本发明公开了一种面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法。本发明包括：选择并计算得到单位时间路网平均行程速度和路网运输效能；对平均行程速度和路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理，界定二者与路网行驶车辆数的映射关系；定义路网通行效率分组综合变化率并计算权重的取值；根据平均行程速度、路网运输效能以及指标权重计算路网在管控方案实施前后的通行效率综合变化率，对比分析通行效率变化情况。本发明弥补了原始路网通行效率变化率计算无法去除交流量影响的不足，有助于全面对比和评价城市道路交通路网通行效率，深入挖掘政策和措施潜力，为提升交通管理水平，提高路网通行效率提供数据支撑与决策依据。
1.一种面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法，其特征在于该方法包括以下步骤：c1、选择并计算得到用于表征路网通行效率的交通指标：路网平均行程速度和路网运输效能；
c2、对路网平均行程速度和路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理，计算不同管控方案下不同交通需求区间分别相对应的路网平均行程速度和路网运输效能变化率；
c3、定义路网通行效率分组综合变化率，计算综合变化率中运输效能与平均车速的权重系数；
c4、根据路网通行效率分组综合变化率，确定管控方案实施前后路网通行效率综合变化率的计算结果；
步骤c1中，选择并计算得到路网平均行程速度和路网运输效能作为表征路网通行效率的交通指标：c11、确定所需计算的路网范围，将路网按照交叉口划分为不同路段并获取路段长度li；
c12、确定各路段的车辆流量和速度的可获取性，包括但不限于线圈检测器数据，微波数据，卡口数据；
c13、确定数据采样间隔：选取采样间隔为15分钟；
c14、通过检测设备获取每一个采样间隔内每个断面的交通流量和速度数据；
c15、对步骤c14中获取的各路段断面的交通流量和速度进行处理，得到路网的运输效能和路网平均速度；
c16、在同时段分别对交通措施或政策实施前后采集数据并处理，得到对比数据集；
步骤c14中对于每个断面的检测器，获取每一个采样间隔内交通流量和速度，具体包括：c141、获取交通流量参数；
qi(k)——第k个采样间隔第i个路段断面的交通流量；
ni(k)——第k个采样间隔第i个路段断面上通过的车辆数；
每一采样间隔内平均速度即通过检测设备的所有车辆的平均速度；
式中：vi(k)——第k个采样间隔第i个断面车辆的平均速度；
vij(k)——第k个采样间隔第i个断面上第j辆车通过检测设备时的速度；
步骤c15对步骤c14中获取的各路段断面的交通流量和速度进行处理，得到路网的运输效能和路网平均速度，具体包括：c151、计算每个路段的运输效能；
所谓运输效能，指单位时间内网络交通流中所有车辆行驶的总里程，每个路段的运输效能可用下式计算得出，即：pi(k)＝(q'i(k)+q"i(k))×li式中：pi(k)——第i个路段在第k个采样间隔内的运输效能；
q'i(k)、q”i(k)——分别为路段上行方向和下行方向的流量；
路网运输效能为各路段运输效能的总和，即：c153、计算路网的平均速度；
路网的平均速度取路段速度的加权平均值，即：式中：V(k)——第k个采样间隔内路网平均行程车速；
Si(k)——第k个采样间隔内路段单元i的负荷度，无量纲；
vi(k)——第k个采样间隔内路段单元i的平均速度；
式中：Ci——路段单元i的设计通行能力，veh/h，可从道路规划设计部门获取；
c16分别对交通措施或政策实施前后同时段采集数据并处理，得到对比数据集；具体包括：c161、对于每一个运输效能数据P(k)，都有一个与之对应的路网在运车辆数N(k)＝∑q(k)，用(N(k)，P(k))表示；分别整理得到交通措施或政策实施前后同时段获取的数据集，即：{(N(1),P(1)),(N(2),P(2)),(N(3),P(3))......(N(j),P(j))}{(N'(1),P'(1)),(N'(2),P'(2)),(N'(3),P'(3))......(N'(j),P'(j))}c162、对于每一个路网平均速度数据V(k)，都有一个与之对应的路网在运车辆数N(k)＝∑q(k)，用(N(k),V(k))表示；分别整理得到交通措施或政策实施前后同时段获取的数据集，即：{(N(1),V(1)),(N(2),V(2)),(N(3),V(3))......(N(j),Vj)}{(N'(1),V'(1)),(N'(2),V'(2)),(N'(3),V'(3))......(N'(j),V'(j))}；
