[发明专利]城市道路交通状态时空分析方法与系统

说明书

技术领域

本发明涉及交通状态分析系统，特别是涉及一种城市道路交通状态的时空分析方法和系统。

背景技术

交通问题是大城市所面临的共同挑战。为了解决交通问题，国内外城市都付出了诸多努力，包括道路网络扩建、交叉口优化、智能交通系统建设、交通需求管理等措施。然而，城市道路网络是一个综合而复杂的大系统，所承担的交通行为是交通需求与交通供给之间相互作用的演化过程。在制定与采取交通管理措施之前，如果不能准确识别交通网络上的交通状态（通畅与拥堵）及其时空演化规律，则可能出现所采取的措施与实际交通状况在时空领域内出现背离，不仅无法发挥交通管理措施的正面效果，甚至有可能导致交通状况的进一步恶化。

为了保证交通管理措施合理有效，有必要对路网上的交通状态进行详细的时空分析，掌握城市道路网络交通状态演化的基本时空规律，识别拥堵现象在时空上的演化特征，为及时有效的采取交通管理措施、缓解交通拥堵提供一种科学合理的分析方法与技术。

在既有的城市道路交通状态分析研究中，主要是从动态交通分配理论预测分析、基于图论的空间分析方法和交通仿真技术模拟再现等角度入手，探索交通状态的时空演化特性。上述方法虽能比较方便的刻画道路网络上的交通状态，但主要存在以下问题：（1）所用调查数据或行为参数始终为抽样样本数据，受样本大小与精度的影响，与实际情况存在较大差距；（2）所用理论与方法为了保障可用性，存在较多假设前提，实际应用中存在一定局限性；（3）从时间与空间维度分析交通状态演化规律存在一定困难，对交通监测数据的应用还不够充分。

近年来，随着交通检测技术与智能交通系统的发展，很多大城市积累了大量实时交通流特征数据（包括密度、速度、流量等），这些数据反映了城市道路的实时交通状况，可为道路交通状态的时空特性分析提供准确完善的资料。尽管目前空间统计理论和时间序列分析理论都较为成熟，但可用于同时从时间与空间两个维度分析道路交通状态的方法还比较缺乏。

综上所述，有必要开发一种同时考虑数据时空特征的城市道路交通状态时空分析方法与系统。本发明根据城市道路交通网络实时交通流数据，运用数理统计原理与时空分析方法识别城市路网道路交通状态的时空特性，有效分析城市路网道路交通状态时空演化的规律，作为交通措施的制定与实施的依据。

发明内容

针对以上现有技术的不足，本发明的目的是提供一种城市道路交通状态时空分析方法和系统，它以空间与时间自相关理论为基础，运用数理统计基本理论，根据道路网络上实时交通流数据，分析交通状态的时空演化以及拥堵的产生、发展和消散过程。运用这种方法统计不同的道路状态在时空上的分布特征，分析城市路网道路交通状况演化的时空规律，识别和判断在时间上的拥堵高峰时段以及空间上的瓶颈路段，进一步支撑交通措施的制定和实施。

本发明为了解决现有研究中所存在的与实际交通状况有较大误差和缺乏时空数据分析方法的问题，采用的技术方案是：一种城市道路交通状态时空分析方法与系统。具体地说，本发明是以空间自相关和时间自相关理论为基础，定义某一条路段某一时刻的状态为一个时空对象，那么时空自相关性就是指时空对象某一属性值（如某路段某时刻的路况、流量等）与其相邻的所有时空对象的同一属性值之间的相关关系。从数理统计的角度，提出了衡量这种时空自相关性的指标，从自相关的角度研究交通流时空状态演化过程。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

城市道路交通状态的时空分析方法，该方法包括如下步骤：

1）从数据库中读取计算分析所需的道路网络交通流时空数据，并存储在临时数据表中，建立时空基础数据系统；

2）利用数据异常识别和处理规则对所述交通流时空数据存在的异常进行识别和修复；

3）从GIS地图中获取道路之间的空间邻接关系矩阵，结合时间邻接关系，获取时空对象之间的邻接关系矩阵；

4）根据步骤2中已进行修复处理的道路网络交通流时空数据，及步骤3得到的时空对象邻接矩阵，及时空自相关指标计算模型，计算得到时空自相关的全局指标和局部指标;

5）对所述步骤4中得出的时空自相关指标计算结果进行多角度展示和辅助分析，以获得城市道路交通状态。

进一步，所述步骤1中从数据库中读取交通流时空数据包括：

101）将查询条件设置成参数由用户个性化设置，如起始日期和时间、终止日期和时间、道路网络范围，道路网络范围允许用户从地图上直接选择，或者直接输入路段名称或路段在数据库中的编号；