[发明专利]一种交通流组成影响的信号交叉口交通需求估算方法

摘要

本发明属于智能交通控制技术领域，一种交通流组成影响的信号交叉口交通需求估算方法，适用于干线和区域道路系统。考虑多种车辆类型和车队离散特性，在交叉口进口道停止线及其上游断面分别设置车辆检测器，并由此获取多个交通流数据集，基于这些数据集提出了车队离散系数标定方法，进而建立了交通需求估算模型。此外，给出了上述模型和方法的技术应用流程。借助计算机编程软件MATLAB和交通仿真软件VISSIM，使用案例说明了技术应用流程。结果表明，针对多种类型车辆构成的交通流，新方法能精确地估算信号交叉口车道组交通需求。

主权项

1.一种交通流组成影响的信号交叉口交通需求估算方法，先在信号交叉口进口道停止线处及其上游断面分别设置获取各股交通流数据的车辆检测器，并基于所获数据标定车队离散系数，然后再估算交叉口车道组交通需求，其特征在于，具体步骤如下：(1)数据集定义A为路网中任意两个交叉口i和i′的关系矩阵；Α＝(a_ii′)_I×I，i,i′∈{1,2,…,I}，I为交叉口数；当交叉口i′与i相邻时，a_ii′＝1，否则，a_ii′＝0；B_ii′为交叉口i进口道j和交叉口i′出口道k′的关系矩阵；j∈{1,2,…,J_i}，k′∈{1,2,…,K_i′}，J_i为交叉口i进口道数，K_i′为交叉口i′出口道数；当交叉口i进口道j与交叉口i′出口道k′属于同一路段时，b_jk′＝1，否则，b_jk′＝0；C_i为交叉口i内出口道k和车流m的关系矩阵；k∈{1,2,…,K_i}，m∈{1,2,…,M_i}，K_i、M_i分别为交叉口i的出口道数、车流数；当车流m在出口道k有通行权时，c_km＝1，否则，c_km＝0；为交叉口i′进口道j′停止线与交叉口i进口道j上游断面之间的距离，j′∈{1,2,…,J_i′}，J_i′为交叉口i′进口道数；为交叉口i′进口道j′停止线与交叉口i进口道j停止线之间的距离；为第w类车由交叉口i′驶向i时的期望速度；为从交叉口i′进口道j′停止线至交叉口i进口道j上游断面的第w类车的期望行驶时间，为从交叉口i′进口道j′停止线至交叉口i进口道j停止线的第w类车的期望行驶时间，a为整数变量，w∈{1,2,…,W}，W为车辆类型数，ceil为向上取整，max为取最大值；T为分析期时长；为对于时段(t,t+T)，交叉口i车流m第w类车所有采样间隔内通过停止线的实际车辆数的集合；为对于时段(t‑a,t)，交叉口i车流m第w类车所有采样间隔内通过停止线的实际车辆数的集合；为对于时段(t‑a,t+T)，交叉口i车流m第w类车所有采样间隔内通过停止线的实际车辆数的集合；为对于时段(t‑a,t+T)，交叉口各股车流第w类车所有采样间隔内通过停止线的实际车辆数的集合；对于交叉口i进口道j，当a_ii′＝1且b_jk′＝1时，记此时交叉口为进口道j的上游交叉口；为对于时段(t,t+T)，交叉口i进口道j第w类车所有采样间隔内通过上游断面的实际车辆数的集合；为对于时段(t‑a,t)，交叉口i进口道j第w类车所有采样间隔内通过上游断面的实际车辆数的集合；为对于时段(t‑a,t+T)，交叉口i进口道j第w类车所有采样间隔内通过上游断面的实际车辆数的集合；(2)检测器布设在各交叉口每条进口道停止线及其上游断面布设车辆检测器，停止线及其上游断面之间的距离大于高峰期所在进口道的最大排队长度；根据和计算得到进而获得a值；利用停止线处车辆检测器获取该断面每股车流各类车所有采样间隔内的驶离车辆数，即数据集利用进口道上游断面检测器获取该断面各类车辆所有采样间隔内的到达车辆数，即数据集式中：S_ij为交叉口i进口道j上游断面及其停止线之间的距离；β_ii′为距离系数，β_ii′∈(0,1)；D_i′,i为针对交叉口i进口道j，交叉口i′与i的进口道停止线间距；(3)数据处理(3.1)停止线处检测器数据利用式(2)对数据集进行处理，得到数据集和利用式(3)对数据集进行处理，得到利用式(4)对数据集进行处理，得到数据集式中：为交叉口i车流m在时段z内第w类车通过停止线的实际车辆数；为数据采样间隔；为交通流量估算间隔，为a的整数倍；M_i′为交叉口i′的车流数；为时段(t‑a,t+T)内交叉口i′车流m′第w类车所有采样间隔内通过停止线的实际车辆数的集合；c_k′m′为交叉口i′内出口道k′和车流m′的关系标识符，当车流m′在出口道k′有通行权时，c_k′m′＝1，否则，c_k′m′＝0；(3.2)上游断面检测器数据利用式(5)对数据集进行处理，得到数据集和利用式(6)对数据集进行处理，得到式中：为交叉口i进口道j在时段z内第w类车通过上游断面的实际车辆数；(4)离散系数标定为估算交通需求，需要标定交通需求估算模型中的修正系数α^w，具体标定方法如下：利用式(7)估算时段z内第w类车通过上游断面的车辆数α^w以0.01为间隔从0取到1，寻求使和的平均相对误差的绝对值Δ_ij最小的修正系数然后，利用该系数和式(9)得到修正系数式中：为交叉口i′车流m′在时段内第w类车通过停止线的实际车辆数；分别为交叉口i进口道j在时段z、z‑1内第w类车通过上游断面的估算车辆数；为从交叉口i′各进口道停止线至交叉口i进口道j上游断面的第w类车的离散系数；α^w为第w类车的修正系数，α^w∈[0,1]；为从交叉口i′各进口道停止线至交叉口i进口道j上游断面的第w类车行驶时间的修正系数，为从交叉口i′各进口道停止线至交叉口i进口道j停止线的第w类车行驶时间的修正系数，Z为时段数；为调整系数，(5)交通需求估算模型利用修正系数和式(10)估算交叉口i进口道j每股车流的交通需求式中：为交叉口i进口道j车流m在时段z内通过停止线的估算车辆数；交叉口i进口道j车流m在时段z‑1内第w类车通过停止线的估算车辆数；为交叉口i′车流m′在时段内第w类车通过停止线的实际车辆数；χ_ijm为车流m在交叉口i进口道j所有车流中所占的比例；为从交叉口i′各进口道停止线至交叉口i进口道j停止线的第w类车的离散系数。