一種基於微波地磁數據的交叉口最大排隊長度計算方法與流程

2023-12-09 17:50:31 1

本發明涉及交通管控領域，具體涉及一種基於微波地磁數據的交叉口最大排隊長度計算方法。

背景技術：

交叉口的最大排隊長度不僅可以反映交叉口處車流的運行狀況，也可以衡量交通擁擠程度、評價交叉口的總體運行效率、為交叉口處的交通優化及信號配時提供有力的支持。

近年來，各個城市的機動車保有量不斷增長，尤其是早晚高峰期間，城市道路擁擠、交叉口二次排隊等情況愈發嚴重。雖然目前存在一些交叉口最大排隊長度的計算方法，但並未利用好現有的微波和地磁等交通基礎設施，也沒有得到各地交通部門的廣泛認可。

基於微波地磁數據來計算交叉口的最大排隊長度，實質上是利用微波地磁設備獲取道路上離散分布的車輛基礎數據，同時考慮交叉口中上一時段是否存在滯留車輛數，對最大排隊長度進行求解，如圖2所示，以路段微波設備所在的路段截面為參照線，獲取經過該路段截面的車輛到達率，以交叉口的地磁設備所在截面為參照線，求得到達交叉口的車輛到達率，同時利用交叉口的地磁設備獲取各流向比例，融合加權移動平均法標定交叉口流向預測比例，再考慮交叉口中上一時段的滯留車輛數，最終計算出交叉口的最大排隊長度。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供了一種基於微波地磁數據的交叉口最大排隊長度計算方法，克服了目前在計算排隊長度中並未有效結合微波地磁數據的盲目性。

本發明先通過路段微波設備獲取上遊路段的車輛到達率，結合車輛離散情況下的幾何分布優化模型標定出交叉口處的車輛到達率，利用交叉口的地磁設備獲取各流向比例，融合加權移動平均法標定交叉口流向預測比例，同時考慮上一時段是否存在滯留車輛，對交叉口的最大排隊長度進行計算，提高了交叉口最大排隊長度計算的科學性和實用性。

本發明包括以下步驟：

A)根據微波和地磁分別獲取上遊車輛到達率和交叉口流向比例

a)根據路段微波設備獲取上遊路段的車輛到達率

這裡包括如下三個參數：統計時間間隔△t，tn時段內路段微波採集的交通量Q(tn)，上遊路段的車輛到達率qup(tn)；

b)根據進口道地磁設備獲取交叉口流向比例

這裡包括以下參數：tn時段左轉流量L(tn)，直行流量S(tn)，右轉流量R(tn)，左轉流向比例kL(tn)，直行流向比例kS(tn)，右轉流向比例kR(tn)，流向比例概率向量N(tn)。

B)標定交叉口的車輛到達率和流向預測比例

a)結合幾何分布模型標定交叉口的車輛到達率

獲取上遊路段的車輛到達率後，結合車輛離散情況下的幾何分布優化模型，標定交叉口的車輛到達率；

這裡包括如下幾個參數:tn時段內交叉口的車輛到達率qdown(tn)，統計時間間隔△t，各個時間段k，車隊離散係數α，路段微波設備所在截面至地磁設備所在截面之間的車輛行駛時間t0；

b)融合加權移動平均法標定交叉口流向預測比例

為達到利用數據進行動態預測的目的，結合加權移動平均法，以三個連續的流向比例概率向量為一組數據來標定下一時段的流向比例概率預測向量；

這裡的計算參數包括：tn時段的流向比例概率預測向量N′(tn)，左轉流向預測比例直行流向預測比例右轉流向預測比例三個權重係數α、β、γ。

C)計算一條車道的滯留車輛數

標定交叉口的車輛到達率和流向預測比例後，結合車道的飽和流率、綠信比、流向比例、車道數等交通參數，對一條車道的滯留車輛數進行求解；

這裡的計算參數包括：tn時段內i流向一條車道的滯留車輛數Ri(tn)，交叉口的車輛到達率qdown(tn)，交叉口內i流向的流向比例ki(tn)，i流向一條車道的飽和流率Si，i流向的綠信比λi，i流向的綠燈通行時長tei，i流向的車道數mi。

