[发明专利]一种高速公路收费站间流量关系分析方法

权利要求书

1.一种高速公路收费站间流量关系分析方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：在不考虑车辆时延性及离散性的理想条件下，假设车辆间距服从均匀分布，得到高速公路收费站间流量转移系数，其中，流量转移系数α_ij(τ)为时间窗τ内从i收费站驶入路网、从j收费站驶离路网的车辆数Q_ij(τ)与从i收费站进入路网车辆总数Q_i(τ)的比值，用公式表示为：

步骤2：预估车辆通过各高速公路收费站的行程时间，其中，所述行程时间包括起始路段的行程时间和非起始路段的行程时间，

预估所述起始路段的行程时间方法具体为：

当统计时间窗τ内路段的实际数据量Q_0,1大于等于χ时，车辆的行程时间为：

当统计时间窗τ内路段的实际数据量Q_0,1等于0时，用下游收费站的数据去估计起始路段的行程时间，所以车辆的行程时间为：

式中，表示通过其他收费站数据估计得到的收费站0,1之间的行程时间，f为扩展路段数，d表示目标路段下游方向，表示统计时间窗τ内车辆经过收费站0和收费站a+1的行程时间，表示统计时间窗τ内车辆经过收费站f和收费站f+1的行程时间，χ为路段数据量；

当统计时间窗τ内路段的实际数据量Q_0,1小于χ但大于0时，车辆的行程时间用实际的数据量加估计的行程时间计算得到，所以车辆的行程时间为：

上式中，δ为权重参数，表示统计时间窗τ内由路段的实际数据量Q和路段行程时间估计值相结合计算得到的行程时间，

预估所述非起始路段的行程时间方法具体为：

当统计时间窗τ内路段k的实际数据量Q_k-1,k大于等于χ时，车辆的行程时间为：

当统计时间窗τ内路段k的实际数据量Q_k-1,k等于0时，用上下游收费站的数据去估计路段m+1的行程时间，所以车辆的行程时间为：

式中，表示通过其他收费站数据估计得到的收费站k-1,k之间的行程时间，f、ε为扩展路段数，η为权重参数，u表示目标路段上游方向，d表示目标路段下游方向，表示统计时间窗τ内车辆经过收费站k-1-ε和收费站k的行程时间，χ为路段数据量；

当统计时间窗τ内路段k的实际数据量Q_k-1,k小于χ但大于0时，车辆的行程时间用实际的数据量加估计的行程时间计算得到，所以车辆的行程时间为：

式中，μ为权重参数，表示统计时间窗τ内由路段的实际数据量Q和路段行程时间估计值相结合计算得到的行程时间；

步骤3：拟合高速公路k-1收费站与k+a间的车辆行程时间的分布，其中拟合公式为：

f(x)＝a₁*exp(-(x-b₁)/c₁)^2，a₁、b₁和c₁为拟合系数，

拟合完成后在95％置信度下确定合理的置信区间，得到统计时间窗τ内k-1收费站与k+a间的车辆行程时间的上下界再将区间外的数据进行剔除；

步骤4：在考虑车辆时延性的基础上修正收费站k-1与收费站k+a间的流量转移系数，用公式表示为：

其中，α_k-1,k+a(t₀,t₀+τ)为t₀到t₀+τ时间段内收费站k-1与收费站k+a间的流量转移系数，Q_k-1,k+a(t₀,t₀+τ)为t₀到t₀+τ时间段从k-1收费站驶入路网、k+a收费站驶离路网的车辆数，为到统计时间段从k-1收费站驶入路网的车辆数；

步骤5：基于步骤4，在考虑车辆离散性的基础上进一步修正收费站间的流量转移系数，具体为：

步骤51：模拟流量Q_un从高速公路上游驶入路网；

步骤52：统计下游流量Q_dn的变化情况；

步骤53：将上游流量Q_un考虑时间滞后的简单平移得到Q_un′；

步骤54：将Q_un′进行平滑处理得到Q_un^*；

步骤55：将Q_un^*与Q_dn进行对比分析车辆离散性特点，进而修正所述步骤4得到的流量转移系数；

步骤6：结合步骤3～步骤5，建立各收费站间的流量转移矩阵，具体为：

对于(t₀,t₀+τ)统计时间段内从k+a收费站驶离路网的车流量Q_k+a(t₀,t₀+τ)满足：

其中，表示到统计时段内从r收费站驶入路网的车流量，α_r,k+a(t₀,t₀+τ)为从r收费站驶入路网到k+a收费站驶离路网的流量转移系数，

默认车辆不会在极小时间段内从同一个收费站上道再下道，则：

对于(t₀,t₀+τ)统计时间段内从k-1收费站驶入路网、k+a收费站驶离路网的车流量满足：

用矩阵形式表示为：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，为以y_j(t₀,t₀+τ)为元素的m维列向量，y_j(t₀,t₀+τ)为(t₀,t₀+τ)统计时间段内从j收费站驶离路网的车流量，j＝1,2，...,m，A(t₀,t₀+τ)为以α_i,j(t₀,t₀+τ)为元素的m×n维矩阵，i＝1,2，...,n,Ψ(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})表示上道流量向量，为以Q_i(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})为元素的n维列向量，Q_i(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})为(t₀-t_{ij_up},t₀+τ-t_{ij_down})统计时段内从i收费站驶入路网的车流量，

默认车辆不会在极小时间段内从同一个收费站上道再下道，i、j随收费站的变化而变化，则用公式表示为：