基于交通状态时空模型的路网性能判定方法技术

一种基于交通状态时空模型的路网性能判定方法，属于智能交通技术领域，包括获取交通流参数；进行交通子区动态划分；建立区域交通状态时空模型和对路网性能分析步骤实现，其中，交通流参数是车辆到达排队队尾时间、排队等待时间和通过路口时间构成的路段行程时间，交通子区动态划分采用周期原则对子区进行动态划分。按照本发明专利技术的思想进行建模、分析，可以从根本上找出交通拥挤问题的症结，从而提出相应的拥挤疏导方案，使交通管理具有方向性、目的性和高效性，显著提高城市交通管理的水平。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种城市区域交通运行状态分析方法，主要用于城市交通管理中的信 号控制、诱导及拥挤疏导策略的生成，属于智能交通研究领域。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，道路车辆不断增多，道路交通需求增长迅速，道路交通 状况正变得日益严峻。恶性交通事故及交通拥挤的迅速增加，不但严重威胁人民生命和财 产的安全，也给道路交通的运行效率带来了严重影响。在这种背景下，先进的交通信息管理 系统(ATIMS)受到了广泛的关注，在世界各国都得到了快速的发展，被用于动态路径规划、 动态导航、路网信号协调控制等各个方面。其中，对城市路网实时运行状态的分析与评估是 ATIMS中关键的组成部分。目前，在城市路网交通状态研究方面，主要利用模式识别的方法，避开路网状态建 模问题，直接从检测数据得出相关结论。区域交通状态分析并没有一种合理的时空模型，所 得结果不能同时得出包含时间信息和空间信息的区域交通状态。因此无法对城市路网当前 的运行状态做出客观的评估，严重影响了城市交通管理水平。交通状态时空分析模型的建立是区域交通状态分析的关键和基础。交通系统状态 分析模型需要同时考虑时间、空间和交通状态参数，其中，交通状态参数是包含微观、中观 和宏观等不同尺度。建立交通状态分析模型，需要在多个交通参数中选择或重新定义反映 路口和路段状态的通用变量，需要建立包含时空交通状态信息的模型。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是公开一种基于交通状态时空模型的路网性能判定方 法，提出了一种基于道路状态参数的时空模型，并在此模型的基础上对路网性能进行时间 和空间不同尺度上的分析。本专利技术解决技术问题的方案包括以下步骤1、获取交通流参数；2、进行交通子区动态划分；3、建立区域交通状态时空模型；4、对路网性能分析，并做出判定决策；其中，交通流参数是车辆到达排队队尾时间、排队等待时间和通过路口时间构成 的路段行程时间，交通子区动态划分采用周期原则对子区进行动态划分。本方法中所需要的交通流参数主要为路段行程时间(包括车辆到达排队队尾时间、排队等待时间和通过路口时间三部分)，此参数由GPS浮动车或固定检测器等检测方式 获得，经相关数据处理后直接作为模型输入，减少了冗余。由于交通系统的随机性、动态性等，在计算机容量、速度和性能方面等的限制下， 对整个网络进行统一的控制与诱导的协同显然是不现实的。交通状态分析的目的是为了更 好的对交通进行实施协调控制与诱导，以达到路网运营负载均衡、道路畅通的目的。研究表明，路网交通流的特性总是以区域为单位的，即几个相邻交叉口的交通流特性会在一段时 间内具有相似性。因此本专利技术首先将整个城市路网按行政区划静态的划分为几个控制区 域，并将其存储于相应的服务器中。然后按照周期原则对这些区域进行动态子区划分和调 整，每个子区包括1 10个交叉口，同时将相关数据进行动态存贮。在交通控制与诱导协同 条件下，按周期原则进行子区动态划分要经历一个判断过程交通子区合并或分离是以“合 并指标”是否达到“标准”来判断的。当相邻交叉口的“合并指数”达到标准时，将其合并为 一个子区；当“合并指数”未达到标准时，保持原状态；当“合并指数”将为0时，原属于同一 个子区的相邻交叉口拆分为不同的子区。接下来建立路网区域交通状态时空模型。首先建立路段时空模型。 采用交通控制 中心端GIS软件读取道路数据文件，建立道路拓扑关系，采用邻接表结构存贮数据。同时， 与以上所提出的交通子区划分建立动态链接，将子区划分结果以数据文件形式存入oracle 数据库，并实时更新子区数据。