[发明专利]一种基于宏观基本图的高速公路运行状态评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速公路运行状态评价方法，特别是一种利用宏观基本图模型评价高速公路交通运行状态的评价方法，属于智能交通技术领域。

背景技术

近年来，我国高速公路建设快速发展，但同时，运行过程中仍存在交通安全、交通拥挤、环境污染及管理不科学等问题，节假日和早晚高峰期问题尤为突出。对高速公路路网运行状态评价能够直观地反映高速路网运行状态，对有效管理和运营高速公路、充分发挥和协调高速路网通行能力起着关键的作用。

目前，城市道路网交通状态评价指标体系相对完善，能够为交通参与者提供直观的交通状态的感知。但目前国内对高速公路运行状态评价的研究还比较零散，且大部分为针对微观交通状态研究的单指标或多指标评价方法，无法直观地量化宏观交通运行状态的变化及演变过程，针对上述问题，就必须研究一套与我国高速公路设施条件和运行状况相适应的宏观运行状态评价方法。

高速路网运行状态评价方法分为宏观和微观两个层面。微观层面评价方法主要是选取平均车速、平均行程延误、饱和度、时间占有率等一个或多个交通指标进行交通评价。但是，各指标及权重的确定具有不确定性，因为不同的高速公路路段、同一路段的不同时间，不同指标对高速路网运行状态反映的重要程度是不同的。而宏观基本图模型能够直观反应高速路网宏观的运行状态及演变过程，且通过聚类算法可以实现交通状态评价，该方法具有十分重要的现实意义。

现有的一些专利中，已有一些对高速路网交通流运行状态评价的方法。申请号为：200910306882，专利《一种基于视频的高速公路交通拥堵状态检测方法》中提出了一种基于视频的宏观的高速公路交通拥堵状态检测方法，但是该方法对高速公路视频检测器布设有较高要求，对现阶段我国高速公路状态评价具有局限性；申请号为：201410069892，专利《基于多断面视觉传感聚类分析的交通流状态判别方法》中提出基于多断面视觉传感聚类分析的交通流状态判别方法，通过道路边设置的PTZ视频摄像机获取交通流数据，采用聚类分析的方法判断高速公路道路交通流状态，应用条件十分限制；申请号为：201210084221.2，专利《一种区域交通状态评价方法》中提出了一种基于路段平均行程时间的单指标区域交通状态评价方法，应用模糊综合评价方法，但该评价方法只适用于城市区域路网，对区域高速路网不适用；申请号为：200910237285，专利《一种基于信息融合的高速公路交通状态识别方法》中提出了传统支持向量机信息融合的高速公路交通状态识别方法，但该评价方法只在理论上进行了算法设计，没有实例验证。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出一种基于我国现有高速公路数据源，利用宏观基本图模型建模，对模型样本点进行聚类，能够对区域高速路网运行状态进行评价，判断交通状态的方法。

本发明的一种高速路网运行状态评价方法，通过下述步骤实现：

步骤1：预处理数据；

以高速公路收费数据作为数据基础，收费数据采集间隔1min，采集数据包括车辆编号、进出收费站时间、进出收费站ID编号、车辆类型、车重，利用阈值法和四分位法对收费数据原始数据筛选过滤。

首先利用阈值法对超常数据予以剔除，对于小于5min或大于24h的行程时间(行程时间指车辆进出收费站的时间差)数据，可认为是“超常”数据予以剔除。再利用四分位法对有效数据过滤，四分位法计算公式为：

G＝[M_0.25-1.5R,M_0.75+1.5R]

其中，G表示有效数据区间，凡是落在G外的数据都需要过滤；M_0.25和M_0.75分别为将所有行程时间按从小到大的顺序排列并分成四等分，处于第一、三分割点位置的取值；R表示四分位级差。

步骤2：计算宏观基本图模型参数；

利用最短路算法求解路网任意两点间最短路径长度，导入到对应起始ID编号的收费数据中，得到各车辆行驶里程，由各车辆行程里程除以对应行程时间，可以推算各车辆空间平均速度。计算路网每5min流量的非加权平均值，并利用各车辆求得的流量、空间平均速度值求解平均密度。非加权平均值的计算公式为：