一种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法，属于智能交通研究领域。所述方法包括：(1)采集车流量数据；(2)根据车型，标准化车辆数目；(3)计算道路理论最大车流量，包括：通过道路限速与观测时长的乘积，计算车辆的行驶长度；计算车辆的安全车间距；计算车辆的有效行驶长度；根据车辆的有效行驶长度、安全车间距以及标准车辆长度，计算理论最大车流量；(4)根据计算所得到的道路理论最大车流量以及道路实际通过的标准化车辆数目，利用城市道路占有率的计算方法进行公式计算，得到观测时段的城市道路占有率。采用本发明可以准确、自动地计算城市道路占有率。
【专利说明】
一种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法，属于智能交通系 统研究范畴。
【背景技术】
[0002] 道路占有率表示在特定时段内，道路（路段）被交通参与者使用量与总量的比值。 道路占有率反应了道路使用的繁忙情况，有利于直观地向出行者、交通管理部门以及城市 规划部门展现城市道路使用情况，是智能交通系统的重要组成部分。
[0003] 常用的道路占有率的计算方法分为时间和空间两种。在基于时间的方法中，采用 车辆通过时间的累计值与观测时长的比值计算道路占有率。这类方法中，需要累加每个车 辆通过道路横截面的时间，但目前城市道路上的传感器在测量每辆车通过时间时误差较 大。在基于空间的占有率方法中，采用车辆占据的有效面积和道路总面积（长度）的比值 计算道路占有率。这类方法中，需要计算每辆车占据的面积，目前没有传感器能直接测量出 路段中车辆占据的面积。总之，采用上述两种方法很难准确、自动地获取相应的传感数据。 本专利采用流量传感器采集的车流量数据，通过优化的空间道路占有率计算方法，自动地 计算城市道路占有率。
[0004] 目前，部署于城市道路的流量传感器能较为准确的自动获取道路通行的车辆数 目。流量传感器是指可以自动地探测某个时间段内通过某一路段单个车道或全部车道车辆 数目的传感器。当前的智能交通系统中，常用的流量传感器包括微波检测器、地感线圈和卡 口摄像头等。
[0005] 涉及流量传感器的专利包括陈婷等撰写的《一种基于地磁线圈的车流量检测器》、 舒晓竑撰写的《车流量检测器》、覃大海撰写的《一种车流量检测器》等，这些专利主要涉及 流量传感器的设计和组织构成。本专利是分析流量传感器采集的车流量数据，和这些专利 保护的范围不同。
[0006] 驾驶员反应时间是指当驾驶员发现紧急情况直至踩下制动作用之前的时间间隔 称，在英国的《公路法规》中，把驾驶员的反应时间定为〇. 68秒，称为"思索时间"。
[0007] 跟驰理论是运用动力学方法，探究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时，后 车跟随前车的行驶状态，并且借助数学模式表达并加以分析阐明的一种理论，跟驰状态临 界值的判定是车辆跟驰研究中的一个关键，国外的研究中，美国1994年版的《道路通行能 力手册》规定当车头时距小于等于5s时，车辆处于跟驰状态；Sven Maerivoet和Bart De Moor撰写的《Traffic Flow Theory》认为跟驰行为发生在两车车头间距为0~100m或0~ 125m的范围内；Weidman的研究则认为车头间距小于等于150m时，车辆处于跟驰状态。
[0008] 安全车间距是指在一条车道上同向行驶的一列车队中，前后相邻车辆之间，后一 辆车车头与前一辆车车尾之间的距离。
【发明内容】
[0009] 为了克服现有道路占有率计算方法中，较难获得相应传感数据的情况，本发明提 出了一种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法。在准确获得道路车流量的情况 下，该方法是空间占有率计算结果的一种有效近似。
[0010] 为了解决上述技术问题而提供的方案为：
[0011] -种基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法，所述方法包括以下步骤：
[0012] (1)采集车流量数据。采用流量传感器收集观测时长（T)内路段的车流量数据 (Q)。本方法可采用微波检测器、地感线圈和卡口摄像头等可部署于城市道路的流量传感 器；
[0013] (2)标准化车辆数目。不同类型车辆的长度各异，对道路的占有面积也不同，需要 标准化。本方法将小轿车的车辆长度作为标准长度。对于城市道路中另三种常见车型：公 交车和客车为2. 4倍标准长度，货车为2倍标准长度，由人工在道路上统计得，公交车的比 例为a，客车的比例为b，货车的比例为c，小轿车的比例为d。则计算标准化后的车辆数目， 具体为：
