[发明专利]一种高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法

说明书

技术领域

本发明属于高速公路交通信息采集技术领域，涉及一种非等距多目标优化的高速公路信息采集点布局方法。

背景技术

随着高速公路的发展，车流量的增加，相应的高速公路交通拥挤、交通安全和环境污染等问题也逐渐表现出来。发达国家交通发展实践证明，发展ITS智能交通系统是解决交通拥堵、减少交通事故、防止交通污染、提高交通管理水平的最有效的办法。先进的道路交通管理系统ATMS作为ITS核心子系统，其核心功能是对道路交通状态进行识别、对道路交通流进行控制、对紧急事件做出快速反应，从而实现缓解道路交通运行状态中的常发性和偶发性交通拥挤，缩短出行时间，降低能耗，减少交通事故，提高交通管理水平，实现道路交通社会效益与经济效益最大化。实现ATMS功能的前提是能够实时、准确地识别道路交通运行状态，这就需要获得实时、准确的道路网络的动态交通流信息。

现在常用自动信息采集的方式获取动态交通流信息，常用的如检测器法，包括线圈、红外、超声波、微波及视频检测技术，能够获得较为准确的断面交通流信息，如流量、速度、占有率等，在此基础上，可进行拥挤检测、事件判断、行程时间估计。此类信息的精度和可靠性与检测器性能、检测点密度及交通流的动态性及布设位置密切相关，需进行系统性地协调与优化设计。因此，对如何最优布设信息采集点位置进行研究是十分必要的。

由于交通运行环境的复杂性、运行状态的不确定性使得交通仿真成为一种有效手段应用于采集点的方案设计；预设采集点设置方案进而验证方案设计的合理性成为一种普遍的研究思路，但是，该思路受经验影响，难以保证最终采用方案为最优方案；交通运行过程中，由于道路条件和交通设施的变化，道路各截面发生拥挤的机会并不相同。现有的采集点等距布设模式，满足同样的交通拥挤监控需要将浪费更多资源；未能针对交通运行不稳定的路段进行针对性的布设，使现有的采集点设计方案对交通事件的反应不够敏感。

为克服上述方法的缺陷，本发明针对高速公路交通信息采集点优化问题，提出一种非等距多目标优化的高速公路信息采集点布局新方法。

发明内容

技术问题：本发明提供了一种非等距多目标优化的高速公路交通信息采集点布局方法，该方法以监控效果、检测精度、成本控制为优化目标，可在精度约束和成本约束作用下找到信息采集点布局的最优化平衡。

技术方案：一种高速公路交通信息采集点非等距优化布局方法，该方法包括如下步骤：

1)在微观仿真软件中构筑高速公路运行环境，从起点开始每隔50m间距设置一个固定式采集点，共设置n个采集点，形成采集点备选方案{1,…,n}；

2)基于步骤1)得到的采集点备选方案，每隔一定时间记录一次仿真平均速度，记录若干次，第t次第i采集点处的平均速度记为t∈{1,…,12}；

计算每次记录的相邻两采集点速度差i∈{2,…,n}，t∈{1,…,12}；

计算仿真时间内相邻两采集点速度差平均值计算方差绘制方差曲线图，其中横坐标为备选采集点序号，纵坐标为方差值；

3)基于步骤2)中速度差方差及方差曲线图，在采集点备选方案中取相邻节点速度差方差最大的点加入采集点优化方案，编号记为j，j∈{1,…,p}；

4)考虑到采集点覆盖范围为500米，因此在选定一个采集点时，采集点上下500米距离将不会布设新的采集点，清除该点和由该采集点分别向上、向下推延的9个采集点的速度差方差数据，剩下n-19组重新构成采集点备选方案，保留步骤2)中剩下n-19组数据，作为新的方差曲线图；

5)基于步骤3)中得到的采集点优化方案，计算通过所选取的采集点断面处所有车辆瞬时速度算数平均值，即时间平均速度m为仿真时间段内通过的车辆总数，通过的车辆编号记为k，k∈{1,…,m}；计算速度方差根据时间平均车速与空间平均车速关系计算空间平均车速计算路段估计行程时间t^*；

6)精度判断，迭代：将步骤5)中计算得到的采集点路段估计行程时间t^*与实测行程时间t相比，若得到|1-t^*/t|≤5％，则满足精度要求停止迭代；否则返回步骤3)，在新的方差曲线图中搜寻方差最大的点加入采集点优化方案。

7)重复步骤4)、5)、6)，直到精度满足要求，迭代终止，给出信息采集点优化方案。

所述采集点为环形线圈。

所述一定时间为5分钟，所述记录次数为12次。