（交通运输规划与管理专业论文）基于动态车辆导航系统的道路权重赋值方法研究.pdf

摘要 摘要 随着我国国民经济的高速发展和城市化进程的推进，机动车拥有量和道路交 通量急剧增加，由此带来了交通拥挤、堵塞、环境污染加剧等一系列的城市交通 问题。城市交通问题已成为影响城市正常运作和可持续发展的瓶颈问题，人们亟 需找出解决问题的方法。 运用智能交通系统技术来解决交通问题，己经成为了交通工程未来发展的重 要方向。车辆导航系统是智能交通系统中的重要子系统之一，能够有效地引导车 辆在路网中运行，减少车辆在道路上的行驶时间，并最终实现交通量在整个路网 中均匀分配。为了实现实时导航，如何在车辆导航系统中实现道路权重的动态赋 值成为人们关心的问题。因此，有必要对基于动态车辆导航系统的道路权重赋值 方法进行研究。 本文首先对国内外道路权重赋值方法方面的相关研究进行了回顾和总结。介 绍了道路权重的各种类型、路阻函数模型、交叉口延误模型和路网可靠度的研究 成果。在此基础上确定了将出行距离、行程时间和畅通可靠度作为车辆导航系统 的道路权重类型。 根据所确定的道路权重类型，本文考虑我国目前的硬件基础设施情况以及城 市车辆导航系统未来发展的趋势，给出了基于动态车辆导航系统的道路权重赋值 方案和相应的路阻函数。 本文通过处理和分析北京市路网历史交通流数据，确定了北京市路网的典型 交通模式。并在此基础上，确定了车辆导航系统在不同典型交通模式下的基准道 路权重。本文参考国内外现有的研究成果和根据北京路网交通现状，确定了北京 市路段和交叉口的畅通标准，给出了基于统计原理的畅通可靠度计算方法。 通过利用历史交通流数据和统计回归的方法，本文标定了可供选择模型中的 待定参数。在此基础上，验证和比较函数模型，确定了本文中车辆导航系统选用 的路段行程时间模型和交叉口延误模型。 最后，论文总结了主要研究成果，并提出本课题未来的研究方向。 关键词智能交通系统：车辆导航系统：道路权重；路阻函数 北京t 、韭大学t 学顺 。学位论文 a b s t r a c t a st h eh i g h s p e e dd e v e l o p m e n to fo u rn a t i o n a ie c o n o m ya n dp r o m o t i o no f 也e m a n z a t i o 持p r o c e s s ，m eq u a n t i 每o f m o t o rv e h i c l ea n d 扛霸囊cv o l u m ei n c f e a s es h 姊l y t h e r e f o r e ，i tb r i n g sas e r i e so fu r b a nt r a n s p o r t a t i o np r o b l e m ，s u c ha st r a 蕊cj 锄， a g g r a v a t i o no fm ee n v i r o 衄e n tp o l l u t i o n t h e u r b a l lt r a l l s p o r t a t i o np r o b l e mh a s a l r e a d yb e c o m ea ni m p o n a i l tp r o b l e mo fi n f l u e n c i n gu r b a nn o r r n a l 晒c t i o na n dc 主t y s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tn o w a n di tn e e d st ob es o l v e du 猎e n t l y u s i n gi n t e l l i g e n tt r a n s p o n a t i o ns y s t e m ( i t s ) t e c h n o l o g yt os o i v et r a n s p o n a t i o n p r o b l e mh a sb e c o m ea ni m p o r t a n t d i r e c t i o ni nn j t u r et r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g d e v e l o p m e n t h i c l en a v i g