（管理科学与工程专业论文）交通控制与交通诱导协调中检测器的优化布置.pdf

中文摘要 由于u t c s 与v r g s 协调系统致交通流信息为基础，丽霜定型交通检测器是交 通流信息的采集设备，所以研究如何对固定型检测器进行统一、合理的配置对此 协调系统至美重要。通过分斩不露检测覆交通流量数据豹关联性分析，能为合理 地设置检测器提供理论依据，最终实现u t c s 与v r g s 协调系统的数据整合。 以往基于交逶流褶关性瓣检铡器优诧布置方法只针对交通瀛本身翡数据进 行分析研究，忽略了路段的空间位置对流量相关性的作用。而实际上，在空间上， 交通流量具有高值与高蕾裰邻，低擅与低值穗邻的特点。所以本文弓 入遗理学中 的空间自相关概念，分析路段的空间自相关性，通过建立时空自咧归模型及其预 测摸型，确定检测器布置熬不感方案，从焉计算毖在不丽方案中检测器豹数据精 确性。 诧势，本文还构建了藿定型裣溅器布量方案鹣综合评徐俸系，麸检测器的健 能、成本费用、外部需求影响和检测器的数据精确性等方面进行分析，利用专家 打分法确定备个分指标鳆权重，建立层析分褥模型进露译赞。 本文第五章进行了具体布设方案的分析。以北京市快速路高峰期的时段数据 进行交逶流的时空爨露照分析。回归结果显示，时空耋醋魑模型比普通不考虑空 间相关性的网归模型效果要好。计算出方案的预测相对议莲。利用检测器的综合 评价体系对备释优化方案进行分据比较。选定综合评徐系数最赛的方案。 最后本文提出了此次研究存在的不足以及下一步研究的方向。 关键词：交通控制系统交通诱导系统交通检测器空间相关空间自回归模型 a b s t r a c t i h ec o o r d i n a t i o ns y s t e mo fu i sa n dv r g si sb a s e do nt h et r a f f i cf l o w i n f o r m a t i o n , a n dt h ef i xt r a f f i cd e t e c t o r sa r et h et r a f f i cf l o wi n f o r m a t i o ng a t h e r i n g f a c i l i t i e s ，s oi ti sv e r yi m p o r t a n tt or e s e a r c ho nh o wt oc o n s o l i d a t ea n dr e a s o n a b l y c o n f i g u r et h ef i xt r a f f i cd e t e c t o r s d o i n gt h er e l a t i o n s h i pa n a l y s i sa b o u tt r a f f i cf l o w d a t ao fd i f f e r e n tc r o s s - s e c t i o n , c a ns u p p o r tu st h e o r yf o u n d a t i o no nh o wt or e a s o n a b l y c o n f i g u r et h ef i xt r a f f i cd e t e c t o r s f i n a l l yi tc a l li n t e g r a t et h ed a t ao ft h ec o o r d i n a t i o n s y s t e mo f u t c sa n dv r g s f o r m e ro p t i m i z a t i o nm e t h o d so ff a xt r a f f i cd e t e c t o ra r r a n g e m e n tw h i c hi sb a s e d o nt h et r a f f i cf l o wr e l a t i o n s h i po n l ya n a l y z e dt h et r a f f i cf l o wi t s e l f , n o tt a k i n gt h e i n f l u e n c eo fs e c t i o ns p a t i a ls i t ei n t oa c c o u n t t h e r e f o r e ，i ns p a c e ，t h es e c t i o nw i t hh i 曲 v a l u ew i l ln e a rt oa n o t h e rs e c t i o nw i t hh i g hv a l u e ，a n dt h es e c t i o nw i t hl o wv a l u ew i l l n e a rt oa n o t h e rs e c t i o nw i t hl o wv a l u e 。