本發(fā)明屬于交通規(guī)劃和交通管理與控制領(lǐng)域，具體涉及一類掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制的道路交叉口流量流向推算方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，交通擁堵及交通事故等諸多交通現(xiàn)象成為制約我國(guó)城市發(fā)展的主要問(wèn)題，而交叉口作為交通網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，是導(dǎo)致這一系列交通問(wèn)題的根源所在。道路交叉口流量流向是進(jìn)行交叉口控制方式確定、幾何設(shè)計(jì)、匝道設(shè)計(jì)和信號(hào)方案設(shè)置等工作的重要參數(shù)依據(jù)，對(duì)交叉口的流量及流向特征做出合理、準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)，對(duì)整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)的管理與控制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，是解決城市交通問(wèn)題的關(guān)鍵。對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀交通量調(diào)查，路段交通量可以通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)得到，而轉(zhuǎn)向交通量則需要通過(guò)交叉口流向觀測(cè)獲得，進(jìn)行交叉口流向觀測(cè)相當(dāng)復(fù)雜，尤其是多路交叉口和環(huán)形交叉口；對(duì)于交通網(wǎng)絡(luò)未來(lái)交通量預(yù)測(cè)，各種交通分配算法一般都將重點(diǎn)放在路段交通量上，無(wú)法獲得交叉口的轉(zhuǎn)向流量，通過(guò)人工觀測(cè)獲取道路交叉口未來(lái)交通各個(gè)轉(zhuǎn)向流量更是無(wú)處談及。為了避免通過(guò)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、高成本的人工調(diào)查方式來(lái)獲取現(xiàn)狀道路交叉口各轉(zhuǎn)向流量及準(zhǔn)確推算未來(lái)道路交叉口各轉(zhuǎn)向流量，豐富城市虛擬交通系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)中城市交通管理控制可視量化測(cè)試功能，優(yōu)化城市道路網(wǎng)絡(luò)的交叉口交通管理與控制策略，一種利用容易獲取的道路交叉口進(jìn)、出口交通量并綜合考慮交叉口掉頭車輛比例及轉(zhuǎn)向限制管理信息來(lái)推算交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量的技術(shù)就顯得尤為必要。本發(fā)明為此提出了一類考慮掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制的道路交叉口流量流向推算方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明公開了一類掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制的道路交叉口流量流向推算方法，避免通過(guò)傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式來(lái)獲取道路交叉口轉(zhuǎn)向流量，節(jié)約調(diào)查費(fèi)用，利用道路交叉口進(jìn)口道和出口道流量數(shù)據(jù)，通過(guò)迭代的方法準(zhǔn)確獲取城市道路交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向流量，用于更好地服務(wù)于城市道路交通規(guī)劃與管理。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一類掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步驟：(a)通過(guò)道路檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)獲取路段現(xiàn)狀交通流量或者通過(guò)交通需求預(yù)測(cè)獲取路段未來(lái)交通流量；這里包括如下四個(gè)參數(shù)：道路交叉口編號(hào)k，k交叉口進(jìn)、出口道數(shù)目r[k]，k交叉口i進(jìn)口道總流量oi，k交叉口j出口道總流量dj，(i，j＝1，2，…，r[k])；若研究目的為獲取道路交叉口現(xiàn)狀各個(gè)轉(zhuǎn)向流量值，則需要通過(guò)道路檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)獲取交通路網(wǎng)各路段單向現(xiàn)狀交通流量；若研究目的為獲取道路交叉口未來(lái)各個(gè)轉(zhuǎn)向流量值，則需要通過(guò)交通需求預(yù)測(cè)獲取交通路網(wǎng)各路段單向未來(lái)交通流量。(b)獲取道路交叉口歷史資料，包括各進(jìn)口道掉頭車輛比例和交叉口轉(zhuǎn)向限制管控方案；這里包括如下兩個(gè)參數(shù)：k交叉口i進(jìn)口道掉頭車輛比例pui，k交叉口轉(zhuǎn)向限制管控方案t(i，j)＝0(禁止進(jìn)口道i轉(zhuǎn)向出口道j)，(i，j＝1，2，…，r[k])。(c)檢查道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和是否滿足平衡條件，不平衡的交叉口進(jìn)行流量校正；一般來(lái)說(shuō)，車輛不能在道路交叉口停留，這也就要求交叉口各進(jìn)口道交通量之和與各出口道交通量之和相等，均等于交叉口總交通量。