一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法，屬于智能交通研究領(lǐng)域。所述方法包括：(1)采集車流量數(shù)據(jù)；(2)根據(jù)車型，標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目；(3)計(jì)算道路理論最大車流量，包括：通過(guò)道路限速與觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的乘積，計(jì)算車輛的行駛長(zhǎng)度；計(jì)算車輛的安全車間距；計(jì)算車輛的有效行駛長(zhǎng)度；根據(jù)車輛的有效行駛長(zhǎng)度、安全車間距以及標(biāo)準(zhǔn)車輛長(zhǎng)度，計(jì)算理論最大車流量；(4)根據(jù)計(jì)算所得到的道路理論最大車流量以及道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目，利用城市道路占有率的計(jì)算方法進(jìn)行公式計(jì)算，得到觀測(cè)時(shí)段的城市道路占有率。采用本發(fā)明可以準(zhǔn)確、自動(dòng)地計(jì)算城市道路占有率。
【專利說(shuō)明】
一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法，屬于智能交通系 統(tǒng)研究范疇。
【背景技術(shù)】
[0002] 道路占有率表示在特定時(shí)段內(nèi)，道路（路段）被交通參與者使用量與總量的比值。 道路占有率反應(yīng)了道路使用的繁忙情況，有利于直觀地向出行者、交通管理部門以及城市 規(guī)劃部門展現(xiàn)城市道路使用情況，是智能交通系統(tǒng)的重要組成部分。
[0003] 常用的道路占有率的計(jì)算方法分為時(shí)間和空間兩種。在基于時(shí)間的方法中，采用 車輛通過(guò)時(shí)間的累計(jì)值與觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的比值計(jì)算道路占有率。這類方法中，需要累加每個(gè)車 輛通過(guò)道路橫截面的時(shí)間，但目前城市道路上的傳感器在測(cè)量每輛車通過(guò)時(shí)間時(shí)誤差較 大。在基于空間的占有率方法中，采用車輛占據(jù)的有效面積和道路總面積（長(zhǎng)度）的比值 計(jì)算道路占有率。這類方法中，需要計(jì)算每輛車占據(jù)的面積，目前沒(méi)有傳感器能直接測(cè)量出 路段中車輛占據(jù)的面積。總之，采用上述兩種方法很難準(zhǔn)確、自動(dòng)地獲取相應(yīng)的傳感數(shù)據(jù)。 本專利采用流量傳感器采集的車流量數(shù)據(jù)，通過(guò)優(yōu)化的空間道路占有率計(jì)算方法，自動(dòng)地 計(jì)算城市道路占有率。
[0004] 目前，部署于城市道路的流量傳感器能較為準(zhǔn)確的自動(dòng)獲取道路通行的車輛數(shù) 目。流量傳感器是指可以自動(dòng)地探測(cè)某個(gè)時(shí)間段內(nèi)通過(guò)某一路段單個(gè)車道或全部車道車輛 數(shù)目的傳感器。當(dāng)前的智能交通系統(tǒng)中，常用的流量傳感器包括微波檢測(cè)器、地感線圈和卡 口攝像頭等。
[0005] 涉及流量傳感器的專利包括陳婷等撰寫的《一種基于地磁線圈的車流量檢測(cè)器》、 舒曉竑撰寫的《車流量檢測(cè)器》、覃大海撰寫的《一種車流量檢測(cè)器》等，這些專利主要涉及 流量傳感器的設(shè)計(jì)和組織構(gòu)成。本專利是分析流量傳感器采集的車流量數(shù)據(jù)，和這些專利 保護(hù)的范圍不同。
[0006] 駕駛員反應(yīng)時(shí)間是指當(dāng)駕駛員發(fā)現(xiàn)緊急情況直至踩下制動(dòng)作用之前的時(shí)間間隔 稱，在英國(guó)的《公路法規(guī)》中，把駕駛員的反應(yīng)時(shí)間定為〇. 68秒，稱為"思索時(shí)間"。
[0007] 跟馳理論是運(yùn)用動(dòng)力學(xué)方法，探究在無(wú)法超車的單一車道上車輛列隊(duì)行駛時(shí)，后 車跟隨前車的行駛狀態(tài)，并且借助數(shù)學(xué)模式表達(dá)并加以分析闡明的一種理論，跟馳狀態(tài)臨 界值的判定是車輛跟馳研究中的一個(gè)關(guān)鍵，國(guó)外的研究中，美國(guó)1994年版的《道路通行能 力手冊(cè)》規(guī)定當(dāng)車頭時(shí)距小于等于5s時(shí)，車輛處于跟馳狀態(tài)；Sven Maerivoet和Bart De Moor撰寫的《Traffic Flow Theory》認(rèn)為跟馳行為發(fā)生在兩車車頭間距為0~100m或0~ 125m的范圍內(nèi)；Weidman的研究則認(rèn)為車頭間距小于等于150m時(shí)，車輛處于跟馳狀態(tài)。
[0008] 安全車間距是指在一條車道上同向行駛的一列車隊(duì)中，前后相鄰車輛之間，后一 輛車車頭與前一輛車車尾之間的距離。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為了克服現(xiàn)有道路占有率計(jì)算方法中，較難獲得相應(yīng)傳感數(shù)據(jù)的情況，本發(fā)明提 出了一種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法。在準(zhǔn)確獲得道路車流量的情況 下，該方法是空間占有率計(jì)算結(jié)果的一種有效近似。