步骤c2中对路网平均行程速度和路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理，计算不同管控方案下不同交通需求区间分别相对应的路网平均行程速度和路网运输效能变化率，这样剔除交通需求对指标的影响；具体过程包括：c21、对路网平均行程速度、路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理；
c22、分别计算两种方案下的路网运输效能、路网平均速度的变化率；
c211、将运输效能数据集分组，分组组数和组距由以下公式确定，即：K＝1+3.322lg j
max(Nj,N'j)、min(Nj,N'j)——调查时间间隔内的两期数据集中路网车辆数的最大值和最小值；
c212、剔除分组后某一方案数据为空的分组，即如果方案一数据集或者方案二数据集落在某分组k中的数据为空，则剔除该分组的其它数据；
c221、对每一个方案数据集处理后的分组数据，用每组数据的算术平均值表征该交通需求内的运行效率；第k个车辆数间隔内的路网运输效能和路网平均速度计算公式为：式中： ——第k组数据的运输效能数据均值；
c222、计算两种方案的运输效能变化量和平均速度变化量；
针对路网，分别用1和2表示前后两套管控方案，以所在分组的组中值即该组上下边界的车辆数中值为权重，计算在所有交通需求区间的运输效能的变化量和平均速度变化量，即：式中：Nk——第k组的流量Nj组中值，即流量上下边界的中值；
c223、计算不同分组下的运输效能变化率和平均速度变化率；
步骤c221求出的是变化的绝对值，与上一期基准值相比得出变化率，即：式中： ——路网的综合运输效能变化率；
步骤c3中选取的分组综合变化率综合考虑运输效能和平均速度，利用交通需求组内中值作为该区间的路网运行车辆数特征值，并由路网平均速度和路网自由流速度确定权重系数；具体过程包括：C31、定义路网通行效率分组综合变化率，综合考虑不同交通需求的影响，提出路网通行效率分组综合变化率，即：式中： ——路段综合效率变化率；
θk——综合运输效能变化率与路段平均速度变化率的权重系数；
城市道路自由流速度取该路段的限速值，路网的自由流速度为各路段自由流速度的加权平均值，即：式中：vf——路网的自由流速度；
权重系数θ由路网平均速度V和路网自由流速度确定，即：其中：
步骤c4中，根据路网通行效率分组综合变化率，确定管控方案实施前后路网通行效率综合变化率的计算结果；具体过程包括：针对路网的交通需求区间，利用区间中值Nk作为该区间的交通需求特征值，并以此为权重计算整个交通需求范围内的综合变化率，比较不同方案的通行效率；方案二相对于方案一的通行效率综合变化率为：得出的变化率为正值，说明路网运行效率得以提升，变化率为负值，说明运行效率下降。
一种面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法，用于城市道路交通管理与控制，属于智能交通研究领域。
背景技术
[0002] 科学合理的评价不同管理措施下的城市路网的通行效率，有助于交通管理者全面了解各种道路交通措施的优劣，并提供决策信息支持，促进城市交通管理水平的提升。
[0003] 城市路网通行效率的评价与分析是表征城市交通管理措施效果的基础。从20世纪80年代至今，城市道路通行效率的评价取得了许多进展，国内外学者提出了大量的表征指标、描述模型与计算方法，如道路服务水平和道路拥挤度模型等，这些指标和模型大多对特定时段的城市道路交通状态进行判别，主要面向路网使用者进行发布。但特定路网下的路网通行效率是交通需求与交通管理共同作用的结果，仅对路网状态评价无法剔除不同交通需求的影响，因而无法作为不同交通管理措施实施下的通行效率变化的评价依据。因此，为了在同一交通需求下对比不同交通管控方案下的路网通行效率，为交通管理决策提供信息支持，迫切需要提出一种面向管理者的路网通行效率变化率计算方法。