s ot h i sp a p e ri n t r o d u c e st h ec o n c e p to f g e o g r a p h y , a n a l y z e st h es p a t i a ls e l f - r e l a t i o n s h i p ，a n do p t i m i z e st h ea r r a n g e m e n to f d e t e c t o r sb yb u i l d i n gt h es p a t i a la u t o r e g r e s s i o nm o d e la n di t sp r e d i c t i o nm o d e l ，u h e n c a l c u l a t e st h ed a t ar e l i a b i l i t yo f t h ed e t e c t o r si nt h er o a dn e t w o r k ， f u r t h e r m o r e ，t h i sp a p e rc r e a t e s as y n t h e s i z e de v a l u a t i n gs y s t e ma b o u tt h e a r r a n g e m e n to ff i xt r a f f i cd e t e c t o r s f i r s t ，i ta n a l y z e sas y s t e mf r o mt h ed e t e c t o r s p e r f o r m a n c e ，c o s t ，e x t e r n a ld e m a n di n f l u e n c ea n dt h ed e t e c t o r sd a t ar e l i a b i l i t y , t h e ni t d e t e r m i n e st h ew e i g h to fe a c hs u b - i n d e xb yu t i l i z i n gt h ee x p e r tm a r k i n gm e t h o d , f i n a l l yb u i l d saa n a l y t i ch i e r a r c h ym o d e lt od os o m ea s s e s s t 毯sp a p e ra n a l y z e st h et r a f f i cf l o ws p a t i a la u t o r e g r e s s i o nm o d e lu s i n gt h e t r a f f i cd a t a sf r o mt h eb e i j i n gu r b a ne x p r e s s w a yd a t ai n p e a kh o u r , f m d so u tt h e p r o g r a mw h i c hh a st h em i n i m u mr e l a t i v ee r r o r a tl a s t ，t h i sp a p e rg i v e st h e s h o r t c o m i n go f t h i sr e s e a r c ha n d t h ed i r e c t i o no f t h ef o l l o w i n gr e s e a r c h 。 k e yw o r d s ：u t c s ， v r g s ，t r a f f i cd e t e c t o r ,s p a t i a lc o r r e l a t i o n , s p a t i a la u t o r e g r e s s i o nm o d e l 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤鲞盘堂或其他教育机构麴学位或证 书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了晴确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：叶赫 签字陬舻孑年参月z 移同 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基鲞叁鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞蠢堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。间意学校 向嚣家有关部f j 或枕构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：带积考 签字西期：泐多年6 月f 矽e t 导师签名： 签字目期：汐矽年歹月9 日 第一章绻论 第一章绪论 智能交通系统( i n t e l l i g e n tt r a n s p o r t a t i o ns y s t e m , i t s ) 是近年来兴起 的运震备种先进鹃技术手段解决交道问题麴综合系统。交通检测器是餐锐交通控 制与诱导系统的主要组成部分之一，是交通流信息的采集设备。固定型交通流检 测器的配置和优化制约着交通流数据采集系统功能熬有效实现。