[发明专利]一种基于聚类的收费站拥堵监测分析方法及系统

说明书

本发明提供了一种基于聚类的收费站拥堵监测分析方法及系统，包括：获取每个待监测收费站到达车流量时间序列和离开车流量时间序列；对于所有待监测收费站，分别基于到达车流量时间序列和离开车流量时间序列，进行聚类，得到每个待监测收费站的进站口和出站口所属的分组，并将每个分组中不存在拥堵状态的待监测收费站删除后，判断每个分组的拥堵时段；对于某个待监测收费站，根据该待监测收费站的进站口和出站口所属的分组，判断该待监测收费站的拥堵类型；对于每个拥堵类型，提取相关特征，计算每个相关特征的信息增益，判断造成每种拥堵类型的主要特征。进而为旧收费站优化提供策略指导，为新收费站合理化建设提供理论支持。

技术领域

本发明属于交通监测技术领域，尤其涉及一种基于聚类的收费站拥堵监测分析方法及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着汽车保有量的持续增加，高速公路车流量日益增长，逐渐出现出行需求与道路供给不均衡的情况，尤其在节假日和早晚高峰部分路段及收费站交通拥堵问题日益凸显，给出行者带来不便。

解决收费站拥堵问题，通常需从收费站改造、应急管控策略和收费站服务手段三个方面入手，首先是对收费站进行改扩建提质增效；再有可以利用主线限速、入口流量控制、收费通道数控制等管控手段加速收费站拥堵车流的消散过程，以及车道灵活开闭手段等应对具有潮汐性拥堵现象的收费站拥堵问题；另外还可以通过配置ETC收费车道、智慧交互系统、提高应急管理能力、强化业务技能、各部门联动保畅等管理手段提高收费站服务效率。

但是，现有技术主要针对拥堵的实时检测和短时调控，通常关注于收费站入口排队长度和短时流量的检测，常常忽略形成收费站拥堵的深层原因和拥堵规律，未从拥堵规律和相关因素分析的角度提出策略解决高速公路收费站拥堵问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于聚类的收费站拥堵监测分析方法及系统，通过车流时间序列聚类的方法明确收费站拥堵类型，针对不同类型的拥堵进一步进行相关特征影响分析，进而准确得到造成不同类型收费站拥堵的主要因素，旨在挖掘收费站拥堵的深层原因，进而辅助拥堵收费站的整改和优化。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于聚类的收费站拥堵监测分析方法，其包括：

获取每个待监测收费站到达车流量时间序列和离开车流量时间序列；

对于所有待监测收费站，分别基于到达车流量时间序列和离开车流量时间序列，进行聚类，得到每个待监测收费站的进站口和出站口所属的分组，并将每个分组中不存在拥堵状态的待监测收费站删除后，判断每个分组的拥堵时段；

对于某个待监测收费站，根据该待监测收费站的进站口和出站口所属的分组，判断该待监测收费站的拥堵类型；

对于每个拥堵类型，提取相关特征，计算每个相关特征的信息增益，判断造成每种拥堵类型的主要特征。

进一步地，所述聚类的具体步骤为：

设置不同的聚类参数；

分别在不同的聚类参数下，采用车流时间序列聚类算法对所有收费站的到达车流量时间序列或离开车流量时间序列进行聚类，得到不同聚类参数下的聚类结果；

通过对比不同聚类结果的轮廓系数，得到最优聚类结果。

进一步地，所述车流时间序列聚类算法的具体步骤包括：

(1)在所有收费站的车流量时间序列中随机选择若干个收费站的车流量时间序列作为初始质心；