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于提供一种面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法。该方法的基本思想是以单位时间网络交通流中所有车辆行驶的总里程和平均行程速度这两个指标为依据，在剔除交通需求影响的基础上构造一个反映交通措施或者政策实施前后路网通行效率变化率的计算方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明提出的面向交通管理者的路网通行效率变化率计算方法包括：选择并计算得到单位时间路网平均行程速度和路网运输效能；对平均行程速度和路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理，界定二者与路网行驶车辆数的映射关系；定义路网通行效率分组综合变化率并计算权重θ的取值；根据平均行程速度、路网运输效能以及指标权重计算路网在管控方案实施前后的通行效率综合变化率，对比分析通行效率变化情况。
[0006] 本发明的基本步骤如下：
[0007] c1、选择并计算得到用于表征路网通行效率的交通指标：路网平均行程速度和路网运输效能；
[0008] c2、对路网平均行程速度和路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理，计算不同管控方案下不同交通需求区间分别相对应的路网平均行程速度和路网运输效能变化率；
[0009] c3、定义路网通行效率分组综合变化率，计算综合变化率中运输效能与平均车速的权重系数；
[0010] c4、根据路网通行效率分组综合变化率，确定管控方案实施前后路网通行效率综合变化率的计算结果。
[0011] 步骤c1的过程包括：
[0012] c11、确定所需计算的路网范围，将路网按照交叉口划分为不同路段并获取路段长度li，单位为km。
[0013] c12、确定各路段的车辆流量和速度的可获取性，包括但不限于线圈检测器数据，微波数据，卡口数据。
[0014] c13、确定数据采样间隔：选取采样间隔为15分钟。
[0015] c14、通过检测设备获取每一个采样间隔内每个断面的交通流量和速度数据。
[0016] c15、对步骤c14中获取的各路段断面的交通流量和速度进行处理，得到路网的运输效能和路网平均速度。
[0017] c16、在一天的同一时段分别对交通措施或政策实施前后采集数据并处理，得到对比数据集。
[0018] 步骤c14中对于每个断面的检测器，获取每一个采样间隔内交通流量和速度，具体包括：
[0019] c141、获取交通流量参数；
[0020] 每一个采样间隔内通过断面的车辆数，单位veh；
[0021] qi(k)＝ni(k)
[0022] 式中：i——路网中第i个路段断面；
[0023] k——第k个采样间隔；
[0024] qi(k)——第k个采样间隔第i个路段断面的交通流量；
[0025] ni(k)——第k个采样间隔第i个路段断面上通过的车辆数。
[0026] c142、获取交通速度参数；
[0027] 每一采样间隔内平均速度即通过检测设备的所有车辆的平均速度，单位为km/h；
[0028]
[0029] 式中：vi(k)——第k个采样间隔第i个断面车辆的平均速度；
[0030] vij(k)——第k个采样间隔第i个断面上第j辆车通过检测设备时的速度。
[0031] 步骤c15对步骤c14中获取的各路段断面的交通流量和速度进行处理，得到路网的运输效能和路网平均速度，具体包括：
[0032] c151、计算每个路段的运输效能；
[0033] 所谓运输效能，指单位时间内网络交通流中所有车辆行驶的总里程，每个路段的运输效能可用下式计算得出，单位为km·veh，即：
[0034] pi(k)＝(q'i(k)+q"i(k))×li
[0035] 式中：pi(k)——第i个路段在第k个采样间隔内的运输效能；
[0036] q'i(k)、q”i(k)——分别为路段上行方向和下行方向的流量；
[0037] li——第i个路段的长度。
[0038] c152、计算路网的运输效能；
[0039] 路网运输效能为各路段运输效能的总和，即：
[0040]
[0041] c153、计算路网的平均速度；
[0042] 路网的平均速度取路段速度的加权平均值，单位为km/h，即：
[0043]
[0044] 式中：V(k)——第k个采样间隔内路网平均行程车速，km/h；