[0014] Qi= 2. 4*Q*a+2. 4*Q*b+2*Q*c+l*Q*d ;公式（1)
[0015] 式中，Qi为观测时长（T)内路段的标准化后的车辆数目；Q为观测时长（T)内路段 的车流量数据；a为公交车的比例；b为客车的比例；c为货车的比例；d为小轿车的比例；
[0016] (3)计算道路理论最大车流量。当所有车辆以跟驰状态行驶时，则一段时间后，从 第一辆车到最后一辆车的距离，也就是车辆的有效行驶长度可等于每辆车的车辆长度以及 车辆的安全车间距之和，据此可计算理论最大车流量。具体步骤为：
[0017] a)根据道路限速（V)和观测时长（T)，计算车辆的行驶长度（Lt)，具体为：
[0018] Lt= V*T ;公式（2)
[0019] 式中，Lt为车辆的行驶长度；V为道路限速，例如，一级道路的设计行车速度为 60-80km/h，二级道路的设计行车速度为40-60km/h，三级道路的设计行车速度为30-40km/ h，四级道路的设计行车速度为30km/h ;T为观测时长；
[0020] b)计算车辆的安全车间距（Ld)，在所有车辆都以道路限速行驶的情况下，两辆车 的安全的车间距应为反应距离，具体为：
[0021] Ld=V*t;公式（3)
[0022] 式中，LdS车辆的安全车间距；V为道路限速；t为驾驶员在紧急情况下的反应时 间；
[0023] c)计算有效行驶长度（L)，具体为：
[0024] L = Lt+Lr;公式（4)
[0025] 式中，L为车辆的有效行驶长度；Lt为车辆的行驶长度；为道路的总长度；
[0026] d)根据车辆的有效行驶长度（L)、安全车间距（Ld)以及标准车辆长度（〇,计算 理论最大车流量（QJ，具体为：
公式（5)
[0028] 式中，为在观测时间段内，道路理论上能通过的最大车流量；L为车辆的有效行 驶长度为标准车辆长度；L d为安全车间距；T i为红绿灯的一个周期i为红绿灯的一 个周期内，绿灯所占的时间。
[0029] 若道路限速发生变化，理论最大车流量需重新计算，否则该过程无需重复进行；
[0030] (4)计算道路占有率。将计算所得到的道路理论最大车流量（QJ以及道路实际通 过的标准化车辆数目（Qi)利用城市道路占有率的计算方法进行计算，得到观测时段的城市 道路占有率（U)。具体为：
[0032] 式中，U为观测时段的城市道路占有率；Qi为观测时段内，道路实际通过的标准化 车辆数目；Qm为在观测时段内，道路理论上能通过的最大车流量。
[0033] 本发明的有益效果为：本发明提出了一种新型的城市道路占有率的计算方法，只 需要流量传感器提供的数据作为输入，数据来源简单、快捷；可直观地展现道路的使用情 况，为交通管理部门和城市规划部门的决策提供数据支撑；可以自动地计算城市道路占有 率，是空间占有率计算结果的一种有效近似。
【附图说明】
[0034] 附图1为本发明实施例的城市道路占有率计算方法的流程图；
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
[0036] (1)采集车流量数据：
[0037] 以杭州市区北山路-保俶路_曙光路、建国北路-凤起路-体育场路、文一路-古 翠路-学院路、秋涛路-解放东路_清江路、文一西路-丰潭路-古墩路等5条路段作为数 据采集区域，将以上5条路段记为路段1、路段2、路段3、路段4、路段5,将07:30-07:35作 为数据采集时间段。流量检测器为微波检测器，它在这5分钟内采集到车流量作为源数据。
[0038] (2)标准化车辆数目：
[0039] 本实施例将小轿车的车辆长度作为标准长度。对于城市道路中另三种常见车型： 公交车和客车为2. 4倍标准长度，货车为2倍标准长度，由人工在道路上统计得，公交车的 比例为20 %，客车的比例为40 %，货车的比例为20 %，小轿车的比例为20 %。则计算标准 化后的车辆数目，具体为：
[0040] Qi= 2. 4*Q*20% +2. 4*Q*40% +2*Q*20% +1*Q*20% ;
[0041] 式中，Qi为观测时长（T)内路段的标准化车辆数目；Q为观测时长（T)内路段的车 流量数据。则以上5条路段的标准化车辆数目如下：
[0043] (3)计算道路理论最大车流量：
[0044] a)计算车辆的行驶长度（Lt)，因以上5条路段均为城市主干道，其限速为60 (km/ h)，即60/3. 6 (m/s)，又5分钟=300 (s)，故以上5条路段的车辆的行驶长度（Lt)均为：