[0010] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題而提供的方案為：
[0011] -種基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法，所述方法包括以下步驟：
[0012] (1)采集車流量數(shù)據(jù)。采用流量傳感器收集觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)內(nèi)路段的車流量數(shù)據(jù) (Q)。本方法可采用微波檢測(cè)器、地感線圈和卡口攝像頭等可部署于城市道路的流量傳感 器；
[0013] (2)標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目。不同類型車輛的長(zhǎng)度各異，對(duì)道路的占有面積也不同，需要 標(biāo)準(zhǔn)化。本方法將小轎車的車輛長(zhǎng)度作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。對(duì)于城市道路中另三種常見(jiàn)車型：公 交車和客車為2. 4倍標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，貨車為2倍標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，由人工在道路上統(tǒng)計(jì)得，公交車的比 例為a，客車的比例為b，貨車的比例為c，小轎車的比例為d。則計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化后的車輛數(shù)目， 具體為：
[0014] Qi= 2. 4*Q*a+2. 4*Q*b+2*Q*c+l*Q*d ;公式（1)
[0015] 式中，Qi為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)內(nèi)路段的標(biāo)準(zhǔn)化后的車輛數(shù)目；Q為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)內(nèi)路段 的車流量數(shù)據(jù)；a為公交車的比例；b為客車的比例；c為貨車的比例；d為小轎車的比例；
[0016] (3)計(jì)算道路理論最大車流量。當(dāng)所有車輛以跟馳狀態(tài)行駛時(shí)，則一段時(shí)間后，從 第一輛車到最后一輛車的距離，也就是車輛的有效行駛長(zhǎng)度可等于每輛車的車輛長(zhǎng)度以及 車輛的安全車間距之和，據(jù)此可計(jì)算理論最大車流量。具體步驟為：
[0017] a)根據(jù)道路限速（V)和觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)，計(jì)算車輛的行駛長(zhǎng)度（Lt)，具體為：
[0018] Lt= V*T ;公式（2)
[0019] 式中，Lt為車輛的行駛長(zhǎng)度；V為道路限速，例如，一級(jí)道路的設(shè)計(jì)行車速度為 60-80km/h，二級(jí)道路的設(shè)計(jì)行車速度為40-60km/h，三級(jí)道路的設(shè)計(jì)行車速度為30-40km/ h，四級(jí)道路的設(shè)計(jì)行車速度為30km/h ;T為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)；
[0020] b)計(jì)算車輛的安全車間距（Ld)，在所有車輛都以道路限速行駛的情況下，兩輛車 的安全的車間距應(yīng)為反應(yīng)距離，具體為：
[0021] Ld=V*t;公式（3)
[0022] 式中，LdS車輛的安全車間距；V為道路限速；t為駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時(shí) 間；
[0023] c)計(jì)算有效行駛長(zhǎng)度（L)，具體為：
[0024] L = Lt+Lr;公式（4)
[0025] 式中，L為車輛的有效行駛長(zhǎng)度；Lt為車輛的行駛長(zhǎng)度；為道路的總長(zhǎng)度；
[0026] d)根據(jù)車輛的有效行駛長(zhǎng)度（L)、安全車間距（Ld)以及標(biāo)準(zhǔn)車輛長(zhǎng)度（〇,計(jì)算 理論最大車流量（QJ，具體為：
公式（5)
[0028] 式中，為在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量；L為車輛的有效行 駛長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)車輛長(zhǎng)度；L d為安全車間距；T i為紅綠燈的一個(gè)周期i為紅綠燈的一 個(gè)周期內(nèi)，綠燈所占的時(shí)間。
[0029] 若道路限速發(fā)生變化，理論最大車流量需重新計(jì)算，否則該過(guò)程無(wú)需重復(fù)進(jìn)行；
[0030] (4)計(jì)算道路占有率。將計(jì)算所得到的道路理論最大車流量（QJ以及道路實(shí)際通 過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目（Qi)利用城市道路占有率的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，得到觀測(cè)時(shí)段的城市 道路占有率（U)。具體為：
