本发明涉及一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，首先，读入原始数据，然后，设定等效车长，计算密度值；第二，设定等效车长调整的比例dl剔除噪点所占的比例dp及剔除噪点的带宽dm，误差限阈值临界密度通行能力eC，阻塞密度第三，等比例剔除临界密度左右两侧的噪点，保证剔除噪点范围不超过最大带宽；第四，对前后两段进行线性拟合,第一段拟合要求拟合后的直线通过原点，第二段拟合要求拟合后的直线通过阻塞密度值点。最后，判断拟合后的各参数值是否满足收敛条件；若满足收敛条调整等效车长，并重新计算密度，转入第三步。本发明方法简便有效，便于操作，解决了现有交通参数标定方法适用的局限性问题。
1.一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于包括步骤如下：(1)读取原始微波数据，设定等效车长初始值及范围；
(2)利用原始微波数据与等效车长计算密度值K，作出流密基本图；
(3)设定等效车长调整的比例dl，剔除噪点所占的比例dp、剔除噪点的带宽dm、误差限阈值临界密度 误差限阈值通行能力eC、误差限阈值阻塞密度 其中，Kc为临界密度；C为通行能力；Km为阻塞密度；
(4)以原始微波数据中的流量最大值作为初始通行能力，以原始微波数据中流量最大值所对应的密度值作为临界密度值；
(5)等比例剔除临界密度值左右两侧的噪点，并计算剔除噪点后的临界密度值左右两侧边界值；
(6)分别对临界密度值左侧数据与右侧数据进行线性拟合，并判断拟合后的各参数值是否满足收敛条件；
(7)若满足收敛条件，则得到参数标定结果，标定结束；若不满足收敛条件，则判断两条拟合直线在是否在临界密度值处相交，根据判断结果对等效车长进行调整，重新计算密度值后循环执行步骤(5)至步骤(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述原始微波数据包括流量q、时间占有率Occu、速度v。
3.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述等效车长L初始值为8m，范围为8m≤L≤10m。
4.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述步骤(2)密度值K的计算公式如下：其中，K为密度，Occu为占有率，L为等效车长。
5.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述步骤(5)采用等比例剔除方法剔除临界密度值左右两侧的噪点，方法如下：(a)计算临界密度值左侧剔除点的比例所占的长度为dp·Kc(i)，临界密度值右侧剔除点的比例所占的长度为dp·(Km(i)-Kc(i))；
(b)为保证剔除点所占的长度不超过剔除噪点的最大带宽，取剔除噪点带宽为min(dm,dp·Kc(i))，min(dm,dp·(Km(i)-Kc(i)))；其中，i＝1,2,3..为迭代次数。
6.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述步骤(6)分别对临界密度值左侧数据与右侧数据进行线性拟合的方法为对临界密度值左侧数据拟合得到的拟合直线通过原点，对临界密度值右侧数据拟合得到的拟合直线通过阻塞密度值点。
7.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述的收敛条件如下：(i)
8.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述步骤(7)得到的参数标定结果包括：自由流速度Vf、路段通行能力C、消散波速W、阻塞密度Km。
9.根据权利要求1所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述步骤(7)根据判断结果对等效车长进行调整，如下所示：
其中，对调整后的等效车长还需进行阈值范围判断，若L(i+1)≥10，则固定等效车长为
10.根据权利要求6所述的一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，其特征在于：所述对临界密度值左侧数据拟合得到的拟合直线的斜率为自由流速度Vf；对临界密度值右侧数据拟合得到的拟合直线的斜率为消散波速W，其与X轴的交点为阻塞密度Km；两条拟合直线的交点为路段通行能力C。
一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及交通信息工程及控制领域，尤其涉及一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法。
背景技术
