本發(fā)明屬于城市交通信息化技術領域，具體涉及一種用于過渡路段的交通阻塞時間計算方法。

背景技術：

隨著社會經(jīng)濟的高速發(fā)展、人口的持續(xù)增長以及人民生活水平的逐漸提高，我國機動車保有量也正以前所有未有的速度增加。龐大的機動車數(shù)量使得城市道路及其交通設施不堪重負，局部甚至大面積的交通擁堵時常發(fā)生。從交通擁堵發(fā)生的空間來看，城市道路交通擁堵現(xiàn)象往往是從路網(wǎng)某一交叉口開始，表現(xiàn)為交叉口某一出口道車輛排隊過長，并連續(xù)多周期得不到有效的消散，車輛排隊有進一步向上游蔓延甚至延伸至上游交叉口內(nèi)的態(tài)勢，可能會出現(xiàn)車輛排隊溢流現(xiàn)象。上述擁堵現(xiàn)象尤其多發(fā)于過渡路段處。過渡路段又稱瓶頸路段，是指公路上突然變狹窄的路段，或因高速公路部分路段有施工或發(fā)生事故時封閉某些車道后，從而使該路段短暫成為過渡區(qū)；或直接以高架橋出口匝道或高架橋入口匝道的形式天然存在。目前防止該過渡路段產(chǎn)生阻塞現(xiàn)象的通用手段，多采用視頻監(jiān)控、統(tǒng)一限速或限速牌固定安裝的方法。統(tǒng)一限速或限速牌固定安裝的方式不僅極大的降低了原有應當高效率運行的高架橋的運營效率，同時更容易因前車看到限速牌而突然減速，進而引發(fā)后車追尾等問題，致使行駛安全性無法得到有效保證。通過視頻監(jiān)控方法來適時的判斷城市道路交通擁堵狀況，存在著預警效率低、準確度差甚至是無法預警等諸多缺點。

隨著城市交通科學的發(fā)展，研究由于過渡路段產(chǎn)生交通擁堵而造成的阻塞時間，可以為交通組織優(yōu)化控制提供信息；阻塞時間的確定，更是有利于高架橋上游路段制定很明確的管控時間和空間節(jié)點，也就是在什么時間什么位置采取什么的交通管控措施。因此，如何尋求一種更為科學化、精確化和客觀化的適用于過渡路段的交通阻塞時間計算方法，使之能夠便捷實現(xiàn)相對上述過渡路段的交通堵塞時間的計算目的，進而可針對性的實現(xiàn)對上游路段乃至整個交通區(qū)域的交通管控目的，提升交通管網(wǎng)的通行效率，為本領域近年來所亟待解決的技術難題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為克服上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種操作便捷且實用性高的用于過渡路段的交通阻塞時間計算方法，從而當交通擁堵有可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生，甚至有可能進一步擴散的時候，交通指揮中心可根據(jù)所獲得數(shù)據(jù)而提前提醒司機合理安排車速或重新選擇出行路徑，進而在保證過渡路段安全運營的前提下，實現(xiàn)其最大的通行能力。甚至在必要時，可根據(jù)不同的交通阻塞時間采取不同的應急措施，以保證整個交通系統(tǒng)在日常運營中的可靠運行，這對緩解干道交通過渡的擁堵程度，減少交通擁堵帶來的負面效應，均可起到有利影響。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術方案：

一種用于過渡路段的交通阻塞時間計算方法，包括以下步驟：

1)、安裝并調(diào)試雷達檢測器，包括：

在指定的過渡路段的上游路段處布設一個雷達檢測器，用于檢測上游路段處與該過渡路段同一行車方向上的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

在該過渡路段處布設一個雷達檢測器，用于檢測該過渡路段的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

在指定的過渡路段的下游路段處布設一個雷達檢測器，用于檢測下游路段處與該過渡路段同一行車方向的車流量數(shù)據(jù)及所有車輛行駛速度數(shù)據(jù)；

2)、以分鐘為單位設定一個采樣周期c，以如下計算方式獲得上游路段的斷面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一個采樣周期c中，在上游路段處雷達檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

