[發明專利]基于浮動車數據網格映射的城市路網交叉口擁堵識別方法

有效

• 申請號: 201810484715.7
• 申請日: 2018-05-20
• 公開（公告）號: CN109035758B
• 公開（公告）日: 2021-01-15
• 發明（設計）人: 賀正冰;陸麗麗;奇格奇;陳艷艷
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

1.一種基于浮動車數據網格映射的城市路網交叉口擁堵識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采用邊長等于車道寬度的均勻正方形網格來劃分城市區域，然后運用算術基本運算將浮動車數據映射到網格；

(2)確定交叉口的位置并識別交叉口中心，具體包括以下步驟：

(21)首先設定最大集群數C，模糊因子m，終止條件ε和最大迭代次數T；

(22)將集群數從2到C的DB索引值最小的確定為最優集群數c*；

(23)將FCM應用于帶有c*個集群的原始目標數據，并求得集群中心V＝{v_i，i＝1，2，...c*}和隸屬度U＝{u_ki，i＝1，2，...c*；k＝1，2，...n}；

(24)根據δ去除遠離集群中心的噪聲；

(25)去除噪聲之后，將FCM應用于新數據集，更新集群中心V＝{v_i，i＝1，2，...c*}和隸屬度U’＝{u_ki，i＝1，2，...c*；k＝1，2，...n’}，其中n’是去除噪聲后的網格數量；

(26)對于每個集群的子集，用DB索引確定每個集群的子集數量；

(27)在子集中應用FCM，并求得每個集群的子集中心；

(28)每個集群的子集中心的中值即為交叉口中心；

進一步，步驟(2)中確定交叉口的位置并識別交叉口中心，具體為：

通過FCM，將目標數據即SG-PVD網格聚類成在特征空間中具有相似特征的若干組，FCM的目標函數用下式表示：

其中，V＝{v_i；i＝1，2，...c*}是聚類中心的位置向量集合即位于城市區域的網格矩陣中SG-PVD網格的行和列，C是i的最大值，x_k是SG-PVD網格的位置向量，k＝1，2，...n，n是k的最大值，m是模糊因子，u_ki是x_k對v_i的隸屬度，它應該滿足以下約束：

為求解最小化約束公式(2)下的目標函數，使其拉格朗日梯度等于零，從而導出等式(3)和(4)作為更新的隸屬度和更新的聚類中心；通過隨機選擇的聚類中心初始值，迭代計算等式(3)和(4)中更新的隸屬度和更新的聚類中心，直到它們收斂于穩定值；

將其與傳統FCM相結合，來識別交叉口中心，為獲得適當的聚類數即交叉口數，根據公式(5)計算不同聚類數條線下的Davies Bouldin(DB)聚類有效性指標，其中較小的DB指標表示更合適的聚類數；

其中，DB(c)是具有c個類別的DB指標的值，對于類別i和j，D_i和D_j表示聚類中心和屬于該類別的SG-PVD單元之間的平均距離，W_ij是類別i的中心與類別j的中心之間的距離；

為降低噪聲，舍棄遠離聚類中心的SG-PVD網格，用d_i表示SG-PVD網格與其最近的聚類中心i之間的距離，對于每個類別i，從其原始目標數據中去除與聚類中心的距離大于d_i的δ比例的SG-PVD網格；

最后以聚類中心周圍的SG-PVD網格作為子集，并將其聚類成幾組，以便識別交叉口中心；

(3)識別交叉口進口道；

步驟(3)中識別交叉口進口道，包括以下步驟：

(31)利用網格重構路網，具體為：將包含浮動車數據的網格作為道路網絡進行處理并重構路網；

(32)確定交叉口進口道的外邊界，具體為：采用一個中心位于交叉口中心的正方形，它定義了交叉口進口道的外邊界；

(33)確定交叉口進口道的數量；

(34)確定交叉口進口道的內邊界；

(35)分離交叉口進口道，具體為：在預設數量的交叉口進口道的條件下，采用FCM集群方法分離各個交叉口的進口道；

(36)確定交叉口進口道間的位置關系；

(37)使用速度大于城市道路限速的浮動車數據來填充網格并重構路網，識別對應于高速公路的網格；

(4)識別車輛進入或離開交叉口；

步驟(4)中識別車輛進入或離開交叉口，包括以下步驟：

(71)首先，確定車輛的移動方向；

(72)確定主體浮動車數據點與其上一個或下一個浮動車數據點連線和主體浮動車數據點與交叉口中心連線之間的角度，并分別加減90°，若計算得的角度在180°范圍內，則認為浮動車進入交叉口，否則認為該車離開交叉口；

(5)識別車輛的轉彎方向；

步驟(5)中識別車輛的轉彎方向，具體為：

首先確定浮動車數據點是否落入或穿過交叉口進口道，有如下兩種方法：

直接方法：將浮動車數據點與網格匹配，如果網格屬于主體交叉口進口道，則浮動車數據點落入交叉口進口道；

間接方法：線性計算浮動車數據點和交叉口中心之間的中間位置，并將其與網格匹配，如果網格屬于主體交叉口進口道，則認為浮動車數據點通過交叉口進口道；

采用以上方法預測那些進入交叉口的浮動車數據點下一時刻會出現在哪個交叉口進口道，如果下一個浮動車數據點屬于與某一轉向方向一致的交叉口進口道，并且沒有浮動車數據點屬于其他交叉口進口道，則表示車輛沿著該方向移動；

(6)識別交叉口的擁堵

步驟(6)中識別交叉口的擁堵，具體為：

選擇沿主要轉彎方向進入交叉口的所有浮動車數據點，并直接將其繪制在時空平面圖中，同時，根據瞬時速度對浮動車數據點進行著色，著色的浮動車數據點表示浮動車以顏色表示的速度出現在該位置；

若觀察到低速并且遠離交叉口的浮動車數據點，則預測交叉口在轉向方向上排隊長度較長，浮動車數據點可能不在隊列的末尾，但表明車隊已經通過了該點所在位置。