一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法

本發(fā)明涉及智慧交通，尤其是涉及一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、交通需求預(yù)測是交通運(yùn)輸規(guī)劃與管理研究領(lǐng)域中的核心問題之一。交通需求預(yù)測理論與方法自20世紀(jì)30年代誕生以來，歷經(jīng)多年的不斷研究和實(shí)踐，取得了大量的成果。隨著交通運(yùn)輸實(shí)際問題的日趨復(fù)雜，交通量預(yù)測一直是交通行業(yè)理論研究者和實(shí)踐者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

2、經(jīng)典的交通需求預(yù)測方法為四階段法，即通過交通生成、交通分布、交通方式劃分、交通分配四個(gè)階段，將交通出行分配到道路網(wǎng)的各條路段上。然而，經(jīng)典的四階段法需要大量交通調(diào)查數(shù)據(jù)，實(shí)施周期較長。同時(shí)，傳統(tǒng)四階段法在交通分布中采用重力模型等方式進(jìn)行預(yù)測，但這種方法不僅預(yù)測精度有待考驗(yàn)，同時(shí)計(jì)算相對較為復(fù)雜，預(yù)測成本極高，難以應(yīng)對諸如道路施工影響這類臨時(shí)性事件而引發(fā)的通行能力的變化，受城市道路施工影響，導(dǎo)致部分路段通行能力突然發(fā)生改變，嚴(yán)重時(shí)容易引發(fā)交通堵塞現(xiàn)象，因此，如何在這種情況下快速而準(zhǔn)確地預(yù)測城市道路網(wǎng)絡(luò)交通需求，是當(dāng)前亟需解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，利用實(shí)時(shí)互聯(lián)網(wǎng)與交通流量等多源數(shù)據(jù)，能夠在道路施工導(dǎo)致部分路段通行能力改變的情況下快速準(zhǔn)確地預(yù)測城市道路網(wǎng)絡(luò)交通需求。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，包括以下步驟：

3、s1、獲取預(yù)測范圍內(nèi)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車歷史出行od(origin?destination，起點(diǎn)到目的地)矩陣、路段交通量與行程時(shí)間，其中，od矩陣中的數(shù)據(jù)是從一個(gè)區(qū)域到另一個(gè)區(qū)域的交通流量；

4、s2、觀測高峰小時(shí)施工影響區(qū)域施工時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)，記錄車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量與觀測行程時(shí)間；

5、s3、結(jié)合施工影響道路的道路等級(jí)與交通流量，確定流量偏差影響因子；

6、s4、依據(jù)步驟s2中車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量，采用一個(gè)兩階段模型對歷史出行od矩陣進(jìn)行修正；

7、s5、根據(jù)步驟s2中車輛通過施工影響區(qū)的觀測行程時(shí)間，修正施工影響區(qū)路段的行程時(shí)間，并重新進(jìn)行交通分配，得到交通需求預(yù)測結(jié)果。

8、進(jìn)一步地，所述步驟s1具體是利用手機(jī)信令和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以獲取預(yù)測范圍內(nèi)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車歷史出行od數(shù)據(jù)、路段交通量與行程時(shí)間。

9、進(jìn)一步地，所述步驟s2具體是利用前端采集設(shè)備來觀測高峰小時(shí)施工影響區(qū)域施工時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)。

10、進(jìn)一步地，所述前端采集設(shè)備包括攝像頭、交通地感線圈。

11、進(jìn)一步地，所述步驟s2中車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量具體是施工時(shí)通過該施工區(qū)斷面的交通量；

12、車輛通過施工影響區(qū)的觀測行程時(shí)間具體是施工時(shí)觀測時(shí)間段內(nèi)全部車輛通過該施工區(qū)起點(diǎn)i的時(shí)間ti與通過其終點(diǎn)j的時(shí)間tj之間的時(shí)間差的平均值。

13、進(jìn)一步地，所述步驟s3中流量偏差影響因子的取值介于[0,1]，若施工影響區(qū)域的道路等級(jí)越高、交通流量越大，則其流量偏差所造成的影響越大、流量偏差影響因子越趨近于1，反之則越趨近于0。

14、進(jìn)一步地，所述步驟s4包括以下步驟：

15、s41、構(gòu)建兩階段模型，包括目標(biāo)函數(shù)、交通分配模型以及約束條件；

16、s42、采用梯度下降啟發(fā)式算法，對兩階段模型進(jìn)行求解，得到新的出行od矩陣，用于修正歷史出行od矩陣。

17、進(jìn)一步地，所述步驟s41中目標(biāo)函數(shù)旨在最小化修正后出行od矩陣drs與原始的出行od矩陣估計(jì)之間的偏差，以及路段交通流量xij與施工區(qū)觀測交通流量之間的偏差；