以如下計算方式獲得下游路段的斷面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一個采樣周期c中，在下游路段處雷達檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

3)、在過渡路段的設計通行能力和過渡路段實際營運時的最大通行能力中，取相對最大的那個值作為過渡路段通行能力，計算公式如下：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

其中：

Q₂是過渡路段通行能力，單位：輛/h；

Q_d是過渡路段的設計通行能力，單位：輛/h，該值為常量；

Q_r是過渡路段的實際營運時最大通行能力，單位：輛/h；在現(xiàn)有的通行道路條件下，也即道路條件不變，車道數(shù)、車道寬、渠化不變的情況下，將該過渡路段處雷達檢測器采集的所有車流量進行統(tǒng)計分析，取相對最大的那個值，獲得所述Q_r，具體計算公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)

以所述采樣周期c劃分連續(xù)的時間段，Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i為過渡路段第1，2，3，…，i個采樣周期中所獲取的斷面流量；

4)、計算排隊持續(xù)時間t：

排隊持續(xù)時間，也就是過渡路段從擁堵開始到恢復暢通所經(jīng)過的時間，計算公式如下：

t＝c*Δn/60

其中：

t是排隊持續(xù)時間，單位：h；

c是采樣周期，單位：min；

以過渡路段所在的道路等級在路段交通運行等級劃分表中處于基本暢通時的最小值為暢通判斷閾值，以過渡路段所在的道路等級在路段交通運行等級劃分表中處于嚴重擁堵時的對應值為暢通判斷閾值；Δn是該雷達檢測器所在路段斷面處的車輛從車速低于擁堵判斷閾值提升至車速等于暢通判斷閾值所經(jīng)過的采樣周期數(shù)；

5)、計算排隊消散時間t′,計算公式如下：

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是排隊消散時間，也即排隊車輛全部疏散完畢所消耗的時間，單位：h；

t是排隊持續(xù)時間，單位：h；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

6)、以如下公式計算交通阻塞時間T：

T＝t+t′

其中：

T為交通阻塞時間，單位：h；

t為排隊持續(xù)時間，單位：h；

t′為排隊消散時間，單位：h。

所述步驟2)中，取一個采樣周期為5分鐘。

本發(fā)明的有益效果在于：

1)、本發(fā)明拋棄了傳統(tǒng)的以單純視頻觀測或限速牌等方式來進行過渡路段管控所帶來的諸多缺陷，轉而另辟蹊徑的通過檢測器布設及客觀化的數(shù)據(jù)處理來得到阻塞時間，進而實現(xiàn)了對過渡路段的通行能力的標定和排隊持續(xù)時間的預估計算目的。由于過渡路段的交通擁堵是因道路條件引起的，是可以預知的，通過提前在該過渡路段處布置三道雷達檢測器，即可便捷化的完成對該過渡路段的提前布控，之后依靠本發(fā)明的計算流程來直接獲得相應的交通阻塞時間，最終為確定可行的匝道信號控制策略和交通組織方案提供第一手精確資料。

通過上述方案，當交通擁堵有可能發(fā)生或者已經(jīng)發(fā)生，甚至有可能進一步擴散的時候，利用所獲取的交通阻塞時間及相應計算數(shù)據(jù)，交通指揮中心可提前提醒司機合理安排車速或重新選擇出行路徑，從而在保證過渡路段安全運營的前提下，實現(xiàn)其最大的通行能力。甚至在必要時，可根據(jù)不同的交通阻塞時間采取不同的應急措施，以保證整個交通系統(tǒng)在日常運營中的可靠運行，這對緩解干道交通過渡的擁堵程度，減少交通擁堵帶來的負面效應，均可起到有利影響。本發(fā)明的計算過程簡潔，客觀性強，且現(xiàn)場只需預裝三道雷達檢測器即可完成前置準備，便捷化程度極高，同時操作靈活多變而適用面廣，預測準確度亦可得到有效保證，這顯然對提升過渡路段乃至整個交通管網(wǎng)的通行效率有著良好促進作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的方法流程圖。