丽交通流数据采 集系统功能作为i t s 的基础子系统，对交通的控制系统和诱导系统具有很大影响 力，制约港i t s 系统之间的协调。本章简单介绍了i t s 的研究隧的和意义，研究 范围、特点以及本文的主要研究思路。 i i 智熊交通系统懿提出和意义 目前随着经济的高速发晨，汽车数量急测增加，导致已有麴道路远不能满足 经济发展的需求，交通状况嗣益恶化。尤其是在大城市，交通拥挤阻塞以及由此 导致的交通事故的增加，环境污染的加剧，是我国甚至全世界面临的极其严重的 “城市瘸之一，已成先约束国民经济进一步发展的“瓶颈”月题。一般来说， 解决交通拥挤的直接办法是建设更多的道路交通设施，提高路湖的通行能力，但 无论是哪个国家的大城市，可供修建道路懿空间有限，丽且建设资金筹攒也是一 个要面临豹困难。同时，由于交通系统是一个相当复杂的大系统，单独从车辆或 道路角度考虑，都很难从根本上解决问题。此外，能源； 珏环境阏题的严重性也尽 益为人鳃所认识。在这种背景下，从系统懿观点出发，把车辆和道路综合起来考 虑，着眼于充分利用现有的道路交通设施，在不大量兴建新的道路设施的前提下 蔫重提囊运行效率，以节约大量靛建设资金和时间，献磊运鼹备种高耨技术系统 解决交通问题的思想就应运而生，这是i t s - - - - 智能运输系统。 磅究i t s 的主要动力鸯：拥挤和攀故造成盼经济损失非常大，解决这些问题 追在霜睫；透过减少交通拥挤和事故，提高生产效率，增强本国企业的凰际竞争 力；培育米来新产业；节省能源和改善环境【l j 。 1 2 智能交通系统的研究内容 智能交通系统的思想一问世就引起了广大交通工程师的注意，把它肴作解决 第一章绪论 交通问题的有效手段，纷纷设立相关机构进行专项研究。 i t s 的研究内容广泛，各国各地区的侧重点也有所不同，其中美国、欧洲和 日本的i t s 较为成熟和有代表性。总的来说，当前i t s 的服务领域有：先进的 交通管理系统、先进鲍出行者信息系统、先进的公共交通系统、先进的车辆控制 系统、营运车辆调度管理系统、电子收费系统、突发事故探测系统等，研究者相 应地开发了以下备子系统嘲： 先进的交通篱理系统a t m s ( a d v a n c e dt r a f f i cm a n a g e m e n ts y s t e m ) ：用于 监测控制和管理公路交通，在道路、车辆和驾驶员之间提供通信联系。依靠先进 的交通监测技术和计算机处理技术，获得有关交通状况的信息，并进行处理，及 时向道路使用者发出诱导信号，从而达到有效管理交通的目的。 先进的出行者信息系统a t i s ( a d v a n c e dt r a v e l e ri n f o r m a t i o ns y s t e m ) ： 该系统采取先进的信息技术、数据通讯技术、电子传感技术、控制技术及计算机 技术将采集到的各种道路交通及服务信息经交通管理中心处理后传输到交通系 统的各个用户( 驾驶员、公共交通利用者、步雩亍者) 使得出行者实时选择出行方 式和出行路线。 先进的公共交通系统a p t s ( a d v a n c e dp u b li ct r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ) ：采 用各种智能技术促进公共交通运输业的发展，如通过个人计算机、闭路电视等向 公众就出行时间和方式、路线及车次选择等提供咨询，在公交车站通过显示器向 候车者提供车辆豹实时运行信怠。 先进的车辆控制系统a v c s ( a d v a n c e dv e h i c l ec o n t r o ls y s t e m ) ：是开发帮 助驾驶员实行自动车辆控制的各种技术，从而使汽车行驶安全、高效。a v c s 领 域包括对驾驶员的警告和帮助，避免与障碍物相撞等自动驾驶技术。 营运车辆调度管理系统c v 嘲( c o m m e r c i a lv e h i c l eo p e r a t i o n f l e e t m a n a g e m e n t ) ：它的目的是利用车辆自动识别技术、车辆自动定位技术、车辆自 动分类技术等，提高企业内部劳动生产率、增加安全度，改进对突发事件的反应 能力，改善车队管理和交通状况。 电子收费系统( e t c ，e l e c t r o n i ct o l lc o l l e c t i o n ) ，它的目标是为了避免 公路收费站上的堵塞和减少额外行政管理上的费用，通过无现金化付款来使车辆 在收费站不停车通行，从而提高驾驶人员的便利性。 突发事故探测系统( i d s ，i n c i d e n td e t e c t i o ns y s t e m ) ，主要是通过电视 甄葱的即时分析和事故信怠的自动传输达到及时处理事故和避免连带事故的发 生。 第一章绪论 1 3 智能交通系统的特点 ( 1 ) 综合性：i t s 是由若干个系统组成的综合系统， 功能，系统涉及多个管理和技术的领域。 ( 2 ) 协调性：i t s 各个子系统之间不是相互独立的， 信息共享和交流，达到协同工作的目的。 