CN109993972B - 道路交通管控时间的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种道路交通管控时间的计算方法,包括:S1:确定车流速度v与行驶时间t关系;S2:确定路段时间占有率与空间占有率的关系;S3:获得管控时间T的计算模型;S4:设定管控区域路网长度L,获得平均交通量Q和的采集平均交通量T的时间段函数关系Q=F(T);S5:将F(T)带入计算模型,并令计算模型等于0,进行求解,即可得到管控时间T;S6:判断步骤S5求解得到管控时间是否唯一,若否,则将非负数的解中值最小的解作为最终的管控时间,若是,则将该唯一解作为最终的管控时间;本发明通过预设管控区域长度,根据交通时间占有率和空间占有率的关系,建立交通管控时间的计算模型,以精确优化和确定管控时间,减少管控的成本,提高管控的效率。
Description
技术领域
本发明涉及交通管理的技术领域,具体涉及一种道路交通管控时间的计算方法。
背景技术
随着社会的发展,汽车的保有量逐渐增加,然而用于汽车行驶的道路的增量远远不及汽车保有量的增加速度,这就造成了现代城市道路的拥堵现象日益严重,此案有的交通管控主要是历史统计的交通道路拥堵情况,在确定管控区域大小的前提下,粗略的确定管控区域的管控时间,而管控区域一年365天的交通量变化并不完全相等,在不同的月份、不同的气候或其他的因素的影响下会发生每天的交通量变化不尽相同,管控时间的不清楚确定,例如,管控时间与拥挤交通发生的时间段偏差过大,或者管控时间设置得过窄,或者管控时间设置过长,都会给缓解交通拥堵情况造成影响,使相应的拥堵区域不能及时进行交通疏导,甚至会增加交通管控的成本。
因此,需要提出一种能够精确计算道路交通管控时间的计算方法。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种道路交通管控时间的计算方法,通过预先设定管控区域长度,根据交通时间占有率和空间占有率的关系,建立交通管控时间的计算模型,以精确优化和确定管控时间,减少管控的成本,提高管控的效率。
本发明提供一种道路交通管控时间的计算方法,包括步骤:
S1:确定车流速度v与行驶时间t关系,具体为:
f(t)=a0+2a1t+3a2t2+...+(n+1)antn (1)
其中,f(t)表示道路行驶的车流速度v与行驶时间t的函数关系,ak表示第k个道路等级相关系数,n表示道路等级相关系数的总数量;
S2:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体为:
在同一速度下,
Oct=Ocs (2)
其中,Oct表示路段时间占有率,Ocs表示路段空间占有率;
S3:设定在管控时间T内,对时间占有率与空间占有率积分,并结合(1)式得到管控时间T的计算模型,具体为:
其中,H(T)表示T的函数,L表示管控区域路网长度,Q表示管控时间T内的平均交通量;
S4:设定管控区域路网长度L,并采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量,获得平均交通量Q和的采集平均交通量T的时间段函数关系Q=F(T);
S5:将F(T)带入(3)式,并令(3)式等于0,进行求解,即可得到管控时间T;
S6:判断步骤S5求解得到管控时间是否唯一,若否,则将非负数的解中值最小的解作为最终的管控时间,若是,则将该唯一解作为最终的管控时间。
进一步,所述步骤S4中采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量具体包括步骤:
S41:初始化平均交通量的下限阈值Qlower;
S42:判断管控当天是工作日还是非工作日,若是工作日,则进入步骤S43,若是非工作日,则进入步骤S44;
S43:采集管控当日的历史参考日Ⅰ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅰ是指与管控当日最接近的M1个工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M1为正数,且3≤M1≤5;
S44:采集管控当日的历史参考日Ⅱ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅱ是指与管控当日最接近的M2个非工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M2为正数,且2≤M2≤4;
S45:从未被遍历的Qij中随机选取任一Qij,判断Qij>Qlower是否成立,若不成立,则将相应的Qij剔除,若成立,则将不做处理;进入步骤S46;其中,Qij表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天的第j个采样时间段的平均交通量;