具體實施方式

為便于理解，此處結合附圖1對本發(fā)明的具體實施步驟作以下描述：

如圖1所示，一種過渡路段的交通阻塞時間計算方法，包括：

1)、雷達檢測器點位設計及安裝調(diào)試；

2)、路段斷面流量的計算；

3)、過渡路段通行能力的標定；

4)、排隊持續(xù)時間的計算；

5)、排隊消散時間的計算；

6)、交通阻塞時間的計算。

雷達檢測器點位設計及安裝調(diào)試，是指在過渡路段的上游路段處布設一個雷達檢測器，用于檢測上游路段處與過渡路段同車流方向的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。同理，在在過渡路段處布設一個雷達檢測器，用于檢測該過渡路段的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。在下游路段處布設一個雷達檢測器，從而用于檢測該下游路段的車流量數(shù)據(jù)及車輛速度數(shù)據(jù)。

路段斷面流量的計算，是指上游路段的斷面流量和下游路段的斷面流量的計算。因為雷達檢測器的實時回傳的車流量數(shù)據(jù)和相應車輛速度數(shù)據(jù)是按照采樣周期來的，是單個車道的流量數(shù)據(jù)，故路段斷面流量計算方法如下：

Q_j＝∑q*60/c

其中：

q是一個采樣周期中相應雷達檢測器在對應路段處所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q_j是對應路段的斷面交通流量，單位：輛/h。

當將一個采樣周期c設定為5分鐘時：

Q_j＝∑q*60/5＝∑q*12

上式具體表現(xiàn)在相應路段的斷面流量計算中時，如下：

以如下計算方式獲得上游路段的斷面流量Q₁：

Q₁＝∑q₁*60/c

其中：

q₁是一個采樣周期c中，在上游路段處雷達檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h。

以如下計算方式獲得下游路段的斷面流量Q₃：

Q₃＝∑q₃*60/c

其中：

q₃是一個采樣周期c中，在下游路段處雷達檢測器所獲取的車輛流量數(shù)，單位：輛；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h；

路段通行能力是指該路段能夠通行車輛的最大容量，也就是該路段的能夠承受的交通量。目前的路段通行能力大多直接取設計通行能力。然而，在實際應用中，由于設計環(huán)節(jié)對交通量的預估可能會存在偏差，進而造成設計通行能力估計比實際通行能力小很多。例如在設計階段，新建道路的通行能力的計算主要是依據(jù)于OD調(diào)查及交通量預測。OD調(diào)查范圍很廣，也很少有設計單位花大力氣去調(diào)查真實的OD出行。同時，交通量預測的時候需要設置交通增長率，這個增長率又主要是依賴于經(jīng)驗法，與真實的交通增長率必然存在較大的誤差。因此，為了確保過渡路段的通行能力的取值準確性，在此提出了取過渡路段的設計通行能力和實際營運時最大通行能力中相對最大的那個值作為過渡路段通行能力，計算公式為：

Q₂＝max(Q_d,Q_r)

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q_d是過渡路段的設計通行能力，單位：輛/h，這個值是常量。每個路段施工完成后，其歸檔的設計檔案中會有上述設計通行能力。如果沒有檔案，則可以參考《公路工程技術標準》取值；

Q_r是過渡路段的實際營運時最大通行能力，單位：輛/h。

Q_r是通過檢測器歷史數(shù)據(jù)計算得到，即在現(xiàn)有的通行道路條件下(道路條件不變，車道數(shù)、車道寬、渠化不變)，將該路段處雷達檢測器所采集的各個采樣周期的車流量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，找出最大的車流量值，公式如下：

Q_r＝max(Q₂₁,Q₂₂,Q₂₃,...,Q_2i)；

Q_2i是過渡路段第i個采樣周期獲取的斷面流量。

而排隊持續(xù)時間t，也就是過渡路段從擁堵時恢復到正常暢通時所經(jīng)過的時間。

t＝c*Δn/60

其中：t是排隊持續(xù)時間，單位：h；

c是采樣周期，單位：min；

以過渡路段所在的道路等級在路段交通運行等級劃分表中處于基本暢通時的最小值為暢通判斷閾值，以過渡路段所在的道路等級在路段交通運行等級劃分表中處于嚴重擁堵時的對應值為暢通判斷閾值；Δn是該雷達檢測器所在路段斷面處的車輛從車速低于擁堵判斷閾值提升至車速等于暢通判斷閾值所經(jīng)過的采樣周期數(shù)。

