[發明專利]一種考慮路段關鍵度的城市區域路網運行狀態評價方法

有效

• 申請號: 201710583431.9
• 申請日: 2017-07-18
• 公開（公告）號: CN107248283B
• 公開（公告）日: 2018-12-28
• 發明（設計）人: 王云鵬;楊剛;于海洋;任毅龍;吳志海;楊帥;李屹;陳鵬
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G06K9/62
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

1.一種考慮路段關鍵度的城市區域路網運行狀態評價方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟一：獲取浮動車GPS數據及固定檢測器數據并預處理

在本步驟中，所述浮動車GPS數據通過浮動車上設置的GPS模塊來獲取；所述固定檢測器數據通過設置在路段上的固定檢測器來獲取；獲取原始數據后，對原始數據進行預處理，所述預處理包括修復丟失的數據；

步驟二：城市路網重要路段識別

要應用路段交通流量來衡量路段的重要程度，即某時段某路段的流量越高，便認為該路段在路網中的作用越重要；ID路段在t時段的流量q_ID,t由固定檢測器直接采集；

步驟三：城市路網薄弱路段識別

將薄弱路段定義為路網中受交通擁堵可能性最大的路段集，應用路段浮動車速度的變異系數來評價路段的薄弱程度，即穩定程度，變異系數越大，表征該時段該路段的運行狀況越不穩定；ID路段浮動車車速在t時段的變異系數cv_ID,t可由下式得到：

式中：是浮動車車速的均值，S_ID,t是該路段該時段浮動車車速的標準差，這兩個值可由下式得到：

式中：v_i表示ID路段，t時段第i輛車的車速；

式中：u表示該時段路段內的車輛數，其他符號含義同上；

步驟四：城市路網關鍵路段識別及分層

首先，對流量和變異系數進行規范化處理；對流量q_ID,t和變異系數cv_ID,t進行規范化處理，將其映射到[0,1]區間；映射公式為：式中：a_j∈{q_ID,t,cv_ID,t}，max(a_j)和min(a_j)表示所有元素中第j個值的最大值和最小值，a'_j即為規范化之后的值；由此得到映射后的流量q'_ID,t和變異系數cv'_ID,t；將計算得到的ID路段的關鍵度定義為關鍵度向量c_ID,t：c_ID,t＝(q'_ID,t,cv'_ID,t)，式中：q'_ID,t規范化后的某路段t時段的流量，cv'_ID,t是規范化后的變異系數；

然后，對關鍵度向量進行聚類分層：1)從全部數據對象中隨機選擇5個初始聚類中心，cat₁＝{x₁,y₁},cat₂＝{x₂,y₂},…,cat₅＝{x₅,y₅}，其中cat即表示聚類中心，{x,y}是根據路段屬性隨機選取的聚類中心，其中x和y分別表示經過規范化處理后的某路段流量和平均速度變異系數；2)計算每個關鍵度向量到聚類中心的歐氏距離，每個關鍵度向量對應5個歐氏距離，其表達式為：式中：即為路段ID在t時段到第m個聚類中心的歐式距離，m∈{1,2,3,4,5}；3)根據來判斷該關鍵度向量與聚類中心點距離，將其歸到距離最小的聚類中心點所在的類別，這樣可以得到每一個向量關鍵度的類別；4)計算屬于每個聚類中心的所有關鍵度向量的坐標的平均值，并將這個平均值作為新的聚類中心：式中：s表示屬于第m個聚類中心的關鍵度向量的個數，l表示屬于該類的第l個關鍵度向量，l∈{l為整數|1≤l≤s}，則和就是經過第一次迭代之后的第m個類的新的聚類中心；5)重復2)和3)，直到新的聚類中心與上步迭代的聚類中心的距離小于給定的閾值α，停止迭代；即：式中：為第z次迭代之后第m個類的聚類中心，為第(z-1)次迭代之后第m個類的聚類中心；6)將屬于類中心值最大的類別的道路集定義為1類道路，表示其對路網的作用最顯著，以此類推；7)根據分類，將關鍵度系數I，I為常數，賦值給每類中的各路段，且滿足I₁＜I₂＜I₃＜I₄＜I₅，角標代表道路的重要度等級；

步驟五：城市路網運行狀態指數構建

(1)根據路段浮動車平均車速計算路段平均速度系數cs_ID,t，其表達式為式中：是ID路段在t時段的平均速度，V_r是該路段所屬的道路等級為r的最大限速，cs_ID,t的取值范圍為[0,1]；(2)根據區域中各路段的平均速度系數和關鍵度系數，計算城市區域路網運行狀態指數NCI_t：式中：I_cat(ID)代表ID路段所屬的關鍵度等級的關鍵度系數，cs_ID,t代表該路段的平均速度系數，n為區域路段數量；(3)將區域路網運行狀態指數NCI_t的[極小值,極大值]區間做相應的映射，使其取值范圍處于[0,10]，具體公式為：式中：max表示極大值，min表示極小值；(4)根據NCI_t的數值，將區域路網擁堵劃分為不同等級。