S46:重复步骤S45,直到所有Qij都被遍历,得到剩余的Qij’,进入步骤S49;其中,Qij’表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天保留的第j’个采样时间段的平均交通量;
S49:从未被遍历的Qij’随机选取任一Qij’,判断Qij’对应的采样时间段≥30min是否成立,若成立,则不做处理,若不成立,则将相应的Qij’剔除,进入步骤S410;
S410:用保留的Qij’和对应的Ti拟合得到平均交通量Q和的采集平均交通量的时间段T函数关系Q=F(T)。
进一步,所述步骤S1中确定车流速度v与行驶时间t关系,具体包括:
S11:在道路行驶的车流速度v的倒数与行驶时间t存在一定的函数关系,所述函数关系用下式表示:
S12:将f(t)通过泰勒公式展开得到(1)式。
进一步,所述步骤S2中确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
S12:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
设定T’时间内,长度为L’的道路上有N’辆车,第k辆车的车辆长度为lk,速度为vk,则路段时间占有率Oct的计算公式为:
同理,路段空间占有率Ocs的计算公式为:
由(7)式和(8)式可得,在同一速度下,Oct和Ocs满足(2)式。
进一步,获得公式(4)中路段交通流的平均行驶速度,具体包括:
在计测路段设置车辆检测装置,设检测车辆数为N,在一定的行驶时间ti内得到的车辆速度依次为vi1,vi2,vi3,……,viN,则车辆的平均速度为
进一步,所述步骤S3具体包括:在设定的管控时间T内,对时间占有率与空间占有率积分得:
将(1)式带入(9)式得到:
将T内平均交通量Q带入空间占有率得:
由(9)、(10)和(11)式,得到:
对(12)式进行变换,得到:
进一步,所述0.85Cp≤Qlower≤0.9Cp,Cp表示管控区域的道路通行能力。
本发明的有益效果:本发明通过预先设定管控区域长度,根据交通时间占有率和空间占有率的关系,建立交通管控时间的计算模型,以精确优化和确定管控时间,减少管控的成本,提高管控的效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述:
图1为本发明的流程示意图;
具体实施方式
如图1所示,本发明提供的一种道路交通管控时间的计算方法,包括步骤:
S1:确定车流速度v与行驶时间t关系,具体为:
f(t)=a0+2a1t+3a2t2+...+(n+1)antn (1)
其中,f(t)表示道路行驶的车流速度v与行驶时间t的函数关系,ak表示第k个道路等级相关系数,n表示道路等级相关系数的总数量;(1)式可根据采集到tk与采用最小二乘法或现有的拟合软件拟合得到,相关系数需R2>0.98。tk表示第k计测道路采样时间段,表示在第k计测道路采样时间段的交通流平均行驶速度。n的取值与道路等级有关,在此为已知参数。
S2:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体为:
在同一速度下,
Oct=Ocs (2)
其中,Oct表示路段时间占有率,Ocs表示路段空间占有率;
S3:设定在管控时间T内,对时间占有率与空间占有率积分,并结合(1)式得到管控时间T的计算模型,具体为:
其中,H(T)表示T的函数,L表示管控区域路网长度,Q表示管控时间T内的平均交通量;
S4:设定管控区域路网长度L,并采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量,获得平均交通量Q和的采集平均交通量T的时间段函数关系Q=F(T)。F(T)表示Q与T的函数关系。
S5:将F(T)带入(3)式,替代Q,来为(3)式的未知量降维,并令(3)式等于0,进行求解,即可得到管控时间T;
S6:判断步骤S5求解得到管控时间是否唯一,若否,则将非负数的解中值最小的解作为最终的管控时间,若是,则将该唯一解作为最终的管控时间。通过上述方法,预先设定管控区域长度,根据交通时间占有率和空间占有率的关系,建立交通管控时间的计算模型,以精确优化和确定管控时间,减少管控的成本,提高管控的效率。
所述步骤S4中采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量具体包括步骤:
S41:初始化平均交通量的下限阈值Qlower;
S42:判断管控当天是工作日还是非工作日,若是工作日,则进入步骤S43,若是非工作日,则进入步骤S44;
S43:采集管控当日的历史参考日Ⅰ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅰ是指与管控当日最接近的M1个工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M1为正数,且3≤M1≤5;