a 区o ns y s t c mi s a 壬li m p 嗽a n ts l l b s y s t e mo fl t s + 彳h e s y s t e mc a nl e a dv e h i c l em o v i n gi nn e t w o r ke f f b c t i v e l y ，r e d u c et h ev e h i c l ed r i v i n g t i m e ，a 1 1 d 靠n a l l yr e a l i z et h a tt h et r 棚cv o l u m ed i s t r i b u t e se q u a b l yi nw h 0 1 er o a d n e t w o r k f o rr e a l i z i n gr e a l t i m en a v i g a t i o n ，p e o p l ec o n c e mo n ep r o b l e mh o wt oe a r r y 。u td y n 锄i ce v a l u a t i o no fm a dw e i g h ti nv e h i c l en a v i g 越i o ns y s t e m t h u s ，i ti s n e c e s s a r yt os t u d ye v a l u a t i o nm e t h o do fr o a dw e i g h tb a s e d o nd y n 枷cv e h i c l e n a v 迢a t i o ns y s t e m t h e 蝌e r 毛i r 靠l yr c v i e w s 咖d i e sa b o u t “a l u a t i o nt e c 蛔o l o g yo fr o a dw e 埯h t 越 h o m ea i l d 曲r o a d t h e ni ti n t m d u c e st h er e s e a r c hf r u “o fr o a dw e i 曲tt y p e s ，r o a d i m p e d a n c ef h n c t i o nm o d e l ，i n t e r s e c t i o nd e l a ym o d e i ， a n dn e t w o r kr e l j a b i l i t y b a s e d o n 执e s e 幽ep a p 盯c o n 曩r m st 豫v e ld i s t 飘，锄v e lt i | n ea n du n b l o c k e dr e i i a b i l i t ya s t h er o a dw e i 曲tt y p eo f v e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e m b a s e do nd e c i d e dm a d 、v e i 曲tt y p e ，t h ep a p e rc o n s i d e r st h ea c _ u a lc o n d i t i o no f o u rn a t i o nh a r d w a r ef o u n d a t i o ne s t a b i i s h m e n ta n dt h ed e v e l o p m o n tt r e n do fm t u f e v e h i c l en “i g a t i o ns y s t e m ，a n dp r e s c n t se v a l u 融i o np r o j e c to f r o 稚w e i 曲ta n dr e l e v a i l t r o a di m p e d a n c ef u n c t i o nb a s e do nd y n 锄i cv e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e m t h r o u 曲p r o c e s s i n ga n da n a l y z i n gh i s t o r i c a l 姚f f i cf l o wd a t ao fb e 韬i n gr o a d n e 籼r k ，璁ep a p e rc o n m 毽t h e 每p i c a lt r a 臻cm o d e 。