[发明专利]一种基于轨迹分析的交通运力测算方法和装置

权利要求书

1.一种基于轨迹分析的交通运力测算装置，其特征在于，包括：浮动车数据清洗模块，浮动车轨迹聚类模块，交通运力测算模块以及交通运力规模评价模块；

浮动车数据清洗模块对从车载导航系统中获取到的数据进行光滑噪声和填充缺失值；具体为：

首先，对每辆浮动车的轨迹数据集合进行光滑噪声；

利用轨迹数据集合中每个单点数据的瞬时速率信息和当前方向信息作为卡尔曼滤波器的控制因素，对每辆浮动车单点数据中的车辆方位和车载状态分别进行建模,通过对卡尔曼滤波器进行求解，完成每辆浮动车轨迹单点数据的去噪工作；

然后，采用三次样条插值法分别对每辆浮动车去噪后的轨迹单点数据进行填补，将每辆浮动车单点数据分解成三个二维数据块，即以时间-经度为序列的数据集、以时间-纬度为序列的数据集和以时间-车辆方向为序列的数据集，并以同一时间戳为节点进行合并，得到各浮动车每个轨迹单点数据的完整数据，从而得到每辆车的轨迹数据集合的完整数据集；

浮动车轨迹聚类模块将从浮动车数据清洗模块获得的数据，按照运力的时空约束进行聚类分析，得到满足运力测算的数据簇；

交通运力测算模块对数据簇与影响交通运力的公共因子之间的建立的关系模型进行求解，根据各个因子的方差贡献率占所有因子项总方差贡献率的比重作为权重进行加权汇总，得到交通运力的综合规模；

交通运力规模评价模块对交通运力测算模块得到的运力值运用德尔菲法进行运力规模等级划分，最终得到相对应的交通运力规模。

2.基于权利要求1所述的一种基于轨迹分析的交通运力测算装置的测算方法，其特征在于，具体步骤如下:

步骤一、针对某待测区域，选择测试时间段，车载导航系统分别记录该时间段内经过该区域的每辆车的输出信息，构成每辆浮动车的有向轨迹单点数据；

针对某浮动车在时刻i的轨迹单点数据为：

(lng_i,lat_i)为该浮动车在时刻i的经纬度坐标信息；t_i为该浮动车在时刻i的时间戳信息；v_i为该浮动车在时刻i的瞬时速率；a_i为该浮动车在时刻i的当前方向信息；m_i表示该浮动车在时刻i的额定载重信息；

步骤二、针对第n辆浮动车，基于时间戳序列得到该车辆由单点数据组成的轨迹数据集合；

即

为第n辆浮动车在时刻i生成的轨迹单点数据；Car_n为第n辆浮动车i个时刻的轨迹单点数据组成的轨迹数据集合；

步骤三、利用浮动车数据清洗模块为各车辆的轨迹数据集合分别进行光滑噪声和填充缺失值，得到各轨迹数据集合的完整数据集；

步骤四、针对各浮动车轨迹数据集合的完整数据集，利用浮动车轨迹聚类模块进行有向时空聚类,得到满足具体时间序列和空间移动要求的有向时空聚类运量；

首先，将测试时间(t_min,t_max)划分成K个时间段，将待测区域内方向(a_min,a_max)划分成K个方向，分别定义K个时域扇区组成集合P；

P＝{P₁,P₂,...P_k,...P_K}；P_k为第k个时间段内第k个方向组成的时域扇区；

然后，针对时域扇区P_k与P_k+1，若时域扇区密度ρ_k的方向与ρ_k+1的方向夹角小于阈值，则称时域扇区P_k与P_k+1之间存在有向轨迹，时域扇区P_k与P_k+1内共有的轨迹数据集合Car数量称为有向轨迹密度，且称(P_k,P_k+1)为有向轨迹；

依次判断每两个相邻时域扇区间的有向轨迹，得到各自的有向轨迹密度和有向轨迹；

将K个时域扇区内的车辆按照类型划分，聚类同类型车辆的，且方向变化在阈值之内的，方向轨迹进行合并，得到路网上车辆的有向簇划分

表示第p种类型的车辆在K个时域扇区内，根据有向轨迹合并的有向簇；

最终，分别计算各个有向簇在测试时间内的时空聚类运量；

第p种类型的车辆的有向簇的时空聚类运量为：

T_O指测试时间的起点时间；T_D为指测试时间的终点；

步骤五、基于各个有向簇的时空聚类运量，建立以运量和影响交通运力的公共因子的关系模型，提取模型中的相关系数得到运量因子载荷矩阵；

第p种类型的车辆的有向簇的交通运量与公共因子之间的通用关系模型,如下：

X_p＝e_p1Y₁+e_p2Y₂+…+e_pjY_j+…+e_pJY_J+ε_p

即X＝AY+ε；Y_j指影响交通运力的第j个公共因子，共有J个公共因子；e_pj是运量X_p和因子Y_j的相关系数，ε_p表示第p种类型的车辆的其他特性所造成的影响比例；其他特性包括车辆的损坏程度和运输过程的成本变动；

针对每种类型的车辆的有向簇，分别提取通用关系模型中的相关系数，构成运量因子载荷矩阵A，表达了各个因子与不同载运工具运量之间的关系：

步骤六、通过交通运力测算模块对运量因子载荷矩阵进行求解，根据各个因子的方差贡献率占所有因子项总方差贡献率的比重作为权重进行加权汇总，得到各种类型车辆的交通运力，进而可以得到总的交通运力；

针对第p种类型的车辆，交通运力Q_p计算公式如下；

则待测区域的测试时间段内的所有车辆的总交通运力Q，计算如下：

步骤七、将待测区域测试时间段内的交通运力，运用德尔菲法利用交通运力规模评价模块进行评定，以“优秀-良好-一般-较差-极差”五个等级为分界值的指标体系对交通运力进行等级划分，得到具有优劣分级的交通运力规模。