對(duì)道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和進(jìn)行檢查和校正的步驟包括：(c1)判斷道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和是否相等；這里包括如下兩個(gè)參數(shù)：交叉口進(jìn)口道交通量∑in進(jìn)i，交叉口出口道交通量∑jn出j；(c2)進(jìn)口道流量和與出口道流量和不相等的交叉口進(jìn)行流量校正；流量校正的步驟包括：(c21)計(jì)算交叉口進(jìn)口道流量和減去出口道流量和的差值；(c22)根據(jù)等概率假設(shè)，各個(gè)進(jìn)口道流量按其占全部進(jìn)口道總流量的比例減去所述步驟(c21)中得到的差值的一半；(c23)根據(jù)等概率假設(shè)，各個(gè)出口道流量按其占全部出口道總流量的比例加上所述步驟(c21)中得到的差值的一半。(d)根據(jù)等概率假設(shè)，并考慮交叉口掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制，確定道路交叉口流量流向迭代初始值，包括如下步驟：(d1)假設(shè)由某一進(jìn)口道轉(zhuǎn)向其他出口道的轉(zhuǎn)向車流量與相應(yīng)出口道車流量成正比，確定迭代初始值1；對(duì)于進(jìn)口i，其進(jìn)口流量為n進(jìn)i，掉頭車輛比例為pui，對(duì)于出口j，其出口流量為n出j，由下式來(lái)確定進(jìn)口i各個(gè)轉(zhuǎn)向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d2)假設(shè)由其他進(jìn)口道轉(zhuǎn)向某一出口道的轉(zhuǎn)向車流量與相應(yīng)進(jìn)口道車流量(扣除掉頭車輛)成正比，確定迭代初始值2；對(duì)于進(jìn)口i，其進(jìn)口流量為n進(jìn)i，對(duì)于出口j，其出口流量為n出j，由下式來(lái)確定出口j各個(gè)轉(zhuǎn)向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算術(shù)平均值；(d4)跟據(jù)步驟(b)所獲取的道路交叉口轉(zhuǎn)向限制信息(禁止進(jìn)口道i轉(zhuǎn)向出口道j)，將限制轉(zhuǎn)向的車流量t0(i，j)調(diào)整為0，確定最終的各轉(zhuǎn)向車流量迭代初始值。(e)利用增長(zhǎng)系數(shù)法進(jìn)行交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量迭代運(yùn)算，包括如下步驟：(e1)給定可以接受的精度要求；精度ε取值為0.0001或更小時(shí)已經(jīng)能夠滿足工程實(shí)踐的要求；(e2)選定一種增長(zhǎng)系數(shù)算法進(jìn)行交叉口流量流向迭代計(jì)算，包括如下步驟：(e21)令迭代次數(shù)m＝0；(e22)給定交叉口流量流向表中的ui、vj和x；(e23)確定當(dāng)前交叉口流量流向表中和tm；(e24)求各進(jìn)口道和各出口道交通量的增長(zhǎng)率和(e25)求第m+1次各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量的近似值(e26)收斂判定；(條件1)(條件2)式中：ui：i進(jìn)口道總交通量；vj：j出口道總交通量；x：交叉口總交通量；i進(jìn)口道駛向j出口道第m次迭代的交通量；i進(jìn)口道第m次迭代的總交通量；j出口道第m次迭代的總交通量；tm：交叉口第m次迭代的總交通量；i進(jìn)口道第m次迭代的增長(zhǎng)系數(shù)；j出口道第m次迭代的增長(zhǎng)系數(shù)；ε：任意給定的誤差常數(shù)；若收斂條件1和2滿足要求，則停止迭代；否則，令m＝m+1，返回步驟(e23)繼續(xù)迭代；(e3)滿足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的輸出結(jié)果即為交叉口流量流向推算結(jié)果。所述步驟(e2)中的增長(zhǎng)系數(shù)算法，根據(jù)函數(shù)的種類不同，可以分為平均增長(zhǎng)系數(shù)法、底特律法、福萊特法和佛尼斯法，下面分別講述：1、平均增長(zhǎng)系數(shù)法平均增長(zhǎng)系數(shù)法假定交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量tij的增長(zhǎng)系數(shù)是i進(jìn)口道交通量和j出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)的平均值。模型公式為：2、底特律法底特律法假定交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量tij的增長(zhǎng)系數(shù)與i進(jìn)口道交通量和j出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)之積成正比，與交叉口總交通量的增長(zhǎng)系數(shù)成反比。模型公式為：3、福萊特法福萊特法假設(shè)交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量tij的增長(zhǎng)系數(shù)不僅與i進(jìn)口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)和j出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)有關(guān)，還與整個(gè)交叉口其他進(jìn)、出口道交通量的增長(zhǎng)系數(shù)有關(guān)。