[发明专利]一种道路拥堵预警及拥堵形成时间预测方法

权利要求书

1.一种道路拥堵预警及拥堵形成时间预测方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：获取天数为D的道路流量和速度历史数据，进行高斯滤波处理；

步骤2：根据道路交通历史数据，计算路段即将发生拥堵时流量增长斜率参考值k、拥堵形成时间参考值t和流量连续超过参考值的比例p；

通过计算流量上升沿和速度下降沿的方式确定道路拥堵，对于历史数据中某天的数据，计算流量大于流量预警值时刻的上升沿，时间记为Lt₀，每天速度小于速度参考值时刻的下降沿，时间记为Vt₀；计算Lt₀前kn点的流量增长斜率k_td，Lt₀前pn点流量连续超过参考值的比例参考值p_td，拥堵形成时间t_td为Vt₀和Lt₀的差值，路段k、t、p分别为k_td、p_td、t_td的中值；

步骤3：实时计算流量预警阈值，根据路段历史流量增长斜率k和i-1时刻实时流量增长斜率K_i-1，计算实时流量预警阈值Tl_i，如果当前流量超出Tl_i，则发出流量告警并计算实时的拥堵形成时间；

步骤4、根据实时流量预警阈值Tl_i，计算实时流量连续超过实时流量预警阈值的比例P_i，根据路段历史流量增长斜率k和当前实时流量增长斜率K_i、路段历史流量连续超过参考值的比例p和实时流量连续超过Tl_i的比例P_i、路段历史拥堵形成时间参考值t，计算实时的拥堵形成时间T。

2.如权利要求1所述的一种道路拥堵预警及拥堵形成时间预测方法，其特征在于：所述方法还包括以下步骤：步骤5、保存实时数据，间隔一段时间后，更新k、t、p。

3.如权利要求1或2所述的一种道路拥堵预警及拥堵形成时间预测方法，其特征在于：所述步骤2中，计算过程包括：

2.1)寻找历史数据中流量的上升沿

选取n个路段中某个路段，流量预警值记为tl₀，从历史数据中得到每天流量最大值，tl₀的取值可根据当天流量最大值确定，卡口流量数据是不规则的曲线，流量在上升过程或者下降过程都可能超过预警值，一天的数据i时刻的流量记为l_i，如果l_i＞tl₀，可能存在拥堵，采用公式(1)所示的方式寻找流量大于预警值时的上升沿：

其中，l_i是i时刻道路的流量值，l_s是时刻i之前的流量值，l_q是时刻i之后的流量值，s和q分别代表时刻i的前后ln个点的时间坐标，函数1{·}表示大括号中条件成立则值为1，否则值为0；pl_l是时间点i前ln个点中，流量值小于l_i的比例，pl_h是时刻点i后ln个点中，流量值大于l_i的比例，ln的取值按照实际路段数据确定；如果pl_l和pl_h同时满足大于等于一定值，则判定存在一个流量超过预警值的上升沿，并保存到时间坐标向量Lt；

2.2)计算历史数据中速度下降沿

i时刻的速度记为v_i，如果v_i＜v₀，存在拥堵，按照公式(2)的方式计算速度下降沿；

其中，v_i是时刻点i的速度值，v_s是时刻点i之前的速度值，v_q是时刻点i之后的速度值，函数1{·}表示大括号中条件成立则值为1，否则值为0，pv_l是时刻点i前vn个点中，速度值大于v_i的比例，pv_h是时刻点i后vn个点中，速度值小于v_i的比例，vn的取值按照实际数据确定，如果pv_h和pv_l同时满足大于一定值，则判断速度存在一个下降沿，并记录速度下降沿的时间坐标Vt；

2.3)计算每天流量增长斜率k和拥堵形成时间t

流量极大值的时间坐标Lt和速度下降沿的时间坐标Vt中可能存在多个值，取出Lt中与Vt值相差T_lv时之内的值，组成向量Lt′和Vt′，T_lv是速度下降沿时间和流量上升沿时间差的阈值，要根据实际路网数据设置；如果此时Lt′和Vt′仍然存在多个值，则进行如下处理；

①如果Lt′或Vt′存在多个相差小于半个小时的值，则取这些值的均值；

②如果经过①处理后Lt′或Vt′仍然存在多个值，且多个值相差均大于2*T_lv，则取第一个值；经过以上处理后，Lt′或Vt′中只剩下一个值，记为Lt₀或Vt₀；

采用回归或者最小二乘法计算时刻Lt₀前kn点内流量的斜率k_td，其中，k_td是道路每天流量增长斜率，kn代表取几个点计算的斜率，取值由实际路网数据决定；拥堵形成时间按照公式(3)计算，因为速度下降相对于流量上涨存在一定的滞后，只取大于0的数据，t_td是道路每天拥堵形成时间；

t_td＝Vt₀-Lt₀ (3)

流量增长速度相对较缓，但是连续时间段内流量维持在告警值附近，也容易造成拥堵，加速拥堵形成，l₀是流量参考值，根据流量预警值设定；流量达到预警阈值时前pn个点，流量连续超过参考值的比例p_td通过公式(4)计算，p_td越大形成拥堵的机会越大，时间越短；

2.4)计算路段流量增长斜率k，拥堵形成时间t和连续超过参考值的比例p

上述流量增长斜率，拥堵形成时间和连续超过参考值的比例计算均是针对一天的数据，对于一个路段的参数需要综合各天数据计算，按照公式(5)计算；

其中，k是路段流量增长斜率，t是拥堵形成时间，p是相邻一段时间内流量连续超过参考值的比例，median(·)是取中值函数。