[0046] b)计算车辆的安全车间距（Ld)，驾驶员在紧急情况下的反应时间取0.68 (s)。与 a)类似，以上5条路段的车辆的安全车间距（Ld)均为：
[0048] c)计算有效行驶长度（L)，以上5条路段的总长度如下：
[0050] 则根据公式（4)得：
[0051] L = 5000+Lr；
[0052] 式中，L为车辆的有效行驶长度；Lt (值为5000)为车辆的行驶长度，W为道路的总 长度。由上式可得以上5条路段的车辆的有效行驶长度为：
[0054] d)计算理论最大车流量（QJ，5分钟=300 (s)，车辆的标准长度为5米，由人工在 道路上统计得，在07:30-07:35期间，绿灯与红灯所占时间之比为4 : 6,则根据公式（5)可 得：
[0056] 式中，为在观测时间段内，道路理论上能通过的最大车流量；L为车辆的有效行 驶长度。则以上5条路段的理论最大车流量（QJ如下：
[0058] (4)计算道路占有率：
[0059] 将计算所得到的道路最大车流量（QJ以及道路实际通过的标准化车辆数目（QD 利用城市道路占有率的计算方法进行计算，得到观测时段的城市道路占有率（U)。取公式 (6)，即：
[0061] 式中，U为观测时段的城市道路占有率；Qi为观测时段内，道路实际通过的标准化 车辆数目；Qm为在观测时段内，道路理论上能通过的最大车流量。将以上5条道路的标准化 车辆数目以及理论最大车流量代入上式，可得以上5条道路在07:30-07:35期间的道路占 有率如下：
[0063] (5)比较道路占有率：
[0064] 人工视频观测车道获得的占有率结果，通常被认为是准确值。将由人工通过视频 观测在道路上统计得的道路占有率04)与用本发明的方法计算所得的道路占有率（U)进 行比较如下：
[0066] 由此可知，基于流量传感器的城市道路占有率的计算方法和人工视频观测相比， 误差率可控制在5%以下，是一种有效的自动计算方法。
【主权项】
1. 一种基于流量传感器的城市道路占有率（U)的计算方法，其特征在于： (1) 采集车流量数据； (2) 标准化车辆数目； (3) 计算道路理论最大车流量（Qni); (4) 将计算所得到的道路理论上能通过的最大车流量（Qni)以及道路实际通过的标准化 车辆数目（Q1)利用城市道路占有率的计算方法进行公式计算，得到观测时段的城市道路占 有率（U)。2. 根据权利要求1 (3)中，计算道路理论最大车流量主要包括： (1) 通过道路限速（V)与观测时长⑴的乘积，计算车辆的行驶长度（Lt); (2) 计算车辆的安全车间距（Ld); (3) 计算有效行驶长度（L); (4) 根据车辆的有效行驶长度（L)、安全车间距（Ld)以及标准车辆长度（L_)，计算理 论最大车流量（Qni)。3. 根据权利要求2 (2)所述，计算车辆的安全车间距（Ld)的方法，其特征在于：在所有 车辆都以道路限速行驶的情况下，两辆车的安全车间距应为反应距离，具体为 Ld= V*t 式中，LdS车辆的安全车间距；V为道路限速；t为驾驶员在紧急情况下的反应时间。4. 根据权利要求2 (3)所述，计算有效行驶长度（L)的方法，其特征在于：根据车辆的 行驶长度和道路总长度，计算有效行驶长度（L)，具体为 L - Lt+Lr; 式中，L为车辆的有效行驶长度；Lt为车辆的行驶长度；L ^为道路的总长度。5. 根据权利要求书2(4)所述，计算理论最大车流量（Qni)的方法，其特征在于：当所有 车辆以跟驰状态行驶时，则一段时间后，从第一辆车到最后一辆车的距离，也就是车辆的有 效行驶长度可等于每辆车的车辆长度以及车辆的安全车间距之和，据此可计算理论最大车 流量，具体为式中，Qn为在观测时间段内，道路理论上能通过的最大车流量；L为车辆的有效行驶长 度；为标准车辆长度；L 安全的车间距；T i为红绿灯的一个周期；t i为红绿灯的一个 周期内，绿灯所占的时间。6. 根据权利要求1 (4)所述，城市道路占有率的计算方法，其特征在于：将计算所得到 的道路理论上能通过的最大车流量（Qni)以及道路实际通过的同一标准车流量（Q)利用城 市道路占有率的计算方法进行计算，^'~勹城市道路占有率（U)。具体为式中，U为观测时段的城市道路占有率；Q1为观测时段内，道路实际通过的标准化后的 车流量；Qni为在观测时段内，道路理论上能通过的最大车流量。
【文档编号】G08G1/065GK105894825SQ201510304349
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年6月3日
【发明人】夏莹杰, 单振宇, 吴佳雯
【申请人】杭州远眺科技有限公司