模型公式為：式中，li、lj分別為i，j進(jìn)、出口道的位置系數(shù)。4、佛尼斯法佛尼斯法假設(shè)交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量tij的增長(zhǎng)系數(shù)與i進(jìn)口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)和j出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)都有關(guān)系。模型公式為：本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)本發(fā)明利用比較容易獲取的道路交叉口進(jìn)口道和出口道交通量，通過(guò)迭代的方法推算滿足精度要求的交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量，避免了通過(guò)傳統(tǒng)的人工調(diào)查方式來(lái)獲取道路交叉口轉(zhuǎn)向流量，節(jié)約了大量的調(diào)查費(fèi)用。(2)本發(fā)明在推算交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通的過(guò)程中，對(duì)不滿足平衡條件的交叉口進(jìn)口道和出口道流量進(jìn)行校正，確定交叉口流量流向迭代初始值時(shí)考慮了掉頭車輛和交叉口轉(zhuǎn)向限制，提高了流量流向計(jì)算的精確度。(3)本發(fā)明總結(jié)了一類高效、實(shí)用而又精確的獲取城市道路交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向流量的方法，能夠很好地服務(wù)于城市道路交通規(guī)劃與管理，為城市虛擬交通系統(tǒng)測(cè)試平臺(tái)的建設(shè)提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明方法的流程圖；圖2為本發(fā)明中確定迭代初始值方法的流程圖；圖3為本發(fā)明中增長(zhǎng)系數(shù)算法的流程圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。【實(shí)例】已知某四路交叉口將來(lái)進(jìn)、出口道預(yù)測(cè)交通流量表(表1)，其中進(jìn)口道1和進(jìn)口道3存在有5％的掉頭車輛，進(jìn)口道2禁止轉(zhuǎn)向出口道3，進(jìn)口道4禁止轉(zhuǎn)向出口道1，利用福萊特法求解該四路交叉口將來(lái)的交通流量流向表，設(shè)定收斂標(biāo)準(zhǔn)為ε＝1％。表1將來(lái)進(jìn)、出口道交通流量表(單位：輛/小時(shí))如圖1所示，一類考慮掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制的道路交叉口流量流向推算方法，包括如下步驟：(a)通過(guò)道路檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)獲取路段現(xiàn)狀交通流量或者通過(guò)交通需求預(yù)測(cè)獲取路段未來(lái)交通流量；實(shí)例的研究目的是獲取道路交叉口未來(lái)各個(gè)轉(zhuǎn)向流量值，因此需要通過(guò)交通需求預(yù)測(cè)獲取交通路網(wǎng)各路段單向未來(lái)交通流量。道路交叉口編號(hào)為1，交叉口進(jìn)、出口道數(shù)目r[1]＝4，交叉口i進(jìn)口道總流量oi，交叉口j出口道總流量dj詳見表1(i，j＝1，2，3，4)。(b)獲取道路交叉口歷史資料，包括各進(jìn)口道掉頭車輛比例和交叉口轉(zhuǎn)向限制管控方案；根據(jù)歷史資料，該交叉口進(jìn)口道1和進(jìn)口道3存在有5％的掉頭車輛，即pu1＝5％，pu3＝5％；進(jìn)口道2禁止轉(zhuǎn)向出口道3，進(jìn)口道4禁止轉(zhuǎn)向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0。(c)檢查道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和是否滿足平衡條件，不平衡的交叉口進(jìn)行流量校正；一般來(lái)說(shuō)，車輛不能在道路交叉口停留，這也就要求交叉口各進(jìn)口道交通量之和與各出口道交通量之和相等，均等于交叉口總交通量。對(duì)道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和進(jìn)行檢查和校正的步驟包括：(c1)判斷道路交叉口進(jìn)口道流量和與出口道流量和是否相等；由表1第7列可知，該四路交叉口進(jìn)口道交通量∑in進(jìn)i和出口道交通量∑jn出j不滿足平衡關(guān)系，需要進(jìn)行校正；(c2)進(jìn)口道流量和與出口道流量和不相等的交叉口進(jìn)行流量校正；流量校正的步驟包括：(c21)計(jì)算交叉口進(jìn)口道流量和減去出口道流量和的差值；(c22)根據(jù)等概率假設(shè)，各個(gè)進(jìn)口道流量按其占全部進(jìn)口道總流量的比例減去所述步驟(c21)中得到的差值的一半；(c23)根據(jù)等概率假設(shè)，各個(gè)出口道流量按其占全部出口道總流量的比例加上所述步驟(c21)中得到的差值的一半。交叉口進(jìn)、出口道交通量進(jìn)行調(diào)整后得表2。