a e c o r d i n g 专ot h ed i f 梵r e n t t y p i c a lt r a 黼cm o d e ，t h op a p e rc o n 6 n n sd i f 诧r e n tb o n c h m a r kr o a dw e i g h to f v e h i c l e n a v i g a t i o ns y s t e m t h ep a p e rc o n s i d e r st l l e r e s e a r c hf 嘶ta th o m ea n da b r o a da 1 1 d t r a n s p o a t i o na c 抛a l i t yo fb e 弧i n gr o a dn e t w o r k ，c o n f i r m su n b l o c k e ds 捆d a r d so f s e c t i o na n di n t e r s e c t i o n ，a n dp f e s e n t sc o m p u t a t i o nm e t h o do fu n b l o c k e dr e l i a b i l t y b a s e do ns t a t i s t i ct h e o r y t h m u 曲u s i n gh i s t o r i c a lt r a 黼cf l o wd a t aa i l ds t a t i s t i cr c g r e s s i v em e t h o d ，t h e p a p e rd e m a r c a t ep 蝴e t e ro fu s a b l em o d e l s b a s e do nt h e s e ，m ep 印e rv a l i d a t e sa n d c o m p a r e se a c h & n c t i o nm o d e l ，a n d 矗n a l l yc o n f i 册s 啦et r a v e lt i m em o d e la n d i n t e 撂e c 虹o nd e l a ym o d e lo f t h e n a v i g a t i o ns y s t 。m 。 f i n a l l y t 1 1 em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r es u m m a r i z e di nt 1 1 et h e s i sa i l dm er e s e a r c h d i r e c t i o ni nt h ef u t u r ei sd u tf o n v a r d k e ) w o r d si 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 c m ；v e h i c l en a v i g a t i o ns y s t e m ；r o a d 、v c i g h t ； r o a di m p c d a n c ef u n c t i o n 独创性声明 本人声明所晕交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，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 寻l e 京工业大学或其它教育极构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名蓝塑窒同期：笙z 丝 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 傈整送交论文的复露件，允许论文被套阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：盟塑塞导师签名：阢日期： 1 1 研究背景 第一章绪论 交通是国家的经济命脉，交通的畅通与否与每个人的生活息息相关随者社 会经济建设的快速发展，现代城市规模不断扩大，城市更加依赖于交通系统。车 辆作为人类活动的工具在人们的日常生活中起着越来越重要的作用，其发展速度 也越来越快。