[0002] 近些年，由于气象灾害高发导致的自然灾害越来越多。目前社会上各个行业对于应急通信系统的建设非常重视,已有的应急通信系统满足了应对灾害以及应急突发事件时的业务需求。但是也存在几点业务挑战：(1)视频移动地空一体全方位接入方面仍然存在缺陷，需要建设一套可移动且能够融入现有应急指挥系统的无人机远程视频采集系统，作为传统视频信号采集方式的一种延伸；(2)同时，由于灾害发生地的偏僻性与隐蔽性，应急通信系统的无线信号传输往往会收到大山、建筑物等遮挡，影响无线通道的传输质量与业务灵活性。现有应急通信系统已能达到5-10km的信号覆盖，但我国幅员辽阔，地势复杂，电力塔线经常分布在人烟稀少的山沟里，阻挡严重且不易到达；急需采用空中信号中继的方式搭建起内外无线通信桥梁。
发明内容
[0003] 本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，本发明通过获取微波数据，并在此基础上进行数据分析和参数的标定；本发明方法简便有效，便于操作，克服了传统的参数标定方法不能应用于复杂条件下的城市快速路参数标定的不足，解决了现有交通参数标定方法适用的局限性问题。
[0004] 本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，包括步骤如下：
[0005] (1)读取原始微波数据，设定等效车长初始值及范围；
[0006] (2)利用原始微波数据与等效车长计算密度值K，作出流密基本图；
[0007] (3)设定等效车长调整的比例dl，剔除噪点所占的比例dp、剔除噪点的带宽dm、误差限阈值临界密度 误差限阈值通行能力eC、误差限阈值阻塞密度 其中，Kc为临界密度；C为通行能力；Km为阻塞密度；
[0008] (4)以原始微波数据中的流量最大值作为初始通行能力，以原始微波数据中流量最大值所对应的密度值作为临界密度值；
[0009] (5)等比例剔除临界密度值左右两侧的噪点，并计算剔除噪点后的临界密度值左右两侧边界值；
[0010] (6)分别对临界密度值左侧数据与右侧数据进行线性拟合，并判断拟合后的各参数值是否满足收敛条件；
[0011] (7)若满足收敛条件，则得到参数标定结果，标定结束；若不满足收敛条件，则判断两条拟合直线在是否在临界密度值处相交，根据判断结果对等效车长进行调整，重新计算密度值后循环执行步骤(5)至步骤(7)。
[0012] 作为优选，所述原始微波数据包括流量q、时间占有率Occu、速度v。
[0013] 作为优选，所述等效车长L初始值为8m，范围为8m≤L≤10m。
[0014] 作为优选，所述步骤(2)密度值K的计算公式如下：
[0015]
[0016] 其中，K为密度，Occu为占有率，L为等效车长。
[0017] 作为优选，所述步骤(5)采用等比例剔除方法剔除临界密度值左右两侧的噪点，方法如下：
[0018] (a)计算临界密度值左侧剔除点的比例所占的长度为dp·Kc(i)，临界密度值右侧剔除点的比例所占的长度为dp·(Km(i)-Kc(i))；
[0019] (b)为保证剔除点所占的长度不超过剔除噪点的最大带宽，取剔除噪点带宽为min(dm,dp·Kc(i))，min(dm,dp·(Km(i)-Kc(i)))；其中，i＝1,2,3......为迭代次数。
[0020] 作为优选，所述步骤(6)分别对临界密度值左侧数据与右侧数据进行线性拟合的方法为对临界密度值左侧数据拟合得到的拟合直线通过原点，对临界密度值右侧数据拟合得到的拟合直线通过阻塞密度值点。
[0021] 作为优选，所述的收敛条件如下：
[0022] (i)
[0023] (ii)|C(i+1)-C(i)|≤eC；
[0024] (iii)
[0025] 作为优选，所述步骤(7)得到的参数标定结果包括：自由流速度Vf、路段通行能力C、消散波速W、阻塞密度Km。
[0026] 作为优选，所述步骤(7)根据判断结果对等效车长进行调整，如下所示：
[0027] 1)若 则L(i+1)＝L(i)·(1+dl)；
[0028] 2)若 则L(i+1)＝L(i)·(1-dl)；
[0029] 其中，对调整后的等效车长还需进行阈值范围判断，若L(i+1)≥10，则固定等效车长为10；若L(i+1)≤8，则固定等效车长为8。
[0030] 作为优选，所述对临界密度值左侧数据拟合得到的拟合直线的斜率为自由流速度Vf；对临界密度值右侧数据拟合得到的拟合直线的斜率为消散波速W，其与X轴的交点为阻塞密度Km；两条拟合直线的交点为路段通行能力C。
[0031] 本发明的有益效果在于：(1)本方法提出等效车长的概念，利用时间占有率和等效车长计算密度，之后对基本图的相关参数进行标定，方法简便有效，便于操作；(2)本方法克服了传统的基于高速公路数据的参数标定方法不能应用于复杂条件下的城市快速路参数标定的不足，解决了现有交通参数标定方法适用的局限性问题。
附图说明
[0032] 图1是本发明方法的流程示意图；
[0033] 图2是本发明实施例基于微波数据的流密基本图；
[0034] 图3是本发明实施例临界密度调整及噪点的剔除方法示意图；
[0035] 图4是本发明实施例的标定结果示意图。
具体实施方式
[0036] 下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0037] 实施例：本发明实施例是基于已经获得城市快速路的微波检测数据实施，以本方法中所使用的数据为例，采集时间为一天24小时，每隔5分钟的微波数据，主要包括流量，速度，时间占有率等字段。