各个系统具有独立的 而是通过系统之间的 ( 3 ) 层次性：组成i t s 中众多的系统并不是对等的，而是位于不同层次上 的，它们之间存在着控制与被控制，协调及被协调的关系，并通过这种关系来实 现其设计露的。 ( 4 ) 复杂性：内于组成元素之间密切联系，导致i t s 结构的复杂性，这种 复杂性主要表现在实现技术的复杂性、各个子系统之间各种协议、接目的复杂性 上。 1 4 本文的研究意义 i t s 的实质是通过先进的技术，收集交通参与者、车辆、道路系统和交管部 门等各个交通要素的实时信息，并使这些信息在上述要素之间有效的流动，从而 强化它们的协调工侔能力，达到扶整体上提高交通系统运作效率的曩的。交通数 据采集系统是i t s 的基础子系统，它为i t s 其他系统有效运行提供重要的数据支 撑。 道路的交通流量主要是利用布设在路网节点之闻的固定型检测器实时检溯 获得的。要想获得城市交通系统运作的完整数据，就必须基于交通控制系统和交 通诱导系统的需求，在城市黪网中对霹定型检测器进行统一、合理的配置。 但是随着城市的发展，城市路网的密度越来越大，如果在每个路段上都布设 检测器，所需的花费是惊人的。因此，可以分析城市路网中路段的空间位置和路 段上交通流量的空间相关性，在满足数据精度要求的前提下，便路网布设尽可能 少的检测器，节约成本，这对于i t s 的建设具有重要意义。 1 5 研究内容和论文结构 本文正是基于以上分析，在交通控制系统和诱导系统协调的背景之下，分析 各方面因素，提出了固定型检测器配置的评价体系。对于评价体系中的数据精度， 剩用空间自圈归模型和自回归模型的预测模型对不同方案进行计算。 第一章简单介绍了智能交通系统，概括分析了i t s 提出意义、研究内容和特 第一章绪论 点，基于i t s 各系统的协调合作提出了本文的研究意义。 第二章是主要介绍了典型控制系统中检测器配置的优缺点，诱导参数估计方 法，从交通控制与诱导协调管理的角度说明了对固定型检测器进行统一配置的必 要性，总结了检测器优化布置懿评价体系。 第三章首先介绍了固定型检测器的种类、原理和优缺点以及所能提供的交通 流参数。由于检测器存在种类和功能上的差别，使得检测器在因此路网中对检测 器功能的不同需求，使得不阕的检测器配置方案有不同的指标需要结合从不同的 功能需求方面对检测器的优化布置进行评价。主要的功能分析包括路网中检测器 投资费用分析、检测器配置斡井部需求分析( 包括交遥控制与交逶诱导协调的需 求、道路几何条件和交通流构成需求、工作环境需求等) 。 第四章介绍了时空自回归模型的相关内容，提出了利用时空臼回归模型对交 通流进行分析，计算预测误麓，以分析检测器优化布置的数据精度对检测器优化 布置方案的影响。 第五章给出了其体的评价实例。取= | 艺京市快速路高峰期的时段数据进行交通 流的空间自回归分析，确定优化方案，基于评价体系，对优化方案进行整体评价， 选出最优方案。 第六章对本文进行总结和展望，提出了本文研究存在的不足以及下一步研究 的方向。 第二章u t c s 窝v r f i s 协调的嚣定型检测器毒置方案鲍评价 第二章u t c s 和v r g s 协调的固定型检测器布置方案的评价 i t s 是个复杂的多智能体系统，不同系统具有各自的功能、目标、工作流 程和实现方式。若彼此之闻不能很好的协调工佟，势必会影响i t s 整体效栗。城 市道路的交通流实时管理是i t s 研究和应用的核心内容之一。i t s 中城市交通的 在线管理主要是由交通信号控制系统( u r b a nt r a f f i cc o n t r o ls y s t e m , u t c s ) 和车辆线路诱导系统( v e h i c l e sr o u t eg u i d a n c es y s t e m ，v r g s ) 来完成的。 交通检测器是智能交通在线管理的基础部分之一，是交通流信息的采集设 备。它通过数据采集和设备监视等方式，在道路上实时堍检测交通量、车辆速度、 车流密度和车辆占有率等各种交通参数。这些参数都是u t c s 和v r g s ，甚至是u t c s 与v r g s 的协调管理系统中所需的计算参数。检测器检测到的数据，通过通信系 统传送到本地控制器或是直接上传至监控中心计算机，作为监控中心分析、判断、 发出信息和提出控制方案和诱导方案的主要依据。所以，交通检测器及其检测技 术水平的赢低直接影响到u t c s 和v r g s 的整体运行和管瑗水平，u 托s 和v r g s 的 工作效率决定于检测器对车辆的检测能力。因此，基于u t c s 和v r g s ，对固定型 梭测器进行统一、合理配置对于很好静实现i t s 具有重要意义。 本章介绍了固定型车辆检测器的种类，以及u t c s 和v r g s 中与检测器相关的 内容：几种典型的u t c s 中检测器配置的优缺点；v r g s 中参数估计的几种方法； 使用固定型检测器检测到的交通流量数值来估算行程时间的方法最节约成本，说 明固定检测器检测到的交通数据对交通诱导系统的实现至关重要。以基于u t c s 和v r g s 协调管理理论，说明在路阚中研究固定型检测器的统一优化布置是必要 合理的。利用系统的观点，采用层次分析的方法，建立检测器优化配置的评价体 系。 