(通过oracle完成)然后按照本专利技术中规定提取相应的交 通流参数数据，计算得到路段行程时间。为了便于路网状态分析，由路段行程时间得到路段 交通状态系数，保存在路段属性表中。在路段时空模型的基础上建立区域交通状态时空模型。在道路拓扑关系数据中提 取路口物理邻接关系建立路口邻接矩阵。在路口邻接矩阵的基础上加入时变的路段交通状 态信息，便构成了包括时空信息的路段交通邻接状态阵。最后建立的路段交通状态连通矩 阵包括了时空信息、交通状态判别信息，能够满足交通状态分析的需要，可以作为区域交通 状态分析的模型。在以上子区动态划分和交通状态时空模型的基础上进行路网性能评价。路网性能 评价分两级，首先以交通子区为单位，对其路口可达性、路段连通性和交通状态时间序列进 行分析，评估区域道路交通运行状态，将判别结果以电子地图和数据的形式呈现出来；然后 以其上级区域为单位，从宏观角度同样进行这三种分析，可以很容易的发现交通拥堵的区 域及其发展趋势，以便于交通管理部门及时做出正确的疏导策略。按照本专利技术的思想进行建模、分析，可以从根本上找出交通拥挤问题的症结，从而 提出相应的拥挤疏导方案，使交通管理具有方向性、目的性和高效性，显著提高城市交通管 理的水平。附图说明图1路网性能分析流程图；图2城市交通控制系统层次示意图；图3周期原则子区动态划分过程；图4区域交通状态时空模型建模流程图；图5邻接表拓扑结构示意图；图6弧段状态属性图；图7拥挤度截值取λ τ = 0. 1时的路段连通图；图8拥挤度截值取λ τ = 0. 05时的路段连通图；图9路网区域可达性指标时间序列图。具体实施例方式为了更好地讲解本专利技术的技术方案，下面结合附图作进一步的详细描述，路网性能分析的流程如图1所示。本专利技术所适用的城市交通控制系统层次结构(如图2)大体上可分成中央监控中 心-区域控制中心-信号控制机。其中区域控制中心又包含几个子系统(也即子区)，每个 子系统控制1 10个信号控制机，若干个子系统组合为一个相对独立的系统。系统之间基 本上互不相干，而系统内部各子系统之间存在一定的协调关系。随客观交通状况的实时变 化，子系统既可以合并，也可以重新分开。中央监控中心，除了对整个控制系统运行状况及系统各项设备做集中监视之外， 还有专门用于系统数据库管理的计算机。执行管理任务的计算机，对所有各区域控制中心 的各项数据以及每一台信号控制器的运行参数作动态存贮(以不断更新的动态数据库形 式)O1.交通子区动态划分按信号周期长度来划分交通子区，被目前许多成功的交通控制系统所采用。周期 划分原则的实质是相邻交叉口信号最佳周期长度相近(周期差小于t秒)，表明其交通状 况相似。此时，交叉口合并实行信号协同控制，可使得合并后的各交叉口总延误小于合并前 的总延误。t值应根据当地实际情况，考察周期时长与交通状况的相关性，经实地观测调查后确定。周期原则子区动态划分过程在每一个信号控制周期及信息发布周期内，都要进行“合并指标”的判断计算。信 息发布周期，交通流诱导系统根据诱导车辆OD数据，经动态交通分配，得到路网各路段交 通流量，然后由区域交通控制中心计算出路网各交叉口最佳周期长，判断相邻交叉口周期 差。而信号控制周期内“合并指数”的判断计算是根据车辆检测器检测到的交叉口实时交 通流量，结合历史流量数据，也由区域交通控制中心经动态交通模型计算各交叉口最佳周 期时长，判断相邻交叉口周期差。若相邻交叉口各自所要求的信号周期长度相差不超过t 秒，则“合并指数”累积值加1，反之减1。若“合并指数”的累积值达到“s”，则可认为相邻 交叉口已经达到合并为一个子区的“标准”。合并后的子区，在必要时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交通状态时空模型的路网性能判定方法，其特征包括以下步骤：（１）获取交通流参数；（２）进行交通子区动态划分；（３）建立区域交通状态时空模型；（４）对路网性能分析，并做出判定；其中，交通流参数是车辆到达排队队尾时间、排队等待时间和通过路口时间构成的路段行程时间，交通子区动态划分采用周期原则对子区进行动态划分。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兆升，于德新，杨楠，于悦，张茂雷，林赐云，龚博文，杨庆芳，郑黎黎，高歌，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]