[发明专利]基于排队检测器信息瓶颈状态识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及瓶颈状态识别技术领域，特别是一种基于排队检测器信息的瓶颈状态识别方法。 

背景技术

随着城市交通拥堵问题的日益加剧，很多节点的交通流运行经常处于过饱和状态，甚至部分路段的排队长度接近或等于路段长度，发生排队上溯现象，形成路段“瓶颈”，严重影响城市路网交通流的运行效率。一般情况下，当路段排队长度接近于路段长度时，该路段所处的交通状态可认为是“瓶颈状态”，该路段可称之为瓶颈路段。瓶颈状态属于一种特殊的过饱和状态，是路段交通状态极端恶化的表现。 

当某路段交通状态达到瓶颈状态时，需要对该路段的上下游交叉口执行一种特殊的控制方式，即瓶颈控制。所谓瓶颈控制是指通过合理调节上下游交叉口的信号配时参数，减少路段上游输入、增加路段下游供给，以缓解路段交通压力的一种控制方式。实时监测路段交通状态、确定瓶颈控制的触发时刻是瓶颈控制的前提和基础，直接决定着瓶颈控制的效果。为了得到瓶颈控制所需的基本信息，部分城市交通信号控制系统均在路段上游的内侧或中间车道埋设排队检测器。 

目前，对于瓶颈状态识别方法的研究成果甚少，且大多算法尚处于理论研究阶段，与实际情况脱节严重，工程应用困难；此外，现有研究成果大多基于排队上溯发生之后的交通信息来识别路段瓶颈，导致瓶颈控制方案实施过晚，控制效果不佳。因此深入研究瓶颈状态的识别方法，对于缓解瓶颈路段交通压力十分必要。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于排队检测器信息的路段瓶颈状态识别方法。其特征在于以排队检测器的检测信息为基础，以超出阈值的滚动时间占有率连续出现的个数为判别指标，对路段交通状态进行实时判别，认为当排队长度大于或等于排队检测器与停车线的距离时，检测器位置处的状态为瓶颈状态。 

该方法的基本思想是当路段排队队尾接近排队检测器位置时，后续到达车辆通过排队检测器速度接近拥堵速度，并且结合不同车型的有效车身长度可以确定表征拥堵可能发生的时间占有率阈值；利用排队检测器在低饱和状态下检测得到的交通流数据，统计得到非饱和状态下的滚动时间占有率；以不同的正整数为滑动间隔，取滑动区间内滚动时间占有率的最小值组成新的数列，并利用Johnson曲线将时间占有率数列转换成正态数据，进而利用质量控制图的基本思想确定不同个数的超出阈值的滚动时间占有率组成样本的控制上限；对比分析时间占有率阈值及不同间隔下的控制上限，选取使控制图上限小于或等于时间占有率阈值所要求的连续的超出阈值的滚动时间占有率的最小个数，作为瓶颈状态必然发生的标准；瓶颈触发条件即为滚动时间占有率连续大于阈值的个数大于或等于该标准。 

为了实现上述目的，本发明提出的路段瓶颈状态识别方法包括滚动时间占有率计算、拥堵状态下滚动时间占有率阈值确定、瓶颈触发条件确定几个步骤。 

具体的步骤包括： 

c1、通过需检测车道断面的排队检测器获取该断面该车道的实时交通流参数，并对其进行预处理得到滚动时间占有率。

c2、根据小汽车有效车身长度及小型车拥堵速度确定拥堵可能发生的滚动时间占有率阈值。 

式中：——表征拥堵可能发生的时间占有率阈值；t_j,c——小汽车拥挤占有时间；T——滚动时间占有率的时间尺度；L_eff,c——小汽车有效车身长度；　　　u_j,c——小汽车拥堵速度。 

c3、确定瓶颈触发阈值，即确定能够判别拥堵必然发生时滚动时间占有率连续大于其阈值的个数N。 

c4、根据瓶颈状态所对应的阈值指标，判断路段是否达到瓶颈状态。 

c5、根据c4的判别结果，若判断到达瓶颈状态，则触发瓶颈控制策略，否则跳转至步骤c1。 

进一步的，步骤c1中获取实时交通流参数的过程包括： 

c11、在需要检测的路段上游的内侧或中间车道上，在距离上游交叉口50m的位置铺设排队检测器，并使用电线、光缆或者无线通信的方式与交通监控中心相连。

c12、由大型车拥挤占有时间确定滚动时间占有率的时间尺度T。