18、交通分配模型用于表示當(dāng)出行od矩陣為d時(shí)，通過求解交通分配模型來得到對應(yīng)的路段交通流量解x；

19、約束條件用于保證各區(qū)域之間的出行量是非負(fù)的。

20、進(jìn)一步地，所述步驟s41中兩階段模型具體為：

21、

22、其中，目標(biāo)函數(shù)g(d,x)是關(guān)于和的最小二乘形式，向量d，和x，分別用來表示所有的drs，和xij變量，z為交通小區(qū)，drs為修正后od矩陣中的小區(qū)r到小區(qū)s的需求數(shù)據(jù)，為原始的od矩陣中的小區(qū)r到小區(qū)s的需求數(shù)據(jù)，a為預(yù)測范圍路段集合，為施工路段集合，xij為路段流量，tij為路段行程時(shí)間，為步驟s2中記錄的觀測交通流量，λ為流量偏差影響因子。

23、進(jìn)一步地，所述步驟s5具體是根據(jù)wardrop用戶均衡原理，以重新進(jìn)行交通分配。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

25、本發(fā)明通過獲取預(yù)測范圍內(nèi)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車歷史出行od矩陣、路段交通量與行程時(shí)間，再觀測高峰小時(shí)施工影響區(qū)域施工時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)，記錄車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量與觀測行程時(shí)間；并結(jié)合施工影響道路的道路等級(jí)與交通流量，確定流量偏差影響因子；之后依據(jù)車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量，采用一個(gè)兩階段模型對歷史出行od矩陣進(jìn)行修正；最后根據(jù)車輛通過施工影響區(qū)的觀測行程時(shí)間，修正施工影響區(qū)路段的行程時(shí)間，并重新進(jìn)行交通分配，以得到交通需求預(yù)測結(jié)果。由此能夠利用可采集到的多源數(shù)據(jù)，對出行od矩陣進(jìn)行修正，從而對預(yù)測范圍內(nèi)的交通需求進(jìn)行實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地預(yù)測，有效避免交通堵塞現(xiàn)象的發(fā)生。

26、本發(fā)明中，綜合考慮施工影響道路的道路等級(jí)與交通流量，以確定流量偏差影響因子，其取值依據(jù)道路的等級(jí)和交通飽和度進(jìn)行選?。菏┕び绊憛^(qū)域的道路等級(jí)越高、交通流量越大，則其流量偏差所造成的影響越大，流量偏差影響因子越趨近于1，反之則越趨近于0，由此充分保證流量偏差影響因子的取值準(zhǔn)確性，有利于提高后續(xù)構(gòu)建兩階段模型的可靠性。

27、本發(fā)明采用兩階段模型對出行od矩陣進(jìn)行修正，該兩階段模型包括：目標(biāo)函數(shù)用于最小化修正后出行od矩陣drs與原始的出行od矩陣估計(jì)之間的偏差，以及路段交通流量xij與施工區(qū)觀測交通流量之間的偏差；交通分配模型用于表示當(dāng)出行od矩陣為d時(shí)，通過求解交通分配模型來得到對應(yīng)的路段交通流量解x；約束條件則用于保證各區(qū)域之間的出行量是非負(fù)的。由此通過求解該兩階段模型，能夠得到一個(gè)新的出行od矩陣、得到交通流量最優(yōu)解。

技術(shù)特征：

1.一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s1具體是利用手機(jī)信令和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，以獲取預(yù)測范圍內(nèi)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車歷史出行od數(shù)據(jù)、路段交通量與行程時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s2具體是利用前端采集設(shè)備來觀測高峰小時(shí)施工影響區(qū)域施工時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述前端采集設(shè)備包括攝像頭、交通地感線圈。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s2中車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量具體是施工時(shí)通過該施工區(qū)斷面的交通量；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s3中流量偏差影響因子的取值介于[0,1]，若施工影響區(qū)域的道路等級(jí)越高、交通流量越大，則其流量偏差所造成的影響越大、流量偏差影響因子越趨近于1，反之則越趨近于0。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s4包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s41中目標(biāo)函數(shù)旨在最小化修正后出行od矩陣drs與原始的出行od矩陣估計(jì)之間的偏差，以及路段交通流量xij與施工區(qū)觀測交通流量之間的偏差；

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s41中兩階段模型具體為：

10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任一所述的一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，其特征在于，所述步驟s5具體是根據(jù)wardrop用戶均衡原理，以重新進(jìn)行交通分配。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種考慮道路施工影響的城市道路交通需求預(yù)測方法，包括：獲取預(yù)測范圍內(nèi)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車歷史出行OD矩陣、路段交通量與行程時(shí)間；觀測高峰小時(shí)施工影響區(qū)域施工時(shí)的車輛運(yùn)行狀態(tài)，記錄車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量與觀測行程時(shí)間；結(jié)合施工影響道路的道路等級(jí)與交通流量，確定流量偏差影響因子；依據(jù)車輛通過施工影響區(qū)的觀測交通流量，采用一個(gè)兩階段模型對歷史出行OD矩陣進(jìn)行修正；根據(jù)車輛通過施工影響區(qū)的觀測行程時(shí)間，修正施工影響區(qū)路段的行程時(shí)間，并重新進(jìn)行交通分配，得到交通需求預(yù)測結(jié)果。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠在道路施工導(dǎo)致部分路段通行能力改變的情況下快速準(zhǔn)確地預(yù)測城市道路網(wǎng)絡(luò)交通需求。

技術(shù)研發(fā)人員：彭晴,龔華天,楊曉光
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6