[0045] Si(k)——第k个采样间隔内路段单元i的负荷度，无量纲；
[0046] li——路段单元i的长度，km；
[0047] vi(k)——第k个采样间隔内路段单元i的平均速度，km/h。
[0048] 路段单元的负荷度用下式计算，即：
[0049] Si(k)＝12qi(k)/Ci
[0050] 式中：Ci——路段单元i的设计通行能力，veh/h，可从道路规划设计部门获取。
[0051] c16步骤具体包括：
[0052] c161、对于每一个运输效能数据P(k)，都有一个与之对应的路网在运车辆数N(k)＝∑q(k)，用(N(k)，P(k))表示。分别整理得到交通措施或政策实施前后同时段获取的数据集，即：
[0053] {(N(1),P(1)),(N(2),P(2)),(N(3),P(3))......(N(j),P(j))}
[0054] {(N'(1),P'(1)),(N'(2),P'(2)),(N'(3),P'(3))......(N'(j),P'(j))}[0055] c162、对于每一个路网平均速度数据V(k)，都有一个与之对应的路网在运车辆数N(k)＝∑q(k)，用(N(k),V(k))表示。分别整理得到交通措施或政策实施前后同时段获取的数据集，即：
[0056] {(N(1),V(1)),(N(2),V(2)),(N(3),V(3))......(N(j),Vj)}
[0057] {(N'(1),V'(1)),(N'(2),V'(2)),(N'(3),V'(3))......(N'(j),V'(j))}[0058] 步骤c2具体是：
[0059] c21、对路网平均行程速度、路网运输效能按路网行驶车辆数分组处理。
[0060] c22、分别计算两种方案下的路网运输效能、路网平均速度的变化率。
[0061] c21步骤具体包括：
[0062] c211、借助统计学中的数据分组方法，将交通需求按照固定间隔分为若干区间，每个区间内的交通需求量、路网运输效能和路网平均车速重新编号；
[0063] 分组组数和组距有以下公式确定，即：
[0064] K＝1+3.322lgj
[0065]
[0066] 式中：K——分组组数；
[0067] j——运输效能数据个数；
[0068] l——区间间隔大小；
[0069] max(Nj,N'j)、min(Nj,N'j)——调查时间间隔内的两期数据集中路网车辆数的最大值和最小值。
[0070] c212、剔除分组后某一方案数据为空的分组，即如果方案一数据集或者方案二数据集落在某分组k中的数据为空，则剔除该分组的其它数据。
[0071] c22步骤具体包括：
[0072] c221、对于每一个方案数据集处理后的分组数据，用每组数据的算术平均值表征该交通需求内的运行效率；第k个车辆数间隔内的路网运输效能和路网平均速度计算公式为：
[0073]
[0074]
[0075] 式中： ——第k组数据的运输效能数据均值；
[0076] m——第k组数据的数据个数；
[0077] Pki——第k组的第i个点所对应的路网运输效能；
[0078] ——第k组数据的路网平均速度均值；
[0079] vki——第k组的第i个点所对应的路网平均速度。
[0080] c222、计算两种方案各分组数据的运输效能变化量和平均速度变化量。
[0081] 针对路网，分别用1和2表示前后两套管控方案，以所在分组的组中值即该组上下边界的车辆数中值为权重，计算在所有交通需求区间的运输效能的变化量和平均速度变化量，即：
[0082]
[0083]
[0084] 式中：Nk——第k组的流量Nj组中值，即路网车辆数上下边界的中值。
[0085] c223、计算不同分组下的运输效能变化率和平均速度变化率。
[0086] 步骤c221求出的是相关指标变化的绝对值，与上一期基准值相比得出变化率，即：
[0087]
[0088]
[0089] 式中： ——路网的第k组数据运输效能变化率；
[0090] ——方案一数据的第k组运输效能数据的均值；
[0091] ——平均速度变化率；
[0092] ——方案一数据的第k组平均速度数据的均值。
[0093] C3的计算过程具体包括：
[0094] C31、定义路网通行效率分组综合变化率，综合考虑不同交通需求的影响，提出路网通行效率分组综合变化率，即：
[0095]
