一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法

摘要

本发明提供一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法，该方法首先将不同数据集中的无效数据移除，并筛选出平面交叉口数据；然后根据交叉口数据与路段速度数据匹配算法，得到交叉口与其各进口道路段关联数据集，再将交叉口各进口道路段的速度转化为路段拥堵指数，识别拥堵进口道；接着计算交叉口所有进口道路段速度的平均值，并将进口道路段平均速度转化为路段平均拥堵指数；最后根据交叉口拥堵进口道个数和进口道路段平均拥堵指数，建立平面交叉口整体的运行状况评价标准。本发明充分考虑了路段速度数据的特点，将交叉口与其进口道路段进行数据关联，通过对交叉口各进口道路段的运行状况分析，得到平面交叉口整体的运行状况评价标准。

说明书

技术领域

本发明涉及城市交通交叉口评价方法领域，更具体地，涉及一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法。

背景技术

平面交叉口是城市道路交通系统的重要组成部分，各个方向的交通流在交叉口处有秩序地汇集和分离。交叉口位置的重要性和交通运行状况的复杂性，使得其成为制约整个道路交通系统充分发挥其功能效率的重要因素之一，因此，针对平面交叉口设计专有的评价方法和指标是城市道路交通运行评价领域研究的重点内容。此外，随着智慧交通建设的展开，交通数据种类与数量增长，基于手机导航地图的路段速度数据由于样本量大、覆盖率高、可实时更新等优点，广泛应用于交通领域。因此需要一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法，基于实时更新的路段速度数据对交叉口进行整体评价，通过拥堵频率统计识别常发性拥堵交叉口，以便后续有针对性地进行交叉口专项治理与管控。

目前国内外对于该内容的研究主要针对交叉口的单个进口道进行评价，无法系统地掌握整个交叉口的运行状况；另外，相关研究也没有考虑到将路段速度数据应用到交叉口运行评价的场景。

发明内容

本发明提供一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法，该方法为平面交叉口评价提供一种计算复杂度更小、可实时更新、更为合理的计算方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法，包括以下步骤：

S1：获取研究区域与研究时间段内的路段速度数据集与交叉口数据集；

S2：对路段速度数据集与交叉口数据集进行预处理，包括无效数据清洗和平面交叉口筛选；

S3：根据交叉口相关标准确定平面交叉口范围，将交叉口数据与路段速度数据进行匹配，得到交叉口与其各进口道路段关联数据集；

S4：将交叉口各进口道路段的速度转化为路段拥堵指数，识别交叉口拥堵进口道；

S5：计算交叉口所有进口道路段速度的平均值，并将进口道路段平均速度转化为路段平均拥堵指数；

S6：基于交叉口拥堵进口道个数和进口道路段平均拥堵指数，建立平面交叉口整体的运行状况评价标准。

进一步地，所述步骤S1中，研究区域与研究时间段内的路段速度数据包括：(1)路段编号roadid：路段的唯一标识；(2)路段名称roadname：路段的名称；(3)长度length：路段的长度；(4)最大车道数maxlanes：路段的车道数；(5)更新时间updatetime：该条数据记录产生的时间；(6)速度speed：路段的速度；(7)地理范围geom：路段的地理位置信息；(8)方向direction：路段的行车方向；研究区域与研究时间段内的交叉口数据包括：(1)交叉口编号crossid：交叉口的唯一标识；(2)交叉口名称crossname：交叉口的名称；(3)经度lon：交叉口所在位置的经度；(4)纬度lat：交叉口所在位置的纬度；(5)交叉口类型crosstype：该交叉口的类型。

进一步地，所述步骤S2中，无效数据是指位置异常数据，即交叉口或路段速度数据的经纬度不在研究范围内；字段缺失数据，即路段速度数据的更新时间、速度、方向等字段有缺失的数据；速度异常数据，即路段速度数据的速度字段有数据但数据的速度值全部为0的路段数据。

进一步地，所述步骤S2中，平面交叉口筛选是指根据交叉口数据的交叉口类型字段选取平面交叉口数据进行计算，该交叉口类型以外的数据予以剔除。

进一步地，所述步骤S3中，根据交叉口相关标准确定平面交叉口范围为150米，交叉口数据与路段速度数据匹配的具体过程为：

S31：将交叉口数据与路段速度数据所采用的空间坐标系进行统一；

S32：识别路段速度数据的路段地理位置端点；

S33：利用最短距离法将交叉口位置数据与路段端点数据进行匹配，得到交叉口临近路段；

S34：通过交叉口临近路段的行车方向信息判断路段是否为交叉口进口道，若为进口道则判断该路段的长度是否大于150米，若路段长度不足150米，则将该路段的上游路段进行关联，以此类推，直至关联后的路段总长度超过150米，即完成匹配，得到交叉口各进口道路段数大于等于1条。

进一步地，所述步骤S4中，根据城市交通运行状况评价规范将交叉口各进口道路段的速度转化为路段拥堵指数，并识别交叉口拥堵进口道，拥堵进口道是指交叉口某条进口道所有路段的运行状况都为严重拥堵。