车辆保有量的不断增多，交通需求的不断增长，使城市土地资源容 量和城市环境容量都受到了极大的挑战，交通拥堵问题日益突出。交通拥堵给交 通参与者带来了巨大的物质损火。交通拥堵的直接危害是使交通延误增大行车 速度降低，带来时间损失：低速行驶增加耗油量导致燃料费用的增加：增加汽车 尾气排污量，污染城市大气环境。交通拥挤，环境污染，严重地制约了城市交通 运作效率，也成为制约城市经济发展的瓶颈问题。无论是发达国家还是发展中国 家，都毫无例外地承受着不断恶化的交通的困扰。如何应对城市现代化带来的交 通问题，已成为城市交通管理者十分迫切需要解决的问题。 智能交通系统( 1 t s ：i n t e l l i g e n ct r s p o n a t i o ns y s t c m s ) 作为先进的信息技 术、数据通信传输技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效地应用于整个 交通管理体系，使人、车、路三者密切配合、和谐地统一，从而建立起一种在大 范围内全方位发挥作用的适时、准确、高效的运输综合管理体系，己在全世界范 围内竟相开发与研究。智能交通系统的应用将极大地提高交通运输效率，保障交 通安全，增强行车的舒适性，改善环保质量，提离能源的利用率。运用智能交通 系统技术来解决交通问题，已经成为了交通工程未来发展的重要方向。 车辆导航系统是智能交通系统中的重要子系统之一，从二十世纪7 0 年代术 人们开始该领域的研究。日本、美国、欧洲等国家在这个领域起步较早，且研发 速度快，取得了较为丰富的研究成果，现已形成了日、美、欧三足鼎立的局面。 利用车辆导航系统可帮助驾驶员迅速找到从当前位置到达目的地的最佳行驶路 线，协助出行者方便地进入到原先没有去过的地方，如果有实时交通信息的支撑， 车辆导航系统能够有效地引导车辆在路网中运行，减少车辆在道路上的行驶时 间并最终实现交通量在整个路网中均匀分配。 最优路径规划功能是车辆导航系统的核心功能之一，根据选定的最优目标， 车辆导航系统规划出相应的最优出行路线。车辆导航系统的道路权重赋值方法主 要用于计算道路权重，而道路权重是最优路径规划的基础。当有实时交通信息支 持时，基于动态车辆导航系统的道路权重赋值方法可以实现对系统道路权重的动 持时，基于动态车辆导航系统的道路权重赋值方法可以实现对系统道路权重的动 北柬 二业丈学王学硕士二学垃论文 态赋值，实现车辆导舷系统便捷、离效地为雳户提供导航款基豹。 本论文的支撑课题为“交通诱导( 率辆导航) 系统技术与设备”，该课题由 乾京市科学技术委员会资助，是j e 京市智能交遥系统( i t s ) 规划及示范研究( i l 期) 项目中的课题之一。 1 2 研究意义 随麓我国羧革开放豹不断深入，城乡经济的送一步繁荣，城市撰模日薤扩大， 我国机动车拥有量及道路交通迅猛增加。虽然我国各省市的道路建设和交通管理 也在不新改善粒发展，僵仍落后予交通需求增长，导致城市串岛魏交逶堵塞、出 行困难等一系列交通问题。计算机、通信、电子等技术的飞速发展，为人们应用 新技术解决交通问题提供了机遇和可能。由此，智能交通系统应运而生并迅速发 展，应用智能交通系统技术解决城市交通问题融成为未来交通工程发展的重要方 向。 动态车辆导靛系统是智能交通系统的重要缀成部分。随着相关技术豹成熟， 动态车辆导航系统在未来交通管理中正扮演着越来越重要的角色。路径规划子系 统是整个车辆导航系统的核心内容，丽道路权重斌假是进行最优路径规划的慕 础，其研究意义主要有： ( 1 ) 实现车辆导航系统中道路权熏的动态赋值，为车辆导航系统最优路径 怒翔提供实时的道路投重，保障车辆导航系统为用户提供实对豹最优出行路径。 ( 2 ) 可对城市路网进行道路权重赋值，为出行学提供实时的路网信息。同 时，可搬据不同的道路权重类型，提供实时的道路权蓬，满足出行者的个性化需 裳。 1 。3 研究内容 本论文拟在现有研究成栗斡基础上，结合我簪交邋流检测设施釉通信基础设 施现状，考虑城市动态车辆导航系统的特点及需求，给出动态车辆导航系统的道 路权重类型：根据城市路网交通流中普遍存在的特征和规律性，利用历史交通流 数据，划分北京市城市路网的典型交通模式；同时，根据目前北京市交通流检测 设施现状，提出实时交通流数据的收集、处理方法：在上述基础上，提出适用于 城市动态车辆导航系统的遵路权重赋傻方法葶日方案：最后，确定车辆导航系统道 路权重赋值方案中需要用到的模型。