[0032] 式中，U為觀測(cè)時(shí)段的城市道路占有率；Qi為觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化 車輛數(shù)目；Qm為在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量。
[0033] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明提出了一種新型的城市道路占有率的計(jì)算方法，只 需要流量傳感器提供的數(shù)據(jù)作為輸入，數(shù)據(jù)來(lái)源簡(jiǎn)單、快捷；可直觀地展現(xiàn)道路的使用情 況，為交通管理部門和城市規(guī)劃部門的決策提供數(shù)據(jù)支撐；可以自動(dòng)地計(jì)算城市道路占有 率，是空間占有率計(jì)算結(jié)果的一種有效近似。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 附圖1為本發(fā)明實(shí)施例的城市道路占有率計(jì)算方法的流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0036] (1)采集車流量數(shù)據(jù)：
[0037] 以杭州市區(qū)北山路-保俶路_曙光路、建國(guó)北路-鳳起路-體育場(chǎng)路、文一路-古 翠路-學(xué)院路、秋濤路-解放東路_清江路、文一西路-豐潭路-古墩路等5條路段作為數(shù) 據(jù)采集區(qū)域，將以上5條路段記為路段1、路段2、路段3、路段4、路段5,將07:30-07:35作 為數(shù)據(jù)采集時(shí)間段。流量檢測(cè)器為微波檢測(cè)器，它在這5分鐘內(nèi)采集到車流量作為源數(shù)據(jù)。
[0038] (2)標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目：
[0039] 本實(shí)施例將小轎車的車輛長(zhǎng)度作為標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度。對(duì)于城市道路中另三種常見(jiàn)車型： 公交車和客車為2. 4倍標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，貨車為2倍標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度，由人工在道路上統(tǒng)計(jì)得，公交車的 比例為20 %，客車的比例為40 %，貨車的比例為20 %，小轎車的比例為20 %。則計(jì)算標(biāo)準(zhǔn) 化后的車輛數(shù)目，具體為：
[0040] Qi= 2. 4*Q*20% +2. 4*Q*40% +2*Q*20% +1*Q*20% ;
[0041] 式中，Qi為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)內(nèi)路段的標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目；Q為觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)（T)內(nèi)路段的車 流量數(shù)據(jù)。則以上5條路段的標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目如下：
[0043] (3)計(jì)算道路理論最大車流量：
[0044] a)計(jì)算車輛的行駛長(zhǎng)度（Lt)，因以上5條路段均為城市主干道，其限速為60 (km/ h)，即60/3. 6 (m/s)，又5分鐘=300 (s)，故以上5條路段的車輛的行駛長(zhǎng)度（Lt)均為：
[0046] b)計(jì)算車輛的安全車間距（Ld)，駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時(shí)間取0.68 (s)。與 a)類似，以上5條路段的車輛的安全車間距（Ld)均為：
[0048] c)計(jì)算有效行駛長(zhǎng)度（L)，以上5條路段的總長(zhǎng)度如下：
[0050] 則根據(jù)公式（4)得：
[0051] L = 5000+Lr；
[0052] 式中，L為車輛的有效行駛長(zhǎng)度；Lt (值為5000)為車輛的行駛長(zhǎng)度，W為道路的總 長(zhǎng)度。由上式可得以上5條路段的車輛的有效行駛長(zhǎng)度為：
[0054] d)計(jì)算理論最大車流量（QJ，5分鐘=300 (s)，車輛的標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)度為5米，由人工在 道路上統(tǒng)計(jì)得，在07:30-07:35期間，綠燈與紅燈所占時(shí)間之比為4 : 6,則根據(jù)公式（5)可 得：
[0056] 式中，為在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量；L為車輛的有效行 駛長(zhǎng)度。則以上5條路段的理論最大車流量（QJ如下：
[0058] (4)計(jì)算道路占有率：
[0059] 將計(jì)算所得到的道路最大車流量（QJ以及道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目（QD 利用城市道路占有率的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，得到觀測(cè)時(shí)段的城市道路占有率（U)。取公式 (6)，即：
