[发明专利]一种考虑路段关键度的城市区域路网运行状态评价方法

摘要

本专利公开了一种考虑路段关键度的城市区域路网运行状态评价方法方法，包括，步骤一：获取浮动车GPS数据及固定检测器数据并预处理；步骤二：城市路网重要路段识别；步骤三：城市路网薄弱路段识别；步骤四：城市路网关键路段识别及分层；步骤五：城市路网运行状态指数构建。本专利通过考虑衡量路段重要程度的交通流量和衡量路段薄弱程度的平均速度变异系数，对路段的关键度进行了聚类划分，对路网的拥堵评价更贴合实际，且更敏感。

主权项

1.一种考虑路段关键度的城市区域路网运行状态评价方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：步骤一：获取浮动车GPS数据及固定检测器数据并预处理在本步骤中，所述浮动车GPS数据通过浮动车上设置的GPS模块来获取；所述固定检测器数据通过设置在路段上的固定检测器来获取；获取原始数据后，对原始数据进行预处理，所述预处理包括修复丢失的数据；步骤二：城市路网重要路段识别要应用路段交通流量来衡量路段的重要程度，即某时段某路段的流量越高，便认为该路段在路网中的作用越重要；ID路段在t时段的流量qID,t由固定检测器直接采集；步骤三：城市路网薄弱路段识别将薄弱路段定义为路网中受交通拥堵可能性最大的路段集，应用路段浮动车速度的变异系数来评价路段的薄弱程度，即稳定程度，变异系数越大，表征该时段该路段的运行状况越不稳定；ID路段浮动车车速在t时段的变异系数cvID,t可由下式得到：式中：是浮动车车速的均值，S_ID,t是该路段该时段浮动车车速的标准差，这两个值可由下式得到：式中：vi表示ID路段，t时段第i辆车的车速；式中：u表示该时段路段内的车辆数，其他符号含义同上；步骤四：城市路网关键路段识别及分层首先，对流量和变异系数进行规范化处理；对流量q_ID,t和变异系数cv_ID,t进行规范化处理，将其映射到[0,1]区间；映射公式为：式中：a_j∈{q_ID,t,cv_ID,t}，max(a_j)和min(a_j)表示所有元素中第j个值的最大值和最小值，a'_j即为规范化之后的值；由此得到映射后的流量q'_ID,t和变异系数cv'_ID,t；将计算得到的ID路段的关键度定义为关键度向量c_ID,t：c_ID,t＝(q'_ID,t,cv'_ID,t)，式中：q'_ID,t规范化后的某路段t时段的流量，cv'_ID,t是规范化后的变异系数；然后，对关键度向量进行聚类分层：1)从全部数据对象中随机选择5个初始聚类中心，cat₁＝{x₁,y₁},cat₂＝{x₂,y₂},…,cat₅＝{x₅,y₅}，其中cat即表示聚类中心，{x,y}是根据路段属性随机选取的聚类中心，其中x和y分别表示经过规范化处理后的某路段流量和平均速度变异系数；2)计算每个关键度向量到聚类中心的欧氏距离，每个关键度向量对应5个欧氏距离，其表达式为：式中：即为路段ID在t时段到第m个聚类中心的欧式距离，m∈{1,2,3,4,5}；3)根据来判断该关键度向量与聚类中心点距离，将其归到距离最小的聚类中心点所在的类别，这样可以得到每一个向量关键度的类别；4)计算属于每个聚类中心的所有关键度向量的坐标的平均值，并将这个平均值作为新的聚类中心：式中：s表示属于第m个聚类中心的关键度向量的个数，l表示属于该类的第l个关键度向量，l∈{l为整数|1≤l≤s}，则和就是经过第一次迭代之后的第m个类的新的聚类中心；5)重复2)和3)，直到新的聚类中心与上步迭代的聚类中心的距离小于给定的阈值α，停止迭代；即：式中：为第z次迭代之后第m个类的聚类中心，为第(z‑1)次迭代之后第m个类的聚类中心；6)将属于类中心值最大的类别的道路集定义为1类道路，表示其对路网的作用最显著，以此类推；7)根据分类，将关键度系数I，I为常数，赋值给每类中的各路段，且满足I₁＜I₂＜I₃＜I₄＜I₅，角标代表道路的重要度等级；步骤五：城市路网运行状态指数构建(1)根据路段浮动车平均车速计算路段平均速度系数cs_ID,t，其表达式为式中：是ID路段在t时段的平均速度，V_r是该路段所属的道路等级为r的最大限速，cs_ID,t的取值范围为[0,1]；(2)根据区域中各路段的平均速度系数和关键度系数，计算城市区域路网运行状态指数NCI_t：式中：I_cat(ID)代表ID路段所属的关键度等级的关键度系数，cs_ID,t代表该路段的平均速度系数，n为区域路段数量；(3)将区域路网运行状态指数NCI_t的[极小值,极大值]区间做相应的映射，使其取值范围处于[0,10]，具体公式为：式中：max表示极大值，min表示极小值；(4)根据NCI_t的数值，将区域路网拥堵划分为不同等级。