一种可预见性易拥堵路段的扩容管控方法与流程

本发明涉及交通管控，尤其是一种可预见性易拥堵路段的扩容管控方法。

背景技术：

1、目前，高速公路视频监控覆盖率100%，全程监控、全时检测、全域覆盖；服务区、收费站、大桥、特大桥、中跨度及以上隧道、隧道群、互通立交、匝道口、导流区等全部安装led显示屏。etc门架的安装不仅实现了不停车自动收费，也为高速公路车流精准感知提供了支撑。高速公路外场感知设备从覆盖率、布设密度到设备种类，都可以满足高速公路智能化、精细化的管控要求。

2、高速公路的易拥堵路段具有一定的可预见性，可预见性易拥堵路段是指规律性的、拥堵发生的时空特征稳定，在一定时间内不会发生变化的拥堵路段。例如：法定节假日高饱和流量拥堵路段的范围和持续时间具有规律性的，但是动态交通组织难度大，因为持续时间长、且车流量过于集中，无法短时间内进行分流。所以通过对历史数据的分析，提取出拥堵的时空特点，采取相对静态的扩容管控，提升道路通行能力，缓解交通拥堵；瓶颈路段也是易拥堵路段，比如隧道、长大桥梁，拥堵的时空特征也是具有稳定性，针对这种在某个时期（路网交通流特征没有发生明显变化时）内拥堵特性能够通过大数据挖掘出来，并结合路网结构、采集设备、etc门架数据、诱导设备、交通安全设施、互联网信息发布等，进行管控，实现道路的智慧扩容，提高道路通行效率。

3、目前高速公路机电系统安装设备较多，比如：etc门架（obu接收器、视频监控、诱导屏）、智慧收费站（无人收费出卡、自助缴费机）、视频上云（每2km一处）、雷达、交调系统、智慧服务区（视频为主）、恶劣天气监测等等，基础设备投入较多，但是一旦到节假日，高速公路拥堵严重，公众出行舒适感极差。原因在于，设备投入后，其真正的价值并没有发挥。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种可预见性易拥堵路段的扩容管控方法，用于解决可预见性易拥堵路段的交通流量大、通行效率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案，包括：

3、一种可预见性易拥堵路段的扩容管控方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、s1，采集高速公路上近一段时间内各个etc门架的历史数据；

5、s2，根据历史数据，计算各个etc门架监控范围下的各个路段的历史交通运行状态；

6、s3，根据各个路段的历史交通运行状态，筛选易拥堵路段，形成易拥堵路线，计算易拥堵路线的日平均交通量；

7、s4，根据易拥堵路线的日平均交通量，制定扩容管控策略。

8、优选的，所述易拥堵路段分为工作日、周末、节假日易拥堵路段；将相邻的工作日易拥堵路段连接，构成工作日易拥堵路线；将相邻的周末易拥堵路段连接，构成周末易拥堵路线；将相邻的节假日易拥堵路段连接，构成节假日易拥堵路线；分别计算工作日易拥堵路线、周末易拥堵路线、节假日易拥堵路线的日平均交通量，并进行工作日、周末、节假日的扩容管控。

9、优选的，根据各个路段的历史交通运行状态，计算各个路段在工作日、周末、节假日发生严重拥堵所占的比例；若路段在工作日、周末或节假日发生严重拥堵所占的比例超过设定阈值，则该路段对应的为工作日、周末或节假日易拥堵路段；否则，该路段为不易拥堵路段。

10、优选的，易拥堵路线的日平均交通量计算方式为：

11、qmax=max[n（j）,...,n（j+z）]×max[qds（j）,...,qds（j+z）]；

12、其中，易拥堵路线的起始路段编号为j，终止路段编号为j+z，z≥0；n（j）表示第j个路段的车道数；qds（j）=max[qdsa（j）|a∈a]，qds（j）为第j个路段的单车道日断面交通量最大值；qdsa（j）为第j个路段第a天的单车道日断面交通量，a为对应的天数集。

13、优选的，扩容管控策略具体如下所示：

14、若易拥堵路线的日平均交通量qmax<c，则不进行扩容管控；若c≤ qmax<c+co，则应急车道开放；若qmax ≥ c+co，则在开放应急车道的同时，还临时开放对向车道，待该易拥堵路线前一日的最大日断面交通量qmax’<c+co时，关闭对向车道；

15、其中，c为易拥堵路线的最大通行能力，co为易拥堵路线对应的应急车道的通行能力。

16、优选的，易拥堵路线前一日的最大日断面交通量计算方式为：

17、qmax’=max[n（j）,...,n（j+z）]×max[qds’（j）,...,qds’（j+z）]；

18、其中，易拥堵路线的起始路段编号为j，终止路段编号为j+z，z≥0；n（j）表示第j个路段的车道数；qds’（j）为第j个路段前一日的单车道日断面交通量。

19、优选的，采集高速公路上近一段时间内的各个etc门架的历史数据；将所有工作日中去掉节前一天和节后一天，构成工作日天数集；将所有周末构成周末天数集；将所有节假日加上节前一天和节后一天，构成节假日天数集。