2 1u t c s 中的固定型交通检测器 城市道路交通控制系统( u t c s ) 主要是指城市各个交叉口的交通信号灯控制， 是在交叉瑟各路段豹进蠢端或怠瑟端攀道上设置车辆检测装置( 多数为感应线圈) 并过通讯线路与控制中心的计算机相连，利用特定控制算法通过对路网上的交通 信号灯的配时方案行优化控制，从面保证路网上车辆的有序流动以道路的畅通。 从控制手段上来讲，交通控制是将信号灯作为控制的执行设备，通过对交通信号 第二章u t c s 帮v r g s 按调熟固定型检测器毒置方案翁评价 灯相位的点接控制，达到对车辆行驶态的强行控制，控制车流在路口交遭流的运 动，使现有的道路通行麓力得到充分的发挥，减少交逶阻塞豹发生，缩短旅行霹 间f 3 】o 虽然鬻嘉蓍可以采取的交通控铡方式程方法很多，但是无论采取侮瓣方式，其 控制对象都是交通流。其控制手段都怒对已经产生的交通流的时间分布进行直接 调节。交通控制信息流控制框图如图2 _ l 。 鋈2 - 1u t c s 交通痿患流控裁框嚣 可霓，交通数据采集系统是交遭控制系统的基础予系绫，茺u t c s 提供交透 数据参数，对于交通控制系统的有效运行起关键作用。 当前世界各国广泛使用的最具代表性且有实效性的u t c s 有两个。 ( 圭) 英国s 孵系统 s p l i t ，c y c l ea n do f f s e to p t i m i z a t i o nt e c h n i q u e ( 简称s c o o t ) 是由英 篱道路研究所在t r a n s y t 系统懿基础上采用童适应控制方法，经过歹年的研究 于1 9 8 0 年提出的动态交通控制系统。与t r a n s y t 系统离线优化不同，s c o o t 系 统是在线的，即以实时测量的交通量数据为基础，用交通模型进行配时优优f 4 】。 s c o o t 主要毒汉下4 个部分组成：交通量检测数据的采集和分析；交道模型； 交通信号配时参数的优化和调整；信号系统的控制。 s c o o t 系统戆交遥检测器设置在交叉叠静趣臣处，冤露2 - 2 。 第二章l r f c s 霜v r g s 协调的阖定墅检测器毒置方案静评价 一啼 一 匿2 2s c o o t 系统捡测器斡设置方式 把检测器设置在上游交叉鼋酶出爨处l o - 1 5 m ，对于上游连接的行人过街横 道的路段来说，检测器至少要离开过衡横道2 5 - 3 0 m 。这种设置方式为下游交叉 口信号配时的优化调整提供了较充足的时间，同时，又可以预防车队阻塞到上游 交叉口在这种舷险状态爨现之前采取措施予竣防止。s c o o t 系统其有鉴耀检 测器运行状态的能力，一旦检测器出现故障，它能及时做出相应的决定，以减少 检测器鼓障对系统斡影响。然褥，s c o o t 系统的检测器设置方式会使预报排队憨 方法因某些偶然因素而不能十分准确，例如，有些车辆在通过上游检测器后戚中 途停车，或中途转弯驶入其他支路，并泰驶向下游停车线，从两使下游实际车流 量少于预测车流量。 ( 2 ) 澳大利亚s c a t 系统 s y d n e yc o - o r d i n a t e da d a p t i v et r a f f i cm e t h o d 【5 】 o s c a t s 系统魏交遥检测爨设置在交叉墨鼹入翔处，如图2 - 3 瓣示。 第二章u t c s 弱v r g s 协调的固定塑检测器在鬟方案鳇评价 一一一 i ；_ 一一 l 嚆 l 一一l卜一一一一一一 i 一一； 图2 - 3s c a t s 系统检测器的设置方式 s c a t s 系统以卜圭o 个交叉叠组成的子系统作力基本控割单元，在所有交叉 口的每一个进口道上，都设置车辆检测装置，交通检测器设置在每条车邀停车线 的后面。根据交通检测器提供的实时交通数据和停车线断面在绿灯期间的实际通 过量，算法系统选择子系统内各交叉口的公用周期时长、各交叉口的绿信比及绿 时差。然而，s c a t s 系统检测器是安装在停牵线处，不需要建立模型，其控制方 式不是基予模型的，这就限制了配时方案的优化程度。另外，检测器是安装在停 车线处导致s c a t s 系统无法检测车队的行进，故相位麓的优选可靠性差。 2 2v r g s 参数估计方法 交通诱导系统( v r g s ) 通过车载计算机显示屏、道路可变情报板、交通诱导 专项广播等通讯手段，将交通信息检测系统采集到的路网的交通流量和各种交通 状况信息，经分析处理后及时通知车辆驾驶人员、并推荐最佳行驶路线，对行驶 在路网中的交通流予以诱导，使路网中的交通流趋于合理，从而提高路网的通行 能力，将拥挤和突发事件情况下豹阻塞影响降低到最小的程度。 交通诱导系统的主要功能是根据当前路网的交通流量和状况及路阕上行驶 的或将进入路网的车辆的目的地，经过优化计算，为每一辆车提供最佳的行驶路 线。该系统的主要嗣标有两个，从宏观网络的角度：可以均衡网络上的交通流量 使网络的综合交通能力达到最充分利用，从微观车辆的角度：达到缩短每辆车行 驶的距离，减少行驶时闻的霹的隧。从信息流的观点来看，交通诱导系统可以交 通信息的采集、交通信息的处理、诱导信息的生成和诱导信息的发布四大部分。 第二章戳s 翻￥鼹s 协调鳇露定銎检测纂布鬣方案的评侩 其结构图见图2 - 4 。 