[發明專利]一種高速公路收費站間流量關系分析方法

有效

• 申請號: 201910516666.5
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110245423B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 趙敏;孫棣華;和婧
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/16;G06Q50/26;G08G1/01
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

1.一種高速公路收費站間流量關系分析方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1：在不考慮車輛時延性及離散性的理想條件下，假設車輛間距服從均勻分布，得到高速公路收費站間流量轉移系數，其中，流量轉移系數α_ij(τ)為時間窗τ內從i收費站駛入路網、從j收費站駛離路網的車輛數Q_ij(τ)與從i收費站進入路網車輛總數Q_i(τ)的比值，用公式表示為：

步驟2：預估車輛通過各高速公路收費站的行程時間，其中，所述行程時間包括起始路段的行程時間和非起始路段的行程時間，

預估所述起始路段的行程時間方法具體為：

當統計時間窗τ內路段的實際數據量Q_0,1大于等于χ時，車輛的行程時間為：

當統計時間窗τ內路段的實際數據量Q_0,1等于0時，用下游收費站的數據去估計起始路段的行程時間，所以車輛的行程時間為：

式中，表示通過其他收費站數據估計得到的收費站0,1之間的行程時間，f為擴展路段數，d表示目標路段下游方向，表示統計時間窗τ內車輛經過收費站0和收費站a+1的行程時間，表示統計時間窗τ內車輛經過收費站f和收費站f+1的行程時間，χ為路段數據量；

當統計時間窗τ內路段的實際數據量Q_0,1小于χ但大于0時，車輛的行程時間用實際的數據量加估計的行程時間計算得到，所以車輛的行程時間為：

上式中，δ為權重參數，表示統計時間窗τ內由路段的實際數據量Q和路段行程時間估計值相結合計算得到的行程時間，

預估所述非起始路段的行程時間方法具體為：

當統計時間窗τ內路段k的實際數據量Q_k-1,k大于等于χ時，車輛的行程時間為：

當統計時間窗τ內路段k的實際數據量Q_k-1,k等于0時，用上下游收費站的數據去估計路段m+1的行程時間，所以車輛的行程時間為：

式中，表示通過其他收費站數據估計得到的收費站k-1,k之間的行程時間，f、ε為擴展路段數，η為權重參數，u表示目標路段上游方向，d表示目標路段下游方向，表示統計時間窗τ內車輛經過收費站k-1-ε和收費站k的行程時間，χ為路段數據量；

當統計時間窗τ內路段k的實際數據量Q_k-1,k小于χ但大于0時，車輛的行程時間用實際的數據量加估計的行程時間計算得到，所以車輛的行程時間為：

式中，μ為權重參數，表示統計時間窗τ內由路段的實際數據量Q和路段行程時間估計值相結合計算得到的行程時間；

步驟3：擬合高速公路k-1收費站與k+a間的車輛行程時間的分布，其中擬合公式為：

f(x)＝a₁*exp(-(x-b₁)/c₁)^2，a₁、b₁和c₁為擬合系數，

擬合完成后在95％置信度下確定合理的置信區間，得到統計時間窗τ內k-1收費站與k+a間的車輛行程時間的上下界再將區間外的數據進行剔除；

步驟4：在考慮車輛時延性的基礎上修正收費站k-1與收費站k+a間的流量轉移系數，用公式表示為：

其中，α_k-1,k+a(t₀,t₀+τ)為t₀到t₀+τ時間段內收費站k-1與收費站k+a間的流量轉移系數，Q_k-1,k+a(t₀,t₀+τ)為t₀到t₀+τ時間段從k-1收費站駛入路網、k+a收費站駛離路網的車輛數，為到統計時間段從k-1收費站駛入路網的車輛數；

步驟5：基于步驟4，在考慮車輛離散性的基礎上進一步修正收費站間的流量轉移系數，具體為：

步驟51：模擬流量Q_un從高速公路上游駛入路網；

步驟52：統計下游流量Q_dn的變化情況；

步驟53：將上游流量Q_un考慮時間滯后的簡單平移得到Q_un′；

步驟54：將Q_un′進行平滑處理得到Q_un^*；

步驟55：將Q_un^*與Q_dn進行對比分析車輛離散性特點，進而修正所述步驟4得到的流量轉移系數；

步驟6：結合步驟3～步驟5，建立各收費站間的流量轉移矩陣，具體為：

對于(t₀,t₀+τ)統計時間段內從k+a收費站駛離路網的車流量Q_k+a(t₀,t₀+τ)滿足：

其中，表示到統計時段內從r收費站駛入路網的車流量，α_r,k+a(t₀,t₀+τ)為從r收費站駛入路網到k+a收費站駛離路網的流量轉移系數，

默認車輛不會在極小時間段內從同一個收費站上道再下道，則：

對于(t₀,t₀+τ)統計時間段內從k-1收費站駛入路網、k+a收費站駛離路網的車流量滿足：

用矩陣形式表示為：Φ(t₀,t₀+τ)＝A(t₀,t₀+τ)·Ψ(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})，其中，Φ(t₀,t₀+τ)表示下道流量向量，為以y_j(t₀,t₀+τ)為元素的m維列向量，y_j(t₀,t₀+τ)為(t₀,t₀+τ)統計時間段內從j收費站駛離路網的車流量，j＝1,2，...,m，A(t₀,t₀+τ)為以α_i,j(t₀,t₀+τ)為元素的m×n維矩陣，i＝1,2，...,n,Ψ(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})表示上道流量向量，為以Q_i(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})為元素的n維列向量，Q_i(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})為(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})統計時段內從i收費站駛入路網的車流量，

默認車輛不會在極小時間段內從同一個收費站上道再下道，i、j隨收費站的變化而變化，則用公式表示為：