20、优选的，步骤s2的具体过程如下所示：

21、s21，收集近一段时间内各个路段的单车道日断面交通量为样本数据，构建总样本集合x；x = {qdsm（i）|i=1,2,3,...；m=1,2,3,...,m}，其中，qdsm（i）为第i个路段第m天的单车道日断面交通量，m为近一段时间内的总天数；

22、s22，将近一段时间内的总天数按照工作日、周末、节假日进行划分，构成工作日天数集a1、周末天数集a2、节假日天数集a3；

23、将总样本集合x划分为三个样本集合，分别为：

24、工作日样本集合x1={qdsa1（i）|i=1,2,3,...，a1∈a1}，其中，qdsa1（i）为第i个路段第a1天的单车道日断面交通量；

25、周末样本集合x2={qdsa2（i）|i=1,2,3,...，a2∈a2}，其中，qdsa2（i）为第i个路段第a2天的单车道日断面交通量；

26、节假日样本集合x3={qdsa3（i）|i=1,2,3,...，a3∈a3}，其中，qdsa3（i）为第i个路段第a3天的单车道日断面交通量；

27、s23，将拥堵等级按照拥堵严重程度划分为w个等级，对应的设置聚类类别为w；

28、s24，利用聚类算法，分别对三个样本集合进行聚类，将每个样本集合均划分为w个类别并得到w个簇中心；

29、s25，判断近一段时间内各个路段每天的拥堵等级：计算qdsm（i）与对应样本集合的各个簇中心的欧氏距离，选取欧式距离最小的簇中心所对应的类别作为第i个路段第m天的拥堵等级。

30、优选的，路段的单车道日断面交通量计算方式为：

31、计算路段的小时断面交通量：

32、；

33、其中，qh为路段的小时断面交通量，单位为pcu/h，小时断面交通量是指路段断面1小时内通过的车辆数量，折算为标准车进行计数；kv是第v个车型的折算系数，qh,v是第v个车型的小时断面交通量；h表示小时；

34、计算路段的日断面交通量：

35、；

36、其中，qd为路段的日断面交通量；

37、计算路段的单车道日断面交通量：

38、qds=qd/n；

39、其中，qds为路段的单车道日断面交通量，n为路段的车道数。

40、优选的，还包括步骤s5，按照上述步骤s1-s4的方式进行迭代，更新扩容管控策略。

41、本发明的优点在于：

42、（1）本发明解决了可预见性易拥堵路段的交通流量大、通行效率低的问题，一定程度上可以降低事故隐患，节约出行成本，提高易拥堵路段的通行容量，提高出行者的满意度。

43、（2）本发明针对规律性、长期性的易拥堵路段，可通过增设车道等方式进行扩容以提高通行能力，易拥堵路段往往是交通瓶颈所在，通过管控措施可以有效缓解这些瓶颈处的交通压力，提高整个交通网络的运行效率，减少车辆在这些路段的等待时间和延误。

44、（3）本发明是一种中观周期性策略，由常规的微观管控上升到中观管控，有助于实现交通资源的优化配置和高效利用，提升整个交通系统的运行效率和服务水平。

45、（4）本发明提出的是一种在某个时期内相对静态的管控策略，针对性强，尤其是针对规律性的易拥堵路段，比如节假日拥堵路段，是一种持续时间长、涉及范围广，管控策略贯穿节假日拥堵开始前、到拥堵结束全过程，与短期或应急性的交通管理措施不同，这种策略从节假日拥堵开始前就介入，并持续至拥堵结束，确保了管控措施在整个拥堵周期内都能发挥作用，由常规的微观管控，上升到中观管控，有助于实现交通资源的优化配置和高效利用，提升整个交通系统的运行效率和服务水平。

46、（5）本发明对历史同期、同条件下的高速公路的交通流量、速度、事故记录等数据进行深度挖掘，识别出易拥堵路段；同时，结合相对实时的日交通量数据，对道路状况进行持续监测，采取静态与动态相结合的管控策略，针对规律性、长期性的拥堵路段，如节假日高饱和流量路段，可通过增设车道等方式进行物理扩容提高道路通行能力，引导车辆合理分流，避免拥堵加剧。

47、（6）本发明的可预见性易拥堵路段的扩容管控是介于静态管控和动态管控之间一种中观周期性策略。当路网没有发生变化期间时，交通流特征不变，这种情况下，拥堵是完全可预见性的规律；当交通流发生变化，拥堵的特征也会随着发生变化，所以，可以当路网交通流特征发生较大变化时，可以重新运行该程序，生成适配交通流的扩容管控策略。定期对策略进行评估和调整，以确保其始终与当前的交通流特征相匹配，进而达到道路容量扩充，通行能力提高。对流量超饱和条件下的易拥堵路段，从管理需求侧出发，通过一整套完整的主动扩容管控技术。