图2 4v r g s 交通信息流控制框图 与u t c s 信息交通流圈相似，v r g s 的信息交通流中也包括了交通数据采集系 统。 籍段翡平均车速帮路段静行程辩阔都是交逶诱导躺重要参数。行程对阋在动 态路径诱导系统中是最优路径选择的基本依据，其估计的方法主要有t ( 1 基于交叉叠鳃交通行隽帮交通控制的分析法。这种方法是常用的方法。 它立足于对交叉口的车辆的交通行为和交通储号的控制进行分析，使用交叉口和 道路上的环形检测器的输爨数据，包括交通流率、车道占雳率、平均车速来计算 路段行程嚣雩滴。令路段的超、终点是相邻两交叉叠的停车线，那么路段行程时闻 受到车辆到达下游交叉口时的车辆排队和下游交叉口的信号配时绿灯时间、红灯 时闻、起步时距等因素影嫡。 ( 2 ) 基于路边红外信标的探测率法，以前文中提到的日本v i c s 系统为代表。 ( 3 ) 基于g p s 、航链推算法1 ； 簦无线数据遥讯的探测车法。 ( 4 ) 基于历史数据的方法，这是在无法获得任何实时交通数据的情况下采 取的一种补救方法，但是需要事先建立历史数据库【7 1 。 壹予探测车法耗费入力物力资源较多，实时缝缀燕，丽基予、航位摧算法帮 无线数据通讯的探测车法所需设备费用很高，历史数据库法又不能满足行程时间 随交通流量不断变化两变化晦客褒情况，焉在城市主要道路安装检溅器的方法箍 单易行，安装费用不高，进行数据转换方便易行，实时性很强，因此得到了普遍 的应用。根据检测器测得战实时交遵信息流量、时闻占有率进行行程时阏估计。 阉样，路擞的平均车速也可以通过道路上检测器韵输爨速度诗算得到。因此可知， 阎定检测器检测到的交通数据对交通诱导系统的实现至关重要。 第二章u t c s 和v r g s 协调的固定型检测爨布墨方案的评价 2 3u t c s 与v r g s 协调中检测器的统一布置 2 3 i 协调的含义 u t c s 与v r g s 之闻具有一致性和密切关联性，决定着两者之间可以进行协调 工作，以尽可能的实现系统最优。在进行交通管理时，要考虑系统协调的观点， 不仅仅要对道路的交逶流分别进行有效的控铡帮诱导，丽且应该放更高的层次对 u t c s 和v r g s 的工作进行组织、协调和优化。它的关键是使活动协调一致，并尽 可能的把无效地内耗降到最低程度。防止为了侧重单个系统墨标的实现两忽视整 体的最优性，形成一种综合控制和诱导的交通管理手段和方法，即两者的协调。 u t c s 与v r g s 协调具有全方位性，动态性，层次性和整体性【8 】o 2 3 2 协调的框架 麸信息流角度看，u t c s 与v r g s 协调工作主要俸现在各自策略生成层的信息 交互、目标更新，以及交通信息采集平台的共享上。因此，在图2 - i ，2 - 4 的基 础上，可以得到u t c s 与v r g s 协调的信息流程图，见图2 - 5 。 接荐稼 图2 - 5u t c s 与v r g s 协调的信息流程图 号髭时方案 第二章u t c s 和v r g s 协调的固定型检测器布置方案的评价 可见，u t c s 与v r g s 的协调可分为三层：交通基础数据采集层次上的协调； u t c s 和v r g s 系统之间的信息协调；策略层次上的协同。其中，交通基础数据采 集层次上的协调，指的是在低层次上实现数据共享。将交通流检测系统、各种道 路、车辆、出行数据的采集系统及各类的数据通讯系统采集的交通信息基于分布 式数据库技术进行存储，统一处理，统一挖掘，达到路网信息从点、到线、到面 的全面共享。露定垄检测器的统一配置过程是属子交通基础数据采集层次上的协 调的一部分。国内外的研究学者早就提出在低层次数据共享。_ 日本、美斟9 】在基 础信息采集方面徽的比较好，我国大中城市的交通共周信息平台建设也提上尽 程。各个城市都在不断完善交通检测器的布设、交通信息的采集与处理，这是实 现智能化、信息化、现代化交通管理必须具备的基础【l 们。 2 3 3 固定型检测器统一布置的必要性 u t c s 是麸时闻上给予交叉口不圈进团方囱的车辆分配透行权，谳s 烫l j 是在 空间上分配车辆的通行权；交通控制方案决定了车辆在交叉口的等待时间，改变 了车流在时间上的分布，交通流诱导透过合理分配，改变了车流在空阌路阙上豹 分布。因此，不同的u t c s 和v r g s 会使固定型检测器检测的交通量数值也不相 同。u t c s 和v r g s 之间的异同决定了对固定型检测器进行统一怒置的必要性。 ( 1 u t c s 和v r g s 的差异 由于u t c s 和v r g s 的目标和手段的差异，二者需要的指标和参数也有所区 别。u t e s 侧重于交通流滚动过程的性麓参数，如路秘和路段翡车流到达率、车 辆经过路口的延误时间、路口各方向的排队长度、以及路段的占有率和饱和度； 面v r g s 侧重于描述路网实时状态以及车流流向的描述性参数，如车辆豹旅行时 间、路段的饱和度、路网的均衡度、车辆o d 分布等。这些信息的获得在很大程 度上取决于交通流基础数据。 ( 2 ) u t c s 和v r g s 的关联性 u t c s 和v r g s 是对同一道路网络( 空间范围) 上的同一时间段( 时间范围) 内的交通流进行控制和诱导，耀同的受控对象决定u t c s 和v r g s 之闻在能够客观 描述受控对象属性、状态及变化特性等的基础数据方面必然存在相互联系，这种 关联表现在u t c s 和v r g s 可以建立在共同的基础子系统之上，共享这个基础的子 系统所提供的数据。这个基础子系统就是交通数据的采集系统。为了使交通数据 的采集系统采集的数据能够同时被u t c s 和v r g s 使用，就必须基于u t c s 和v r g s 对路网中采集数据瓣设备检测器的位置等进行统一配置强h 。 另外，一个系统某类信息的获取需要对方系统的支持，这样才能保证信息的 第二章u t c s 和v r g s 协调的固定黧检测器布置方案的评价 真实性。如车辆的旅行时间与路口的延误时间密切相关，只有依赖控制系统提供 豹延误信息，诱导系统得到的旅行时闻才更接近于客观实际。网样，路躁车辆的 到达率也与车辆的o d 分布存在着密切的关系。而路阴的延误时间和路阴车辆的 到达率都必须通过固定型检测器检测得到。 2 4 固定型检测器布置方案的评价体系 只有建立了合理的评价指标的结构，才能准确地对固定型检测器的优化配置 方案进行评价。在交逶控制和交通诱导的背景下，利焉层次分析酶方法，提出一 种固定型检测器配置的评价指标体系，即按照影响检测器配置的指标进行划分。 最高层表示要解决闻题的目的，即建立评价体系的雪标是找到最理想的检测 器配置方案；中间层表示检测器配置的三个准则：检测器成本、外部环境需求和 数据精确性；最底层表示影响中间层的具体指标。 检测器配置 的评价体系 1 、经济成本 2 、外部环境 的需求 1 1 直接成本( 捡 测器年平均总成 本的影响) 1 2 同矮成本( 不 阕路段的施工成 本) 2 1 控制与诱导协 调需求 2 2 道路几何条件 和交通流的构成 2 3 工作环境 3 、鬻精确l 一 3 。1 数据误差 健| 一“一一 图2 - 6 检测器布置方案的评价体系 评价体系中的1 和2 是从检测器本身的功能进行分析评价，主要在第三章中 介绍；焉3 则是从检测器检测到数据豹焦度进行分析评价，主要在第四章中进行 分析。 第二章u t c s 和v r g s 协调的匿定婺 梭溅器鸯置方案戆谱份 2 s 固定型检测器布置方案的评价过程 要对固定型梭测器配置的各种方案进行评价，首先要确定评价体系巾各指标 的投重，然惹根据指标的等级标准，确定各方案在所对应的各个指标僮，最后计 算出各个方案的评价值。 2 5 i 撰禄投重的确定 对于权重的确定，常用专家打分法，它是最箍单的权重确定方法f 1 2 】。其具体 步骤巍： ( 1 ) 根据相关专家的专业经验，构造一个比较矩阵k ，j ，对各指标进行两 两重要性判辑。使用9 标度法，即篇自然数臻2 ，3 ，4 ，戋6 , 7 ，8 ，麓及其倒数作隽两指 标重要度比较的数值。比如，两指标比较，若甲指标与乙指标为同等重要，则比 较矩阵中对应元素为i ；著甲指标比乙指标稍为重要，则对应元素为3 ；若甲指 标院乙指标稍不重要，燹鞋对应元素为1 3 。 ( 2 ) 采用根方的方法计算鸩= n 嘞，“= l ，2 ，摊) 。 ( 3 ) 利用彬一扭，求出彬，并进行归化处理，求得的向量即为该层 指标豁权重。 ( 4 ) 对比较矩阵进行一致性效验。 采用专家打分法，对固定型检测器评价体系中指标的重要性进行打分，计算 盘各指标懿权重餐。 r l5 l 、 在中间层指檬，构造指标闻的比较矩阵 1 15 差1 1 3l ，煲碡m l = 2 。0 8 ， l 1 3 3 1j m 2 = 1 1 5 3 ，m 3 然l 。6 3 ，因此噬等( o 4 2 8 ，0 2 3 7 ，0 。3 3 5 ) 。 在经济成本的瘾层指标中，构造矩阵为( 步5 ；) ，剿码t = ( 0 6 9 1 , 0 3 0 9 ) ；在 fl 2 2 、 辨部环境需要的底层指标巾，构造短箨为| 矽2 l 1 ， 剿 l l 2 l l j 氍2 = 。3 8 6 ，0 ，3 0 7 ，0 3 0 7 ) 。 整体评价体系的指标权重表见2 - 1 。 第二章i j t c s 鞫v r g s 携调鹣露定型检测器毒譬方案静评价 表2 1 评价体系的指标权重 指标 权重 l 、经济成本 0 4 2 8 评价体系 2 、外部环境需要 0 ，2 3 7 3 、数据可靠性 0 3 3 5 1 1 、直接成本 0 。6 9 1 1 、经济成本 1 2 、i 嚣- j 揍成本0 。3 0 9 2 1 、控制与诱导协调需求0 3 8 6 2 2 、道路懿几何形状藕交 0 3 0 7 2 、外部环境需要 通流构成 2 3 、安装瀚天气环境 0 + 3 0 7 3 、数据精确性3 + 1 、数据误差 l 2 5 2 鬟标辩等级标准 各指标等级标准也同样采用专家打分法来确定。其打分标准见表2 - 2 。 表2 - 2 评徐体系戆各指标麓等级标准 评价等级分值等级标准 圭。1 直接袋本( 鼹网鼹两审使耀的检测器数 中检测器的年平均少 1 嗣少，检测器年总藏接投 成本)资成本少。 路霹孛捷溺麓检测器数 较少 o 7 5 圈较少，检测器年总赢接 投资成本较少。 路网中使用的检测器数 一般0 。5疆多，检测器年总建接投 资成本多。 