S44:采集管控当日的历史参考日Ⅱ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅱ是指与管控当日最接近的M2个非工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M2为正数,且2≤M2≤4;
S45:从未被遍历的Qij中随机选取任一Qij,判断Qij>Qlower是否成立,若不成立,则将相应的Qij剔除,若成立,则将不做处理;进入步骤S46;其中,Qij表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天的第j个采样时间段的平均交通量;
S46:重复步骤S45,直到所有Qij都被遍历,得到剩余的Qij’,进入步骤S49;其中,Qij’表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天保留的第j’个采样时间段的平均交通量;
S49:从未被遍历的Qij’随机选取任一Qij’,判断Qij’对应的采样时间段≥30min是否成立,若成立,则不做处理,若不成立,则将相应的Qij’剔除,进入步骤S410;
S410:用保留的Qij’和对应的Ti拟合得到平均交通量Q和的采集平均交通量的时间段T函数关系Q=F(T)。本实施例中,采用现有拟合方法或者拟合软件来获得平均交通量Q和的采集平均交通量的时间段T函数关系Q=F(T),例如:采用最小二乘法获得Q=F(T),其相关性系数R2>0.98。本实施例中,Q=F(T)可能为多段表达式,即不同取值范围的T有不同形式的表达式。根据上述方法,可根据最近1天的历史数据,自适应精确获得Q和T的函数关系,带入(3)式进行未知量的降维。
所述步骤S1中确定车流速度v与行驶时间t关系,具体包括:
S11:在道路行驶的车流速度v的倒数与行驶时间t存在一定的函数关系,所述函数关系用下式表示:
S12:将f(t)通过泰勒公式展开得到(1)式。(1)式可根据采集到tk与采用最小二乘法或现有的拟合软件拟合得到,相关系数需R2>0.98。tk表示第k计测道路采样时间段,表示在第k计测道路采样时间段的交通流平均行驶速度。
进一步,所述步骤S2中确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
S12:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
设定T’时间内,长度为L’的道路上有N’辆车,第k辆车的车辆长度为lk,速度为vk,则路段时间占有率Oct的计算公式为:
同理,路段空间占有率Ocs的计算公式为:
由(7)式和(8)式可得,在同一速度下,Oct和Ocs满足(2)式。通过找到路段时间占有率和空间占有率的相等关系,建立管控时间T的计算模型,以精确优化和确定交通管控时间,减少管控的成本,提高管控的效率。
进一步,获得公式(4)中路段交通流的平均行驶速度,具体包括:
在计测路段设置车辆检测装置,设检测车辆数为N,在一定的行驶时间ti内得到的车辆速度依次为vi1,vi2,vi3,......,viN,则车辆的平均速度为
其中,表示在计测路段的行驶时间ti内车辆的平均速度。本实施例中,求车辆的平均速度,是求管控当天的前3天的管控时间段内的车辆平均速度,例如在管控当天的前3天的管控时间均为17:30至18:30的时间段,在此这3天中第一天经过管控区域的车辆速度依次为26km/h,25km/h,……,18km/h,第二天经过管控区域的车辆速度依次为20km/h,18km/h,……,26km/h,第三天经过管控区域的车辆速度依次为11km/h,9km/h,……,17km/h,在此3天内共计4623两经过管控区域,将这三天经过管控区域的车辆速度加权求平均则得到车辆的平均速度。
进一步,所述步骤S3具体包括:在设定的管控时间T内,对时间占有率与空间占有率积分得:
将(1)式带入(9)式得到:
将T内平均交通量Q带入空间占有率得:
由(9)、(10)和(11)式,得到:
对(12)式进行变换,具体为:
其中,表示道路交通流车辆的平均长度;lk'表示采集得到的管控当天的前M天的计测路段的第k’辆车辆长度,N1表示在管控当天的前M天通过计测路段的车辆数量。本实施例中,求车辆的平均长度,是求管控当天的前3天的管控时间段内的车辆平均速度,例如在管控当天的前3天的管控时间均为17:30至18:30的时间段,在此这3天中第一天经过管控区域的车辆长度依次为3.1m,3.5m,……,3.5m,第二天经过管控区域的车辆长度依次为3.3m,2.8m,……,3.1m,第三天经过管控区域的车辆长度依次为2.9m,3m,……,3.3m,在此3天内共计4623两经过管控区域,将这三天经过管控区域的车辆长度加权求平均则得到车辆的平均长度。