表2平衡后將來(lái)進(jìn)、出口道交通流量表(單位：輛/小時(shí))(d)根據(jù)等概率假設(shè)，并考慮交叉口掉頭車輛和轉(zhuǎn)向限制，確定道路交叉口流量流向迭代初始值，如圖2所示，包括如下步驟：(d1)假設(shè)由某一進(jìn)口道轉(zhuǎn)向其他出口道的轉(zhuǎn)向車流量與相應(yīng)出口道車流量成正比，確定迭代初始值1；對(duì)于進(jìn)口i，其進(jìn)口流量為n進(jìn)i，掉頭車輛比例為pui，對(duì)于出口j，其出口流量為n出j，由下式來(lái)確定進(jìn)口i各個(gè)轉(zhuǎn)向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；該交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值計(jì)算后得表3；表3交叉口流量流向迭代初始值1(單位：輛/小時(shí))(d2)假設(shè)由其他進(jìn)口道轉(zhuǎn)向某一出口道的轉(zhuǎn)向車流量與相應(yīng)進(jìn)口道車流量(扣除掉頭車輛)成正比，確定迭代初始值2；對(duì)于進(jìn)口i，其進(jìn)口流量為n進(jìn)i，對(duì)于出口j，其出口流量為n出j，由下式來(lái)確定出口j各個(gè)轉(zhuǎn)向車流量(i，j，q＝1，2，…，r[k])；該交叉口pu1＝5％，pu2＝0；pu3＝5％，pu4＝0，采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值計(jì)算后得表4；表4交叉口流量流向迭代初始值2(單位：輛/小時(shí))進(jìn)/出1234合計(jì)112947012965632458273008183551904312955271456302597487635798202215合計(jì)30311354324115489174(d3)迭代初始值1和迭代初始值2取算術(shù)平均值；采用上式確定交叉口流量流向迭代初始值t0(i，j)，計(jì)算后得表5；表5交叉口流量流向迭代初始值(單位：輛/小時(shí))進(jìn)/出1234合計(jì)112951312825982523266407283371728313365851456822748480635088302039合計(jì)29351447303816179037(d4)跟據(jù)步驟(b)所獲取的道路交叉口轉(zhuǎn)向限制信息(禁止進(jìn)口道i轉(zhuǎn)向出口道j)，將限制轉(zhuǎn)向的車流量t0(i，j)調(diào)整為0，確定最終的各轉(zhuǎn)向車流量迭代初始值；該交叉口進(jìn)口道2禁止轉(zhuǎn)向出口道3，進(jìn)口道4禁止轉(zhuǎn)向出口道1，即t(2，3)＝0，t(4，1)＝0，將t0(2，3)和t0(4，1)均調(diào)整為0，確定交叉口流量流向最終迭代初始值t0(i，j)，計(jì)算后得表6。表6交叉口流量流向最終迭代初始值(單位：輛/小時(shí))進(jìn)/出1234合計(jì)11295131282598252326640033710003133658514568227484035088301233合計(jì)21291447231016177504(e)利用增長(zhǎng)系數(shù)法進(jìn)行交叉口各個(gè)轉(zhuǎn)向交通量迭代運(yùn)算，包括如下步驟：(e1)給定可以接受的精度要求；本實(shí)例設(shè)定的精度要求為ε＝1％；(e2)選定福萊特法進(jìn)行交叉口流量流向迭代計(jì)算，如圖3所示，包括如下步驟：(e21)求各進(jìn)口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)各出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)以及交叉口各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表7進(jìn)、出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)和各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表(e22)計(jì)算后得表8；表8第一次迭代交通流量流向表(單位：輛/小時(shí))(e23)重新求各進(jìn)口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)各出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)以及交叉口各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表9進(jìn)、出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)和各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表(e24)收斂判定；由于和部分系數(shù)大于1％的誤差，因此需要重新進(jìn)行迭代；(e25)計(jì)算后得表10；表10第二次迭代交通流量流向表(單位：輛/小時(shí))od1234合計(jì)1152433148352025872113000422155231616505172607290140417144301860合計(jì)28991356309715498900(e26)重新求各進(jìn)口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)各出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)以及交叉口各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表11進(jìn)、出口道交通量增長(zhǎng)系數(shù)和各轉(zhuǎn)向的位置系數(shù)表(e27)收斂判定；和的各項(xiàng)系數(shù)誤差均小于1％；(e3)滿足精度要求后停止迭代，最后一次迭代的輸出結(jié)果表10即為該四路交叉口未來(lái)流量流向推算結(jié)果。應(yīng)當(dāng)指出，上述實(shí)例僅僅是為清楚地說(shuō)明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。當(dāng)前第1頁(yè)12