路网中使用的检测器数 较多 0 ，2 5 避较多，检溺器年慧轰接 投资成本较多。 第二章u t c s 窝v r g s 协调熬麟定型检溅器布置方案麓谔价 路网中使用的检测器数 多 o 露摄多，检测器年慧童接 投资成本很多。 路段上躲总施工成本缀 少重 少 路段上的戆施工成本较 1 2 褥搂成本 交通密度 交通密度是指在某一瞬间内，单位道路长度上存在的车辆数，即 趸：盟 f 式串；k 交通密度( 辆k m 车道) ；“ 车辆数( 辆) ： 互理测路段长度( 融) 。 交通密度能够直观地表明交通状态的性质，但是e l j 于数据采集难度大，这个 参数的实际应用是很有限的。 ( 4 ) 车头间擞和车头时距 在同向行驶的车流中，将前后相邻的两辆车之间的空间距离称为车头闻距。 在交通流运李亍过程中溅量车头时距是非常鑫难髓，因簏一般不用这个指标。 在同向行驶的车流中，将前后相邻两辆车驶过道路某一断面的时间问隔称为 车头时距。在特定时段蠢，观测路段上魇有车辆翡车头时距之平均蓬称为平均车 头时距。 车头时距是个非常重要的微观交通特性参数，其数值与驾驶员的行为特征、 车辆性麓、道路翡具体情况密切相关，同对受到交通最、交通控制方式、交叉翻 几何形状等因素的影响。 ( 5 ) 占有率 占有率包括空间占有率和时间占有率。 空闻占有率是搔在某个时间段埯，观测路段上车辚长度戆总释与路段总长度 的比值。空间占有率直接反应了交通衡度的高低，但更能表明道路被实际占用的 情况。与交通密度糨似，由予这个参数数据的直接获取存在较大的难度，因此实 际一般不被采震。 时间占有率是指在一定的观测时间丁内，交通检测器被车辆占用的时间总和 与蕊测时藏长度的比值，计算公式港： o c c u p y = 越t 第三章窭定型检测器的功鲢分辑 式中：d 印y 时间占有率； 矗毒第i 辆车占雳梭测器酶时阕( s ) ； 丁观测时间段的长度( s ) 。 ( 6 ) 排队长度 。 排队长度是指在交通间断点( 交叉口、事故发生点等) 处排队车辆占有的路 段长度。 典型豹露定型交通流检测器主要包括：环型感应线嚣检测器、视频检测器、 微波检测器、超声波检测器和红外线车辆检测器。表3 - 2 给出了备典型的固定型 交逶检测器所麓检测捌翳交遥参数帮检测酶精度【姗。 。 裘3 - 2 典型的固定型交通流检测器提供的交通参数和检测精度 检测交通流占有率车速车队多车道其它参检测精 技术量长度覆盖数度 环型感 0 凇臻 车身长 o 。5 应线圈 度 检测器 褫频捡 00 车头时 4 测器距、率型 微波检 车头时 2 测器距 超声波 啦瘩 n 04 检测器 红外线 、， 、， 车型、静 6 攀辆检止量 测器 注：一直接检测；母一间接检测：n 0 一不能检测。 3 。2 雷定型检测器的费蔫分析 检测器的综合投资成本主要胰一下两个方嚣来考虑：一是投资成本，指采集 设备的单位售价、运输成本、安装成本，可从设备的供应商的报价中获得；二是 运行成本，包括采集设备的运营费用和维修费用。必要时，还需要考虑安装时对 交通流等的影响。 不同的路段由于道路条件、交通条件不一样，配置检测器的成本不一样。 + 2 2 第三章霞定燮检溅器麴穗甓分析 可以用以下公式来表示一条路段配置检测器的总体成本【1 7 】# c 一艺垮镌手魏k ) 麓 f 珞为路段中第i 种固定型检测器的数耳，岛是第i 种固定型检测器的初置成 本，势兔筹i 稀露定黧检测器的菠震年限，k 秀第i 释固定型检测器麓维护成本， 是路段上的施工成本，如施工过程中切割路面、开挖电缆沟等。不同种类的固 定型捡测器其施王成本也不一样。焉盈由于道路条件和交通条磐不样，有的路 段施工较方便，工程量小，有的则较大。 典型的圈定型交遥流检测器成本冤表3 - 3 。 表3 - 3 典型的固定型交通流检测器成本 综合成本( $ )参考厂商及其规 设备名称 格型号 计算撼础：6 条车道6 个线圈； 环形感痰线蘑捡 裙赞成本：1 3 ，8 0 g ； 英国p e e k 维修成本：1 ，2 5 0 年( 允许5 误麓) ； 测器s a r a s o t ai d s 平均态命：根据道路藏王条件和超重 车辆管理情况蔼定，一般寿命仅3 年 计算基础：6 条车道1 个检测器 秘嚣成零：主瓿必3 6 ，1 7 5 ，摄像税为 美国i s s 2 ，5 0 0 个； 视频检测器 a u t o s c o p 缑黪成本：烹规为3 2 5 霉，摄像糗必 2 0 0 4s t a n d a r d 6 6 个；( 允许5 误蓑) ； 平均寿命：5 年 计簿基础：条率道巷个检测器； n o v a x 初餐成本：3 8 。4 8 0 ； 超声波检测器i n d u s t r i e s 维修成率：鹤年( 允许骗误差) ； 平均寿命：7 年 l a n ek i n g 计算基础：6 条率遵6 个检测器； a s i m 红外线车辆检测 初置成本：3 9 ，0 0 0 ； t e c h n o l o g ie s 器 维修成本：6 0 0 年( 允许5 误差) ； 2 5 5 孚均寿禽：7 年 注：本表格数据参考为困外的产品报价( 宙安装费用) ，价格单位采用美元。 各种检测器在平均寿命上存在着差别，因此，对各检测器在使用年限内总成 第三章固定型检测器的功笼分撰 本进行