[发明专利]城市快速路互通立交通行能力和运行状态判别方法与系统

说明书

技术领域：

本发明属于快速路互通立交通行能力和运行状态判别系统。本发明涉及互通立交通行能力研究方法以及互通立交关键结点运行状态评价模型，更具体地，涉及一种利用神经网络模型与数学建模方法实现城市快速路互通立交通行能力与运行状态的判别。该系统有利于改善城市互通立交桥区交通拥堵状况，为城市交通管理人员和互通立交设计人员提供一种自动化、更加科学合理的技术手段。 

背景技术：

随着城市快速道路的建设，必然要修建大量互通立交，以实现道路之间空间交叉和行车方向的转换。一方面，城市互通立交用地紧凑，间距较小，相比公路立交，立交形式复杂、多样，往往采用组合式、多层式立交，设计难度大；另一方面，从互通立交功能来说，由于不同转向的交通在桥区受分流、合流、交织影响，需要频繁换道，因此快速路互通立交桥区经常发生交通拥堵，甚至个别互通立交区成为快速路系统的“瓶颈”，导致快速道路的功能不能正常发挥，甚至诱发交通事故。 

综上所述，有必要开发一种城市快速路互通立交通行能力和运行状态判别系统，一方面，有利于提高互通立交设计的科学性和合理性；另一方面，有利于改善互通立交拥堵状况。 

现有研究通行能力的方法有三类：基于统计分析的方法、基于间隙接受理论的方法和计算机仿真方法。基于统计分析的方法，以大量调查数据为基础，以经典“流量-速度”曲线为分析手段，从宏观角度分析交通流特性。基于间隙接受理论的方法，以车辆车头时距数据为基础计算某特定点的通行能力；计算机仿真方法是对上述两种理论分析方法的拓展，可利用计算机仿真软件模拟特定互通立交的交通行为，获得互通立交运行状况数据。 

就上述三种方法而言，基于统计分析的方法和基于间隙接受理论的方法，均需要大量的观测数据，并且研究对象是城市已建互通立交，在普适性和应用性方面略显不足；计算机仿真方法可以对新建或改建互通立交进行通行能力和运行状态评价，但是仿真模型准确描述和刻画车辆在合流、分流、交织区的跟驰和换道行为比较复杂，另外，需要针对每一个具体的互通立交，分别建立仿真模型。 

基于此，有必要开发一种操作便捷、面向城市互通立交设计和规划人员的互通立交通行能力和运行状态判别系统，针对互通立交桥区的交通运行特性，建立互通立交通行能力和运行速度与相关影响因素(例如：交通需求参数、互通立交设计参数)之间的关系，以实现不通过复杂的数学建模和仿真方法，提供一种普适性强、简单便捷的互通立交通行能力和运行状态判别方法。 

发明内容：

城市快速路互通立交通行能力和运行状态判别方法，该方法包括以下步骤： 

步骤一：利用数据采集模块，采集互通立交合流区、分流区和交织区的交通流数据； 

步骤二：根据采集到的交通流数据，利用基于视频的数据处理设备，获得合流区、分流区、交织 区分车道的运行速度、断面流量； 

步骤三：基于获得的基础数据，确定GA-BP网络的数据输入和输出，进行网络训练，获得合流区、分流区、交织区的通行能力和运行速度与其影响因素之间的关系模型； 

步骤四：调用步骤三训练好的GA-BP网络模型，以临界速度区域为判别规则，获得一定条件下的通行能力区域值，选择该区域范围内出现概率最大的数值作为通行能力值； 

步骤五：调用步骤三训练好的GA-BP网络模型，输入交通需求和互通立交设计参数，输出断面交通流率和断面运行速度； 

步骤六：建立互通立交整体的通行能力模型，以互通立交四个进口道总流量最大为目标函数，各方向分流区、合流区、交织区通行能力作为约束条件。对该模型进行优化求解，输出各种转向比例条件下的互通立交整体通行能力值。 

依据本发明的方法，设计城市快速路互通立交通行能力和运行状态判别系统，该系统包括： 

(1)数据采集和处理模块：读取合流区、分流区和交织区的交通流视频文件，通过车辆识别模块，获得分车道的运行速度和断面流量数据，将交通流数据按照所需的时间间隔进行集成。