一种基于宏观基本图的高速公路运行状态评价方法

摘要

本发明公开了一种基于宏观基本图的高速公路运行状态评价方法，包括以下几个步骤：步骤1：预处理数据；步骤2：计算宏观基本图模型参数；步骤3：建立宏观基本图模型；步骤4：聚类方法DBSCAN设计与实现；最后得到的数据类阈值范围，通过给出高速公路收费站数据，判断路网的交通状态。本发明适用于高速公路路网，利用高速公路实际收费数据，保证结果真实有效，再通过计算路网平均流量、平均占有率确定路网宏观基本图的主要参数，为建模提供基础，该模型能够直观地反映高速路网宏观运行状态及其演变过程。

主权项

一种基于宏观基本图的高速公路运行状态评价方法，包括以下几个步骤：步骤1：预处理数据；以高速公路收费数据作为数据基础，收费数据采集间隔1min，采集数据包括车辆编号、进出收费站时间、进出收费站ID编号、车辆类型、车重，利用阈值法和四分位法对收费数据原始数据筛选过滤；步骤2：计算宏观基本图模型参数；利用最短路算法求解路网任意两点间最短路径长度，导入到对应起始ID编号的收费数据中，得到各车辆行驶里程，由各车辆行程里程除以对应行程时间，得到各车辆空间平均速度；计算路网每5min流量的非加权平均值，并利用各车辆求得的流量、空间平均速度值求解平均密度；非加权平均值的计算公式为：$q^u={\Sigma }_i\frac{q_i}{N}$$k^u=\frac{q^u}{\bar{u}}$其中：q^u表示路网的非加权平均流量；i、N分别表示路段i和路网中路段的数量，i＝1,2,…,N；q_i表示路段i的流量；k^u为平均密度，为由收费数据计算得到的各车辆空间平均速度；步骤3：建立宏观基本图模型；以每5min为时间间隔输出流量、占有率数据，根据非加权公式计算每5min平均流量、平均占有率，以平均占有率为x轴、平均流量为y轴建立坐标系，将输出数据绘制成散点图，得到该路网的宏观基本图；步骤4：聚类方法DBSCAN设计与实现；具体为：(1)设置聚类方法DBSCAN中参数；设置搜索半径ePS为1.4；最少密度阈值MinPts为5；(2)顺序读入文本文件中的数据；顺序读入文件中存放的二维点数据，即宏观基本图交通模型中所有平均流量、平均密度数据点的数据集合，存入pointlist中，该集合存放输入点的相关信息；(3)判断点是否为核心点；从pointlist中顺序读入一个点，如果该点没有被标记，计算该点与所有其他点的距离，若两点间距离小于最小半径ePS，则把这两个点放入tmplst数组中，并且计数；如果两点间距离大于最小半径ePS，则跳过这个点继续下一个点；最后总数大于等于最小密度阈值，则将tmplst中的元素标记分过组了，将标记分过组的元素作为一个聚类放入一个结果数组resultlist中，如果该点被标记则跳过这个点，继续下一个点的判断，直到所有点被判断一次；(4)合并聚类，对resultlist中的元素进行合并；对resultlist中的核心点所在的聚类进行判断和比较，如果有相同的元素，则合并这两个聚类，形成一个新的聚类，重复以上步骤，直到不再产生新的聚类为止；(5)输出聚类结果和噪声点；通过上述步骤，集合D划分为5个数据类，数据类阈值范围从小到大分别对应完全畅通、畅通、基本畅通、拥堵、严重拥堵5个交通状态；得到的数据类阈值范围，通过给出高速公路收费站数据，判断路网的交通状态。