D)計算一條車道的最大排隊長度

根據以本時段到達率和流向比例確定的到達車輛數，綜合上一時段所滯留的車輛數，確定一條車道的最大排隊長度；

這裡的計算參數包括：tn時段內i流向一條車道的最大排隊車輛數Pi(tn)，交叉口的車輛到達率qdown(tn)，交叉口內i流向的流向比例ki(tn)，到達車輛修正係數γ，i流向的紅燈時長tri，i流向的車道數mi，上一時段i流向一條車道的滯留車輛數Ri(tn-1)。

本發明在交叉口最大排隊長度的計算方法中，先通過路段微波設備獲取上遊路段的車輛到達率，結合車輛離散情況下的幾何分布優化模型標定出交叉口處的車輛到達率，利用交叉口的地磁設備獲取各流向比例，融合加權移動平均法標定交叉口流向預測比例，同時考慮上一時段是否存在滯留車輛，對交叉口的最大排隊長度進行計算。

本發明有益效果：本發明與現有技術相比具有如下特點：

1)本發明在計算交叉口的最大排隊長度過程中，所需的上遊路段車輛到達率和交叉口的車輛到達率都是以路段微波數據為基礎計算得來，交叉口的流向比例和流向預測比例都是由地磁數據為基礎計算得來，充分體現了「數據時代」的特點。

2)本發明在一條車道滯留車輛數的計算方法中，利用交叉口的車輛到達率和流向比例的關係，並結合綠信比、飽和流率等交通參數，先求得某流向總的滯留車輛數，最後根據該流向的車道數將其平均到一條車道上。

3)本發明在交叉口的最大排隊長度計算方法中，利用交叉口的車輛到達率和流向比例的關係，並乘以到達車輛修正係數，同時考慮上一時段是否存在滯留車輛，對交叉口的最大排隊長度進行計算。

附圖說明

圖1是本發明方法流程圖；

圖2是路段微波和地磁設備布設示意圖；

圖3為時段、概率向量和預測向量之間的關係示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步說明：

如圖1所示，一種基於微波地磁數據的交叉口最大排隊長度計算方法,步驟包括：根據微波和地磁分別獲取上遊車輛到達率和交叉口流向比例、標定交叉口的車輛到達率和流向預測比例、計算一條車道的滯留車輛數、計算一條車道的最大排隊長度。

A)根據微波和地磁分別獲取上遊車輛到達率和交叉口流向比例

a)根據路段微波設備獲取上遊路段的車輛到達率

這裡包括如下三個參數：統計時間間隔△t，tn時段內路段微波採集的交通量Q(tn)，上遊路段的車輛到達率qup(tn)；

如圖2所示，在距離交叉口地磁設備L的上遊路段布設微波檢測器，tn時段內路段微波設備採集的交通量為Q(tn)，統計時間間隔為△t，以路段微波設備所在的路段截面為參照線，得到上遊路段的車輛到達率為：

b)根據進口道地磁設備獲取交叉口流向比例

這裡包括以下參數：tn時段左轉流量L(tn)，直行流量S(tn)，右轉流量R(tn)，左轉流向比例kL(tn)，直行流向比例kS(tn)，右轉流向比例kR(tn)，流向比例概率向量N(tn)。

通過交叉口進口道布設的地磁設備，檢測到tn時段的左轉流量L(tn)、直行流量S(tn)、右轉流量R(tn)，得到tn時段左轉的流向比例為：

直行的流向比例為：

右轉的流向比例為：

流向比例概率向量為：

N(tn)＝(kL(tn),kS(tn),kR(tn))

