[發(fā)明專利]城市快速路互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別方法與系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210180004.3
• 申請日: 2012-06-04
• 公開（公告）號: CN103456163A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭淑霞;周正全;和坤玲;胡松;崔新書
• 申請（專利權(quán)）人: 北京市市政工程設(shè)計研究總院
• 主分類號: G08G1/00
• 分類號: G08G1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于快速路互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別系統(tǒng)。本發(fā)明涉及互通立交通行能力研究方法以及互通立交關(guān)鍵結(jié)點運行狀態(tài)評價模型，更具體地，涉及一種利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與數(shù)學(xué)建模方法實現(xiàn)城市快速路互通立交通行能力與運行狀態(tài)的判別。該系統(tǒng)有利于改善城市互通立交橋區(qū)交通擁堵狀況，為城市交通管理人員和互通立交設(shè)計人員提供一種自動化、更加科學(xué)合理的技術(shù)手段。?

背景技術(shù)：

隨著城市快速道路的建設(shè)，必然要修建大量互通立交，以實現(xiàn)道路之間空間交叉和行車方向的轉(zhuǎn)換。一方面，城市互通立交用地緊湊，間距較小，相比公路立交，立交形式復(fù)雜、多樣，往往采用組合式、多層式立交，設(shè)計難度大；另一方面，從互通立交功能來說，由于不同轉(zhuǎn)向的交通在橋區(qū)受分流、合流、交織影響，需要頻繁換道，因此快速路互通立交橋區(qū)經(jīng)常發(fā)生交通擁堵，甚至個別互通立交區(qū)成為快速路系統(tǒng)的“瓶頸”，導(dǎo)致快速道路的功能不能正常發(fā)揮，甚至誘發(fā)交通事故。?

綜上所述，有必要開發(fā)一種城市快速路互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別系統(tǒng)，一方面，有利于提高互通立交設(shè)計的科學(xué)性和合理性；另一方面，有利于改善互通立交擁堵狀況。?

現(xiàn)有研究通行能力的方法有三類：基于統(tǒng)計分析的方法、基于間隙接受理論的方法和計算機仿真方法。基于統(tǒng)計分析的方法，以大量調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以經(jīng)典“流量-速度”曲線為分析手段，從宏觀角度分析交通流特性。基于間隙接受理論的方法，以車輛車頭時距數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)計算某特定點的通行能力；計算機仿真方法是對上述兩種理論分析方法的拓展，可利用計算機仿真軟件模擬特定互通立交的交通行為，獲得互通立交運行狀況數(shù)據(jù)。?

就上述三種方法而言，基于統(tǒng)計分析的方法和基于間隙接受理論的方法，均需要大量的觀測數(shù)據(jù)，并且研究對象是城市已建互通立交，在普適性和應(yīng)用性方面略顯不足；計算機仿真方法可以對新建或改建互通立交進行通行能力和運行狀態(tài)評價，但是仿真模型準確描述和刻畫車輛在合流、分流、交織區(qū)的跟馳和換道行為比較復(fù)雜，另外，需要針對每一個具體的互通立交，分別建立仿真模型。?

基于此，有必要開發(fā)一種操作便捷、面向城市互通立交設(shè)計和規(guī)劃人員的互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別系統(tǒng)，針對互通立交橋區(qū)的交通運行特性，建立互通立交通行能力和運行速度與相關(guān)影響因素(例如：交通需求參數(shù)、互通立交設(shè)計參數(shù))之間的關(guān)系，以實現(xiàn)不通過復(fù)雜的數(shù)學(xué)建模和仿真方法，提供一種普適性強、簡單便捷的互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別方法。?

發(fā)明內(nèi)容：

城市快速路互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別方法，該方法包括以下步驟：?

步驟一：利用數(shù)據(jù)采集模塊，采集互通立交合流區(qū)、分流區(qū)和交織區(qū)的交通流數(shù)據(jù)；?

步驟二：根據(jù)采集到的交通流數(shù)據(jù)，利用基于視頻的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，獲得合流區(qū)、分流區(qū)、交織?區(qū)分車道的運行速度、斷面流量；?

步驟三：基于獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，確定GA-BP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)輸入和輸出，進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，獲得合流區(qū)、分流區(qū)、交織區(qū)的通行能力和運行速度與其影響因素之間的關(guān)系模型；?

步驟四：調(diào)用步驟三訓(xùn)練好的GA-BP網(wǎng)絡(luò)模型，以臨界速度區(qū)域為判別規(guī)則，獲得一定條件下的通行能力區(qū)域值，選擇該區(qū)域范圍內(nèi)出現(xiàn)概率最大的數(shù)值作為通行能力值；?

步驟五：調(diào)用步驟三訓(xùn)練好的GA-BP網(wǎng)絡(luò)模型，輸入交通需求和互通立交設(shè)計參數(shù)，輸出斷面交通流率和斷面運行速度；?

步驟六：建立互通立交整體的通行能力模型，以互通立交四個進口道總流量最大為目標函數(shù)，各方向分流區(qū)、合流區(qū)、交織區(qū)通行能力作為約束條件。對該模型進行優(yōu)化求解，輸出各種轉(zhuǎn)向比例條件下的互通立交整體通行能力值。?

依據(jù)本發(fā)明的方法，設(shè)計城市快速路互通立交通行能力和運行狀態(tài)判別系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：?

(1)數(shù)據(jù)采集和處理模塊：讀取合流區(qū)、分流區(qū)和交織區(qū)的交通流視頻文件，通過車輛識別模塊，獲得分車道的運行速度和斷面流量數(shù)據(jù)，將交通流數(shù)據(jù)按照所需的時間間隔進行集成。?