主要内容如下： 1 3 1 确定车辆导航系统的道路权重类型 分辑国内外动态车辆导航系统在道路权重类型方嚣的研究现状，综合考虑我 国目前的交通和通信基础设嚣，结合车辆导航系统的特点及需求，确定将出行距 离、畅通可靠度和行程时间作为系统的道路权重。并给出了选择出行距离、行程 时间和路网可靠度作为动态车辆导航系统的道路权重的理由和依据。 1 3 2 划分典型交通模式 现阶段，我国城市交通滚检测设施并不完善，车辆导航系统并不具冬获取整 个城市路阚实时交通流信息的能力。相对弼畜，城市路网交通流历史数据比较容 易获得且比较完善。国内外研究成果均表明，城市路网交通流普遍具有一定的特 征和规律性。从城市路网交通流历史数据中找到交通流的规律，结合专家意见划 分城市黪网典型交通模式，并畿据各秘典型交透模式确定道路奴重豹蒸准筐，运 用于城阶段的车辆导航系统。举论文通过对北京交通流历史数据的处理与分析， 找出路网中交通流的规律性，并以此为依据，结合专家意见划分北京城市路网的 典型交通模式。 1 3 3 实时交通流数据处理方法 隽了实瑗车辆导航系统豹动态导航，在车辘导航系统豹运作孛，必矮实凌自 动地实时获取路网的交通流信息。本论文考虑j e 京交通流囱动检测系统现状，提 出适用于各交通流检测系统的实时交通流数据处理方法。通过处理和分析实时交 通流信息，提取适用予动态车辆导航系统的数据，并将其t i 照用于动态车辆导航系 统道路权重的实辩更新中。 1 3 4 提出车辆导航系统的道路权重赋值方案 在确定将出行距离、畅通可靠度和行程时间作为城市车辆导航系统道路权重 类型的基础上，给出了现阶段可行的以出行距离、畅通可靠度和行程时问为道路 权重的动态车辆导航系统道路权璧赋值方法和方案。同时，给出了以出行距离、 畅通可靠度和行程利问为遵路权重的适用予率辆导航系统的貉阻函数。 北京一业人学 ：= 学嫉士学位论文 1 3 5 确定相关模型 利用北京市城市路潮的历史交逶流数据，运需统计回归的方法，标定备选的 路段行程时闯模型和交叉日延误模型中熬特定参数。由此霉到逶用的路段行程时 阀模型和交叉妇延误模型，通过验证期比较函数模型，最终确定车辆导航系统中 所需的路段行程时间模型和交叉口延误模型。 1 4 本章小结 ( 1 ) 隧蓑智能交逶系统技术的兴起和不叛发展，智能交遇系统技零成为解 决城市交通问题的羹要方向。动态车辆导航系统是智能交通系统的疆要子系统之 一，针对动态车辆导航系统的需求，考虑到现有道路权重赋值方法的局限性，并 在实际项目的支持下，开展本论文的研究工作。 ( 2 ) 分析了本论文的研究意义。本研究结合我国现状，通过建立实用的动 态车辆导航系统道路权踅赋值方法，以实现车辆导航系统便捷、高效地为用户提 供导航的目的。 ( 3 ) 在分析国内外在道路权重斌值相关领域研究现状的綦础上，提出本论 文的研究内容。 4 2 1 概述 第二章国内外研究现状 研究适用于动态车辆导航系统的道路权重赋值方法，需要结合我国目前交通 和通信基础设施情况，同时考虑车辆导航系统自身特点和需求。一直以来。国内 外学者在道路权重类型、路阻函数、交叉口延误、路网可靠度等方面的研究成果， 为研究基于动态车辆导航系统的道路权重赋值方法提供了极大的方便和坚实的 基础。 2 2 道路权重的类型 车辆导航系统中，道路权重的类型有出行距离、行程时阳j 等等。不同类型的 道路权重对应着不同的最优目标，例如：以出行距离为道路权重，则对应的最优 目标为出行距离最短，也就是说车辆导航系统规划的最优路线是出行距离最短的 路线。车辆导航系统常用的道路权重有： 一、出行距离 将出行距离最短作为道路权重，道路权重可直接选取电子地图中路段属性中 的路段长度。这是一种简单、直观的道路权重，可直接获得，无须标定，具有一 定的实用型。这种道路权重适用于畅通度较好的路网，或结点较少、可选路线较 少、绕行路线较远、负荷度不大的路网，因为在这些情况下，距离基本上能够作 为衡量路线优劣的尺度。这种道路权重是目前国内车辆导航系统普遍采用的道路 权重类型。 二、路网可靠度 路网可靠度是指整个路网一定时期内满足预定要求的可靠程度。以路网可靠 度为道路权重，车辆导航系统规划的最优路线是o d 对间可靠度最高的路线。路 网可靠度是概率性指标，比较适用于具有大量交通历史数据，而没有实时的交通 数据的系统。利用统计资料及经验信息得到的路网可靠度，能较好地反映和评价 道路交通状况，基本上反映了交通系统的随机性。 