[0038] 如图1所示，一种基于微波数据的交通流基本图参数标定方法，包括步骤如下[0039] (1)读入原始数据包括流量q，时间占有率Occu，及速度v；
[0040] (2)设定初始等效车长L＝8m，利用等效车长计算密度值；
[0041] 具体推导过程如下：
[0042] 对于单个车辆来说，在检测器上花费的时间是由单个车辆的速度vi，车长li和检测器本身的长度d决定的，i＝1,2,3......n为第i辆车：
[0043]
[0044] 将上式第二项的分子分母同时乘以N，再将流量定义式和区间平均速度 表达式代入可得：
[0045]
[0046] 将基本公式 代入得：
[0047]
[0048] 其中T是车头时距的总和，K为密度。将上式的分子分母同时除以N得：
[0049]
[0050] 假定车身长度l取定值，那么上式可以化简为：
[0051]
[0052] 式中：L—车身长度与检测器长度之和，即等效车长。
[0053] 由此可得：
[0054]
[0055] 其中：K为密度，Occu为占有率，L为等效车长。
[0056] (3)作出基于微波数据的流密基本图，如图2所示。
[0057] (4)设定等效车长调整的比例dl，剔除噪点所占的比例dp及剔除噪点的带宽dm，临界密度 通行能力eC、阻塞密度 的误差限阈值，等效车长的取值范围8m≤L≤10m；
[0058] (5)以原始数据流量最大时所对应的密度值作为初始临界密度值，Kc(1)＝K(max(q))；以原始数据流量的最大值作为初始通行能力，C(1)＝max(q)，其中(1)代表第一次迭代，即初始值。
[0059] (6)计算临界密度左右两侧剔除噪点后的边界值，并设置迭代计算的过程中，剔除噪点的比例不发生改变，所剔除噪点的最大范围不超过带宽。
[0060] 由于介于临界密度值附近的点对拟合结果会产生较大的误差，因此在拟合的过程中将采用等比例的剔除方法，保证临界密度值左右两侧剔除的噪点所占的比例不发生改变，并设置最大剔除噪点带宽。具体过程如下，计算临界密度值左侧，剔除点的比例所占的长度dp·Kc(i)，计算临界密度值右侧，剔除点的比例所占的长度dp·(Km(i)-Kc(i))。为保证剔除点所占的长度不超过最大带宽，因此取剔除噪点带宽为min(dm,dp·Kc(i))，min(dm,dp·(Km(i)-Kc(i)))。临界密度调整及噪点的剔除方法如图3所示。i＝1,2,3......为迭代次数。
[0061] (7)强制临界密度值左侧第一段拟合直线通过原点，强制临界密度值右侧第二段拟合直线通过阻塞密度值点。从而得到第一段拟合直线的斜率即自由流速度Vf，第二段拟合直线的斜率即消散波速W，两条直线的交点路段通行能力C，第二段拟合直线与X轴的交点阻塞密度Km。其中理论阻塞密度值为1000/L(i)。对调整后的阻塞密度值进行判断，判断是否满足阈值范围。i＝1,2,3......为迭代次数。
[0062] 举例：Km的取值范围为[100,125]
[0063] 强制第二段拟合直线过阻塞密度值点，可分为以下三种情况讨论。
[0064] 情形一：若拟合直线与X轴交点>125，则强制拟合直线通过点(125，0)。
[0065] 情形二：若拟合直线与X轴交点<100，则强制拟合直线通过点(100，0)。
[0066] 情形三：若拟合直线与X轴交点≥100且≤125，则正常拟合。
[0067] (8)判断拟合后的各参数值是否满足收敛条件，所述收敛条件如下：
[0068] (i)
[0069] (ii)|C(i+1)-C(i)|≤eC；
[0070] (iii)
[0071] 若满足收敛条件，则得到参数标定结果如图4所示。若不满足收敛条件，则判断两条直线是否在临界密度处相交，然后进行等效车长的调整。i＝1,2,3......为迭代次数。
[0072] 可分为以下两种情况进行讨论。
[0073] 情形一：若 则L(i+1)＝L(i)·(1+dl)。
[0074] 情形二：若 则L(i+1)＝L(i)·(1-dl)。
[0075] 对调整后的等效车长进行判断，判断是否满足阈值范围。
[0076] 举例：
[0077] 若L(i+1)≥10，则固定等效车长为10；若L(i+1)≤8，则固定等效车长为8。
[0078] (9)重新计算密度K＝Occu×1000/L(i+1)，转入到第(6)步。i＝1,2,3......为迭代次数。
[0079] 本发明通过提出等效车长的概念，利用时间占有率和等效车长计算密度，而后对基本图的相关参数进行标定，方法简便有效，便于操作。所标定出的参数包括：自由流速度Vf，路段通行能力C，消散波速W，阻塞密度Km。
[0080] 本发明之所以选择分段线性拟合而不是其他非线性拟合(例如：抛物线等)，因为分段线性拟合的5个参数都具有明确的物理意义，即第一段拟合直线的斜率为自由流速度Vf，第二段拟合直线的斜率为消散波速W，两条直线的交点为路段通行能力C，两条直线的交点所对应的密度为临界密度Kc，第二段拟合直线与X轴的交点阻塞密度Km。
[0081] 以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。