持續(xù)時間計算具體的方法是：雷達檢測器可以實時獲取一個采樣周期內(nèi)在該雷達檢測器所在斷面處的車輛行駛速度。根據(jù)車輛行駛速度可以判斷交通狀態(tài)，當行駛速度低于擁堵判斷閾值時開始記錄，到行駛速度高于暢通判斷閾值時結束，這期間持續(xù)的采樣周期數(shù)就是Δn。擁堵判斷閾值和暢通判斷閾值的確定參考《DB11/T 785-2011城市道路交通運行評價指標體系》及《DB33/T 998-2016城市道路交通運行狀態(tài)評價規(guī)范》中給出的路段交通運行等級劃分表。具體取值時，需注意各閾值的取值要與過渡路段所在的道路等級一一對應。

上述各閾值的具體確定來源見下表：

表1路段交通運行等級劃分

單位：千米/小時

計算排隊消散時間t′，是指該過渡路段處的排隊車輛全部疏散完畢所需消耗的時間。

t′＝(Q₂-Q₁)*t/(Q₃-Q₂)

其中：

t′是由過渡路段通行能力變化引起的排隊消散時間，單位：h；

t是由過渡路段通行能力變化引起的排隊持續(xù)時間，單位：h；

Q₁是上游路段的斷面流量，單位：輛/h；

Q₂是過渡路段的通行能力，單位：輛/h；

Q₃是下游路段的斷面流量，單位：輛/h。

交通阻塞時間的計算，包含兩部分，一是排隊的持續(xù)時間，二是排隊的消散時間，計算公式如下：

T＝t+t′

其中：

T是通過過渡路段的交通阻塞時間，單位：h；

t是由過渡路段通行能力變化引起的排隊的持續(xù)時間，單位：h；

t′是由過渡路段通行能力變化引起的排隊的消散時間，單位：h。

實施例1：

在合肥某一快速路出口匝道到主干路的過渡路段的上游路段(單向6車道，快速路)、過渡路段本路段(單向4車道，快速路)、下游路段(單向4車道，主干路)分別布設一個雷達檢測器。

設定其采樣周期為5分鐘，并按照下面公式使用存儲過程編寫程序用于實時將雷達檢測器的獲取的數(shù)據(jù)計算Q₁、Q₃。

Q_i＝∑q_i*60/5＝12∑q_i

以此類推，將過渡路段的上游路段、下游路段的斷面流量Q₁、Q₃數(shù)據(jù)按照采樣周期的順序存儲到相應的數(shù)據(jù)庫中。

過渡路段的單車道設計通行能力為1200輛/h，單向4車道，則設計通行能力是4800輛/h。

Q_r是過渡路段的實際營運時最大通行能力，在歷史數(shù)據(jù)庫中通過PL/SQL語言尋找到該過渡路段實際營運時最大通行能力為5000輛/h。

因此：Q₂＝max(Q_d,Q_r)＝max(4800,5000)＝5000輛/h

由于該過渡路段為快速路，通過《DB11/T 785-2011城市道路交通運行評價指標體系》中的路段交通運行等級劃分表規(guī)定，取暢通判斷閾值為50km/h，擁堵判斷閾值為20km/h。通過觀測判別，該路段從08：25開始也就是第89個采樣周期開始擁堵，到08：50就是第94個采樣周期暢通，從擁堵開始到恢復暢通所經(jīng)過5個采樣周期，也即排隊持續(xù)時間為：

t＝5*Δn÷60＝Δn/12＝5/12＝0.4167h

通過數(shù)據(jù)庫中查詢獲取，第94個采樣周期時，上游路段的斷面流量是5879輛/h，下游路段的斷面流量是3150輛/h。

因而排隊消散時間為：

t′＝(5000-5879)*0.4167/(3150-5000)＝0.1979h

因此，獲得該過渡路段的交通阻塞時間為：

T＝t+t′＝0.4167+0.1979＝0.6146h。