进一步地，所述步骤S5中，计算交叉口所有进口道路段速度的平均值是将各进口道路段速度进行加权平均，权值主要考虑交叉口各进口道路段的长度和车道数，计算公式为：

式中，

进一步地，所述步骤S6中，平面交叉口整体的运行状况评价标准是根据交叉口拥堵进口道个数和进口道路段平均拥堵指数建立的，评定标准为：若交叉口无拥堵进口道，且进口道路段平均拥堵指数较低，则判定该交叉口运行状况为畅通；若交叉口无拥堵进口道，但进口道路段平均拥堵指数较高，则判定该交叉口运行状况为基本畅通；若交叉口有拥堵进口道，但进口道路段平均拥堵指数较低，则判定该交叉口运行状况为局部拥堵；若交叉口有拥堵进口道，且进口道路段平均拥堵指数较高，则判定该交叉口运行状况为严重拥堵。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明充分考虑了路段速度数据的特点，将交叉口与其进口道路段进行数据关联，通过对交叉口各进口道路段的运行状况分析，得到平面交叉口整体的运行状况评价标准，评价方法计算复杂度小，时效性较强。

附图说明

图1是本发明流程示意图；

图2是交叉口进口道路段举例示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

如图1所示，一种基于路段速度数据的平面交叉口整体运行评价方法，包括以下步骤：

S1：获取研究区域与研究时间段内的路段速度数据集与交叉口数据集；

S2：对路段速度数据集与交叉口数据集进行预处理，包括无效数据清洗和平面交叉口筛选；

S3：根据交叉口相关标准确定平面交叉口范围，将交叉口数据与路段速度数据进行匹配，得到交叉口与其各进口道路段关联数据集；

S4：将交叉口各进口道路段的速度转化为路段拥堵指数，识别交叉口拥堵进口道；

S5：计算交叉口所有进口道路段速度的平均值，并将进口道路段平均速度转化为路段平均拥堵指数；

S6：基于交叉口拥堵进口道个数和进口道路段平均拥堵指数，建立平面交叉口整体的运行状况评价标准。

下面对上述各个步骤进行详细说明。

首先，需要获取研究区域如地级行政区或县级行政区内的路段速度数据和交叉口数据在研究时间段内的记录数据。

其次，对路段速度数据和交叉口数据进行预处理：

a)将经纬度坐标不在研究区域内的数据删除；将字段信息为空值或无效值的数据删除；将路段速度数据的速度字段有数据但数据的速度值全部为0的路段数据删除；

b)根据交叉口数据的交叉口类型字段选取平面交叉口数据进行计算，该交叉口类型以外的数据予以剔除。

接着，根据交叉口相关标准确定平面交叉口范围，将交叉口数据与路段速度数据进行匹配，得到交叉口与其各进口道路段关联数据集。

平面交叉口范围参考北京市市政设计院建议的交叉口服务水平中，进口道红灯平均阻车长度大于等于150米时，表示该进口的呈阻塞状态，基于此，为评价交叉口运行状况选定交叉口范围为150米。

交叉口数据与路段速度数据匹配的具体过程为：

a)将交叉口数据与路段速度数据所采用的空间坐标系进行统一；

b)识别路段速度数据的路段地理位置端点；

c)利用最短距离法将交叉口位置数据与路段端点数据进行匹配，得到交叉口临近路段；

d)通过交叉口临近路段的行车方向信息判断路段是否为交叉口进口道，若为进口道则判断该路段的长度是否大于150米，若路段长度不足150米，则将该路段的上游路段进行关联，以此类推，直至关联后的路段总长度超过150米，即完成匹配，得到交叉口与其各进口道路段关联数据集，交叉口各进口道路段数大于等于1条，具体如图2所示。

然后，将交叉口各进口道路段的速度转化为路段拥堵指数，识别交叉口拥堵进口道。路段拥堵指数能直接反映路段的运行状况，与速度有着直接的关系，通过交叉口进口道路段速度与自由流速度的百分比即可判断路段拥堵状况，计算公式如下：

其中，k

进口道路段速度和自由流速度的百分比k

表1路段拥堵指数等级划分表

通过交叉口各进口道路段的拥堵指数识别交叉口拥堵进口道，若交叉口某条进口道所有路段的路段拥堵指数都为5，即严重拥堵，则该进口道为拥堵进口道。

接着，计算交叉口所有进口道路段速度的平均值是将各进口道路段速度进行加权平均，权值主要考虑交叉口各进口道路段的长度和车道数，计算公式为：

式中，

同样采用交叉口各进口道路段速度转化为路段拥堵指数的方法，将交叉口进口道路段平均速度转化为进口道路段平均拥堵指数。

最后，根据交叉口拥堵进口道个数和进口道路段平均拥堵指数，建立平面交叉口整体的运行状况评价标准，评定标准为：若交叉口无拥堵进口道，且进口道路段平均拥堵指数较低，则判定该交叉口运行状况为畅通；若交叉口无拥堵进口道，但进口道路段平均拥堵指数较高，则判定该交叉口运行状况为基本畅通；若交叉口有拥堵进口道，但进口道路段平均拥堵指数较低，则判定该交叉口运行状况为局部拥堵；若交叉口有拥堵进口道，且进口道路段平均拥堵指数较高，则判定该交叉口运行状况为严重拥堵。交叉口整体运行状况等级划分表如表2所示。

表2交叉口整体运行状况等级划分表

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。