[0096] 式中： ——路段通行效率分组综合变化率；
[0097] ——路段第k组数据的运输效能变化率；
[0098] ——路段第k组数据的平均速度变化率；
[0099] θk——运输效能变化率与路段平均速度变化率的权重系数。
[0100] C32、路网自由流速度的确定。
[0101] 城市道路自由流速度取该路段的限速值，单位km/h，路网的自由流速度为各路段自由流速度的加权平均值，即：
[0102]
[0103] 式中：vf——路网的自由流速度；
[0104] vfi——路网中第i个路段的自由流速度；
[0105] n——路网中路段的总个数。
[0106] C33、权重系数θ的确定。
[0107] 权重系数θ由路网平均速度V和路网自由流速度确定，即：
[0108]
[0109] 其中：
[0110]
[0111] 步骤c4的计算过程包括：
[0112] 针对路网的交通需求区间，可以利用区间中值Nk作为该区间的交通需求特征值，并以此为权重计算整个交通需求范围内的路网通行效率综合变化率，比较不同方案的通行效率；方案二相对于方案一的通行效率综合变化率为：
[0113]
[0114] 得出的变化率为正值，说明路网运行效率得以提升，变化率为负值，说明运行效率下降。
[0115] 本发明的有益效果：本发明提出了一种面向管理者的路网通行效率变化率计算方法，弥补了原始路网通行效率变化率计算无法去除交流量影响的不足，有助于全面对比和评价城市道路交通路网通行效率，深入挖掘政策和措施潜力，为提升交通管理水平，提高路网通行效率提供数据支撑与决策依据。
附图说明
[0116] 图1方法流程示意图；
[0117] 图2路网运输效能的流量划分示意图；
[0118] 图3路网平均速度的流量划分示意图；
[0119] 图4权重系数计算示意图。
具体实施方式
[0120] 以下结合附图对本发明做进一步说明
[0121] 以某城市交通路网实施信号调整优化措施前后数据为例，计算信号调优措施实施前后的路网通行效率变化率，参见图1。
[0122] 1.计算信号调优措施前后的路网综合运输效能和路网平均速度。
[0123] (1)、采集数据
[0124] 采集计算路网平均速度和路网综合运输效能所需交通流数据：路网中第i个路段的长度li、通行能力Ci以及自由流速度vfi，每个采样间隔表征路段i的检测断面交通流的平均速度vi(k)和交通流量qi(k)。
[0125] (2)、计算第k个采样间隔路网综合运输效能
[0126] ①第i个路段在第k个采样间隔内的运输效能：
[0127] pi(k)＝(q'i(k)+q"i(k))×li
[0128] ②路网综合运输效能：
[0129]
[0130] (3)、计算第k个采样间隔路网平均速度：
[0131]
[0132] 2.计算信号调优措施前后的路网通行效率综合变化率
[0133] (1)、将路网每个时段内的运输效能和平均行程速度按照行驶车辆数进行分组，绘制分组情况图，如附图2、附图3所示。分组组数和组距为：
[0134] K＝1+3.322lgj
[0135]
[0136] (2)、剔除分组后某一方案数据为空的分组，即如果方案一数据集或者方案二数据集落在某分组k中的数据为空，则剔除另一方案该分组的其它数据。
[0137] (3)、对每一个方案数据集的处理后的分组数据，在各分组内分别求平均值：
[0138]
[0139]
[0140] (4)、计算各分组的路网运输效能和平均速度变化量：
[0141]
[0142]
[0143] (5)、计算各分组的路网运输效能和平均速度变化率：
[0144]
[0145]
[0146] (6)、确定路网在不同交通需求区间内，路网运输效能和平均速度在通行效率分组变化率中的权重系数。
[0147] ①标定权重系数当中的参数vf和b：
[0148]
[0149]
[0150] ②计算运输效能权重系数，权重系数随平均速度的变化如附图4所示：
[0151]
[0152] (7)、计算信号调优措施实施前后路网通行效率综合变化率。
[0153] ①路网通行效率分组综合变化率：
[0154]
[0155] ②方案二相对于方案一的路网通行效率综合变化率：
[0156]
[0157] 3.完成不同方案的通行效率综合变化率计算
[0158] 可计算得到路网在信号调优措施实施后，6个分组的通行效率综合变化率如下表。
[0159] 信号调优后路网通行效率综合变化率
[0160]
[0161]
