交叉口进口交通需求调查量D；所述交叉口进口交通需求调查量D的计算公式为：S12：基于所述交叉口进口交通需求调查量D和交叉口进口高峰时段实际运行通行能力值T，计算进口通行能力设计倍增系数δ：S13：依次计算每一个所述交通需求量调查时段中所述目标交叉口对应的所述进口通行能力设计倍增系数δ，即可作为所述目标交叉口的在不同的所述交通需求量调查时段中对通行能力进行调整的辅助参数。其进一步特征在于：步骤S13中，根据计算后获得的所述进口通行能力设计倍增系数δ的值所述范围采取交通管控措施，其对应关系如下：当：1≤δ<1.2，对应的交通管控措施为：绿信比扩大、信号相位调整、车道功能调整；当：1.2≤δ<1.5，对应的交通管控措施为：车道功能调整、进口展宽；当：1.5≤δ<1.8，对应的交通管控措施为：进口展宽、转向禁止；当：δ≥1.8，对应的交通管控措施为：进口展宽、转向禁止、区域交通组织；步骤S12中，所述交叉口进口高峰时段实际运行通行能力值T的计算公式为：其中，Ni为通过车辆标准车当量数，Ci为采集周期的时长；步骤S6中，所述排队车辆标准车当量数Qi的计算公式如下：其中，为车辆换算系数，为第i个周期对应于车辆类型编号为j的排队车辆数量；步骤S6中，所述通过车辆标准车当量数Ni的计算方法如下：其中，为第i个周期对应于车辆类型编号为j的通过车辆数量；步骤S3中，所述车辆类型编号j、所述车辆换算系数的计算方法如下：a1：对所有的车辆类型基于车辆类型的车身长度R，由小到大进行编号，获得所述车辆类型编号j；当R≤6m时，j＝1；当6m<R≤12m时，j＝2；当12m<R≤18m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：/nS1：按照预设的周期，获取目标交叉口的历史交通流数据，绘制24h“时间-流量”图，所述24h“时间-流量”图中，包含所述目标交叉口的每天的所有的交通高峰时段、以及所述交通高峰时段对应的车流量；找到所有的所述交通高峰时段设为：交通需求量调查时段；/nS2：基于所述交通高峰时段的“时间-流量”曲线，找到与每一个所述交通高峰时段的起点最邻近的拐点所对应的时间坐标，作为所述交通需求量调查时段的调查开始时刻T

【技术特征摘要】
1.基于交通需求量的过饱和交叉口进口通行能力设计方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1：按照预设的周期，获取目标交叉口的历史交通流数据，绘制24h“时间-流量”图，所述24h“时间-流量”图中，包含所述目标交叉口的每天的所有的交通高峰时段、以及所述交通高峰时段对应的车流量；找到所有的所述交通高峰时段设为：交通需求量调查时段；
S2：基于所述交通高峰时段的“时间-流量”曲线，找到与每一个所述交通高峰时段的起点最邻近的拐点所对应的时间坐标，作为所述交通需求量调查时段的调查开始时刻Ts，找到与每一个所述交通高峰时段的终点最邻近的拐点所对应的时间坐标，作为所述交通需求量调查时段的调查结束时刻Te；
S3：针对所有的车辆类型，基于车身长度进行编号，获得所述车辆类型编号j，基于所述车辆类型编号j获取车辆换算系数
其中，所述车辆类型编号j取值为正整数；
S4：以所述目标交叉口的进口停止线为基准线，以所述目标交叉口的信号配时周期作为采集周期；
初始化采集周期序号i＝1；
S5：依次选取每一个所述交通需求量调查时段，进行通行能力计算；
以所述调查开始时刻Ts作为调查起始时间点，分别采集第i个周期内的所述目标交叉口的车辆的通过数量、以及进口各车道对应相位放行结束时刻的排队数量，采集的数据分别记为记数序列：
其中：分别表示第i个周期对应于车辆类型编号为j的通过车辆类型、以及第i个周期对应于车辆类型编号为j的排队车辆类型；分别表示第i个周期对应于车辆类型编号为j的通过车辆数量以及第i个周期对应于车辆类型编号为j的排队车辆数量；
S6：针对不同的车辆类型按照所述车辆换算系数分别将第i个周期的通过车辆、及进口各车道对应相位放行结束时刻的排队车辆换算为标准车当量数，分别记作通过车辆标准车当量数Ni、排队车辆标准车当量数Qi；
S7：根据第i个周期的所述排队车辆标准车当量数Qi，计算周期i内的交通需求变化量vi；
所述周期i内的交通需求变化量vi的计算公式为：



其中，i的取值为正整数；
根据第i个周期的所述通过车辆标准车当量数Ni计算出当前周期的交通需求量di；
所述当前周期i的交通需求量di的计算公式为：
di＝Ni+vi；
S8：设每一个所述采集周期的时长为Ci，确认第i个所述采集周期的结束时刻；
如果第i个所述采集周期的结束时刻滞后于所述调查结束时刻Te，则执行步骤S9；
否则：i＝i+1，执行步骤S5；
S9：步骤S8中计算结束时，设i的取值为m，即m为排队车辆记数序列总数；在经过计算共得到m个交通需求量数据序列中，遍历其中连续f个周期的交通需求量，计算方差Sk，其计算公式如下：



S10：遍历所有的所述交通需求量的方差Sk的值，得到其中值最小的所述交通需求量的方差Sk，则，值最小的所述交通需求量的方差Sk所映射的连续f个周期的交通需求量值即为所述交通需求量优选样本；
连续f个周期的所述交通需求量优选样本与最小方差Sk的映射关系为：
{dk,dk+1,…,dk+f-1}←min{Sk}
即，所述交通需求量优选样本为：{dk,dk+1,...,dk+f-1}；

【专利技术属性】
技术研发人员：胡建伟，顾金刚，付强，李娅，祖永昶，华璟怡，司宇琪，
申请(专利权)人：公安部交通管理科学研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32