进一步,所述0.85Cp≤Qlower≤0.9Cp,Cp表示管控区域的道路通行能力,这样的取值可保证管控区域路段不被堵死,交通不会完全陷入瘫痪。
进一步,M为正数,且3≤M≤7。在参考历史数据来计算当日管控时间,需考虑与当日最接近的若干天时间的历史数据规律,管控当日的前1天或2天,并不能很好的观察交通量变化情况,其包含的交通信息也比较少,至少选取管控当日前3天的交通信息。但是选取的管控当日前太久的信息,对管控当日的交通信息的规律并没有太大的参考意义,因此,最多选取管控当日前最长7天的信息作为后续计算的参考信息,既保证了历史交通参考信息的完整性和丰富性,又减少了无用历史交通信息对交通管控时间计算精度的影响。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种道路交通管控时间的计算方法,其特征在于:包括步骤:
S1:确定车流速度v与行驶时间t关系,具体为:
f(t)=a0+2a1t+3a2t2+...+(n+1)antn (1)
其中,f(t)表示道路行驶的车流速度v与行驶时间t的函数关系,ak表示第k个道路等级相关系数,n表示道路等级相关系数的总数量;
S2:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体为:
在同一速度下,
Oct=Ocs (2)
其中,Oct表示路段时间占有率,Ocs表示路段空间占有率;
S3:设定在管控时间T内,对时间占有率与空间占有率积分,并结合(1)式得到管控时间T的计算模型,具体为:
其中,H(T)表示T的函数,L表示管控区域路网长度,Q表示管控时间T内的平均交通量;
S4:设定管控区域路网长度L,并采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量,获得平均交通量Q和的采集平均交通量T的时间段函数关系Q=F(T);
S5:将F(T)带入(3)式,并令(3)式等于0,进行求解,即可得到管控时间T;
S6:判断步骤S5求解得到管控时间是否唯一,若否,则将非负数的解中值最小的解作为最终的管控时间,若是,则将该唯一解作为最终的管控时间;
所述步骤S4中采集并计算管控区域的历史交通流的平均交通量具体包括步骤:
S41:初始化平均交通量的下限阈值Qlower;
S42:判断管控当天是工作日还是非工作日,若是工作日,则进入步骤S43,若是非工作日,则进入步骤S44;
S43:采集管控当日的历史参考日Ⅰ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅰ是指与管控当日最接近的M1个工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M1为正数,且3≤M1≤5;
S44:采集管控当日的历史参考日Ⅱ的各采样时间段的平均交通量,进入步骤S45;其中,所述历史参考日Ⅱ是指与管控当日最接近的M2个非工作日;所述采样时间段需预设,具体为:将每日划分成长度相等的若干采样时间段;M2为正数,且2≤M2≤4;
S45:从未被遍历的Qij中随机选取任一Qij,判断Qij>Qlower是否成立,若不成立,则将相应的Qij剔除,若成立,则将不做处理;进入步骤S46;其中,Qij表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天的第j个采样时间段的平均交通量;
S46:重复步骤S45,直到所有Qij都被遍历,得到剩余的Qij’,进入步骤S49;其中,Qij’表示管控当天的历史参考日Ⅰ或历史参考日Ⅱ中第i天保留的第j’个采样时间段的平均交通量;
S49:从未被遍历的Qij’随机选取任一Qij’,判断Qij’对应的采样时间段≥30min是否成立,若成立,则不做处理,若不成立,则将相应的Qij’剔除,进入步骤S410;
S410:用保留的Qij’和对应的Ti拟合得到平均交通量Q和的采集平均交通量的时间段T函数关系Q=F(T);
所述步骤S1中确定车流速度v与行驶时间t关系,具体包括:
S11:在道路行驶的车流速度v的倒数与行驶时间t存在一定的函数关系,所述函数关系用下式表示:
S12:将f(t)通过泰勒公式展开得到(1)式;
所述步骤S2中确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
S12:确定路段时间占有率与空间占有率的关系,具体包括:
设定T’时间内,长度为L’的道路上有N’辆车,第k辆车的车辆长度为lk,速度为vk,则路段时间占有率Oct的计算公式为:
同理,路段空间占有率Ocs的计算公式为:
由(6)式和(7)式可得,在同一速度下,Oct和Ocs满足(2)式。
5.根据权利要求1所述道路交通管控时间的计算方法,其特征在于:所述0.85Cp≤Qlower≤0.9Cp,Cp表示管控区域的道路通行能力。
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