[0061] 式中，U為觀測(cè)時(shí)段的城市道路占有率；Qi為觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化 車輛數(shù)目；Qm為在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量。將以上5條道路的標(biāo)準(zhǔn)化 車輛數(shù)目以及理論最大車流量代入上式，可得以上5條道路在07:30-07:35期間的道路占 有率如下：
[0063] (5)比較道路占有率：
[0064] 人工視頻觀測(cè)車道獲得的占有率結(jié)果，通常被認(rèn)為是準(zhǔn)確值。將由人工通過(guò)視頻 觀測(cè)在道路上統(tǒng)計(jì)得的道路占有率04)與用本發(fā)明的方法計(jì)算所得的道路占有率（U)進(jìn) 行比較如下：
[0066] 由此可知，基于流量傳感器的城市道路占有率的計(jì)算方法和人工視頻觀測(cè)相比， 誤差率可控制在5%以下，是一種有效的自動(dòng)計(jì)算方法。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于流量傳感器的城市道路占有率（U)的計(jì)算方法，其特征在于： (1) 采集車流量數(shù)據(jù)； (2) 標(biāo)準(zhǔn)化車輛數(shù)目； (3) 計(jì)算道路理論最大車流量（Qni); (4) 將計(jì)算所得到的道路理論上能通過(guò)的最大車流量（Qni)以及道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化 車輛數(shù)目（Q1)利用城市道路占有率的計(jì)算方法進(jìn)行公式計(jì)算，得到觀測(cè)時(shí)段的城市道路占 有率（U)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1 (3)中，計(jì)算道路理論最大車流量主要包括： (1) 通過(guò)道路限速（V)與觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)⑴的乘積，計(jì)算車輛的行駛長(zhǎng)度（Lt); (2) 計(jì)算車輛的安全車間距（Ld); (3) 計(jì)算有效行駛長(zhǎng)度（L); (4) 根據(jù)車輛的有效行駛長(zhǎng)度（L)、安全車間距（Ld)以及標(biāo)準(zhǔn)車輛長(zhǎng)度（L_)，計(jì)算理 論最大車流量（Qni)。3. 根據(jù)權(quán)利要求2 (2)所述，計(jì)算車輛的安全車間距（Ld)的方法，其特征在于：在所有 車輛都以道路限速行駛的情況下，兩輛車的安全車間距應(yīng)為反應(yīng)距離，具體為 Ld= V*t 式中，LdS車輛的安全車間距；V為道路限速；t為駕駛員在緊急情況下的反應(yīng)時(shí)間。4. 根據(jù)權(quán)利要求2 (3)所述，計(jì)算有效行駛長(zhǎng)度（L)的方法，其特征在于：根據(jù)車輛的 行駛長(zhǎng)度和道路總長(zhǎng)度，計(jì)算有效行駛長(zhǎng)度（L)，具體為 L - Lt+Lr; 式中，L為車輛的有效行駛長(zhǎng)度；Lt為車輛的行駛長(zhǎng)度；L ^為道路的總長(zhǎng)度。5. 根據(jù)權(quán)利要求書2(4)所述，計(jì)算理論最大車流量（Qni)的方法，其特征在于：當(dāng)所有 車輛以跟馳狀態(tài)行駛時(shí)，則一段時(shí)間后，從第一輛車到最后一輛車的距離，也就是車輛的有 效行駛長(zhǎng)度可等于每輛車的車輛長(zhǎng)度以及車輛的安全車間距之和，據(jù)此可計(jì)算理論最大車 流量，具體為式中，Qn為在觀測(cè)時(shí)間段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量；L為車輛的有效行駛長(zhǎng) 度；為標(biāo)準(zhǔn)車輛長(zhǎng)度；L 安全的車間距；T i為紅綠燈的一個(gè)周期；t i為紅綠燈的一個(gè) 周期內(nèi)，綠燈所占的時(shí)間。6. 根據(jù)權(quán)利要求1 (4)所述，城市道路占有率的計(jì)算方法，其特征在于：將計(jì)算所得到 的道路理論上能通過(guò)的最大車流量（Qni)以及道路實(shí)際通過(guò)的同一標(biāo)準(zhǔn)車流量（Q)利用城 市道路占有率的計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算，^'~勹城市道路占有率（U)。具體為式中，U為觀測(cè)時(shí)段的城市道路占有率；Q1為觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路實(shí)際通過(guò)的標(biāo)準(zhǔn)化后的 車流量；Qni為在觀測(cè)時(shí)段內(nèi)，道路理論上能通過(guò)的最大車流量。
【文檔編號(hào)】G08G1/065GK105894825SQ201510304349
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年6月3日
【發(fā)明人】夏瑩杰, 單振宇, 吳佳雯
【申請(qǐng)人】杭州遠(yuǎn)眺科技有限公司