流向比例概率向量中的分量kL(tn)、kS(tn)、kR(tn)分別為tn時段交叉口左轉、直行、右轉的流向比例。

B)標定交叉口的車輛到達率和流向預測比例

a)結合幾何分布模型標定交叉口的車輛到達率

獲取上遊路段的車輛到達率後，結合車輛離散情況下的幾何分布優化模型，標定交叉口的車輛到達率；

這裡包括如下幾個參數:tn時段內交叉口的車輛到達率qdown(tn)，統計時間間隔△t，各個時間段k，車隊離散係數α，路段微波設備所在截面至地磁設備所在截面之間的車輛行駛時間t0；

以交叉口的地磁設備所在截面為參照線，結合優化後的車輛離散情況下幾何分布模型，交叉口的車輛到達率為：

b)融合加權移動平均法標定交叉口流向預測比例

為達到利用數據進行動態預測的目的，結合加權移動平均法，以三個連續的流向比例概率向量為一組數據來標定下一時段的流向比例概率預測向量；

這裡的計算參數包括：tn時段的流向比例概率預測向量N′(tn)，左轉流向預測比例直行流向預測比例右轉流向預測比例三個權重係數α、β、γ；

利用加權移動平均法，以三個連續的流向比例概率向量為一組數據來標定下一時段的流向比例概率預測向量，以此達到動態預測的目的，tn時段流向比例概率預測向量為：

流向比例概率預測向量中的分量即為所預測的tn時段交叉口左轉、直行、右轉的流向比例。

如圖3所示，t0時段流向比例概率向量為N(t0)，t1時段流向比例概率向量為N(t1)，t2時段流向比例概率向量為N(t2)，t3時段流向比例概率向量為N(t3)，則t3時段的流向比例概率預測向量為：

N′(t3)＝αN(t0)+βN(t1)+γN(t2)

t4時段的流向比例概率預測向量為：

N′(t4)＝αN(t1)+βN(t2)+γN(t3)

按照上述方法，對流向比例概率預測向量逐步進行動態標定。

C)計算一條車道的滯留車輛數

標定交叉口的車輛到達率和流向預測比例後，結合車道的飽和流率、綠信比、流向比例、車道數等交通參數，對一條車道的滯留車輛數進行求解；

這裡的計算參數包括：tn時段內i流向一條車道的滯留車輛數Ri(tn)，交叉口的車輛到達率qdown(tn)，交叉口內i流向的流向比例ki(tn)，i流向一條車道的飽和流率Si，i流向的綠信比λi，i流向的綠燈通行時長tei，i流向的車道數mi；

在本發明中，滯留車輛數是指上一時段的排隊車輛中，在綠燈期間並未通過停車線而造成二次排隊的車輛數；在計算一條車道的滯留車輛數時，利用交叉口的車輛到達率和流向比例的關係，並結合綠信比、飽和流率等交通參數，先求得某流向總的滯留車輛數，最後除以該流向的車道數，將總的滯留車輛數平均到一條車道上，一條車道的滯留車輛數為：

在上式中，交叉口的流向i取值L、S、R，分別代表左轉、直行、右轉的流向；如上式所示，若某流向到達的車輛數小於其通行能力，滯留的車輛數則為0。

D)計算一條車道的最大排隊長度

根據以本時段到達率和流向比例確定的到達車輛數，綜合上一時段所滯留的車輛數，以此確定一條車道的最大排隊長度；

這裡的計算參數包括：tn時段內i流向一條車道的最大排隊車輛數Pi(tn)，交叉口的車輛到達率qdown(tn)，交叉口內i流向的流向比例ki(tn)，到達車輛修正係數γ，i流向的紅燈時長tri，i流向的車道數mi，上一時段i流向一條車道的滯留車輛數Ri(tn-1)。

在計算一條車道的最大排隊長度時，利用本時段交叉口的車輛到達率和流向比例的關係，並用到達車輛修正係數加以修正先求得某流向紅燈期間總的到達車輛數，再除以該流向的車道數，最後加上上一時段所滯留的車輛數，一條車道的最大排隊長度為：

應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。