三、行程时间 以行程时间为道路权重，车辆导航系统规划的最优路线是行程时间最短的路 线。应当说行程时间最短的路线对车辆导航系统的大多数用户来说，是最期望得 到的一种最优路线。尤其是在拥挤的城市路网中，当距离因素对于衡量路线优劣 北京 ：业大学】掌坝士掌位论文 的参考价值不大时，行程时间的长短无疑仍是衡量路线优劣的个竣具说服力的 标准。 目前嗣内的车辆导航系统大多不其番| 蔓行程时间为道路权藿的功能，少数产 品提供的行程对问也是静态行程对间，并不能反映路网的实时交通滤状提，实用 性不大。鄹际上日本的v i c s ( v c h i c l ei n f o h n 撕o na f l dc o m m u n i c a t i o ns y s t e m ) 系统和欧洲的t m c ( t r a f f i cm e s s a g ec h a n n e l ) 系统是动态导航的主要代表，但 也只是提供了交通事故情况和交通拥挤情况等交通信息，还未能做到直接提供路 网的动态行程时间。 可以说，以动态行程时间为道路权重是车辆导航系统未来发展的方向之， 同时也是车辆导航系统中最具挑战的技术滩越之一。 圆、出行费用 逸取车辆在路段上的平均运行费用作为道路权重，可将出行费用定义为： c= ci+ c2 +c 3 ( 2 - 1 ) 其中q 是车辆豹行驶费耀( 可用耗油量度量) ，岛是如行融闻的价值( 可用 社会平均劳动时间的价值衡量) ，c 1 是收费道路的收费。 这种道路权重充分体现了经济因素，将行驶里程，出行时间等因素都通过折 算为费用加以考虑。特别适用于大型车队管理和运输、物流企业，便于其进行成 本核算，控制运营成本等。而对于个人出行者，因个体差异较大，如行费用和出 行者收益并没有统一的标准，难以比较投入和收益。 纛、广义出行费用 广义出行费用楚指对道路服务水平的一切属性进行综合评价。以广义出行费 用为道路权重。可以是以上道路权重或其它道路权重中莱两个或多个的线性组 合。例如，可以定义广义出行费用为： c = c 打+ ( 1 一g ) 寤( 2 - 2 ) 其中，是车辆在路段上的平均行程时间，d 是路段长度，口( o 曼a 曼1 ) 称为权 重系数，它反映了，和d 在广义费用中所占的权重。以广义出行费用为道路权重， 也可以由用户梭据褥好和数掘的可能进行选取，是一种个性化道路权重。 2 3 路阻函数模型 交透阻抗楚进行交递分目e 积路嗣规划蛔蓁要参数，是路网属性抽象的重要内 6 第二荦霉内外i i j 咒现状 容之一。随着车辆导航技术豹兴起，交遽阻抗也应用于车辆警航系统孛。广义的 交通阻抗是指备方面因素对交通出行的阻力作用，狭义的交通阻抗般为车辆出 符豹行程对阔。路阻溺数模整，就是把交遥阻抗定量化的数学模鳖。 以下是各模型变擐的定义： f 两交叉口间的路段行程时间( 秒) ； f 。交通量为零时的路段行程时间( 秒) ； q 路段交通羹( 辆小时) ； c 路段实焉通行麓力( 赣孙时) ； d 路段长度( 千米) ； 矿路段车速( 千米，j 、时) ： 碥交通量趋予零时的行驶车速，即畅行速度( 千米，j 、时) i 芷。路段阻塞密度。 2 3 1 国外研究现状 国外学者对道路路阻函数的研究开始的较早，也取得了许多成果j 主要的路 函数模型包括： 模型l ：美慝联邦公路局( f 1 1 w a ) 模型b p r 模型1 2 i ： ，= “0 + 口( q c ) 芦) ( 2 - 3 ) 式中：d ，是回归参数，建议取值髓= o 1 5 或2 6 2 ，= 4 或5 。 该模型考虑了交通量对路阻函数的影响，同时也考虑了路段通行能力对路阻 函数的影响，比较符合实际的交通状况。 模型2 ：d a v i d s o n 模型1 2 l 川o 【l 州南) 】 ( 2 1 4 ) 式中；j 模型参数，可认为是拥挤系数。 模型3 ：道路和交通实验室的t r r l 模型3 f 矿= 4 9 9 一o 1 6 3 ( q + 4 3 0 ) “w r )( 1 6 k m h v 3 8 k m ，h )( 2 5 ) 北京工业大学工学硕士学位论文 y = 6 7 6 一o 1 2 3 ( q 十1 0 0 0 ) ( w r )( 3 2 k m ，h v 5 6 k m h )( 2 - 6 ) 行程时间：，= d 矿 式中：w 车道宽度( m ) r 缩减量( m ) 该模型描述的是速度交通流关系。 模型4 ：w y n t e r l 9 9 5 年提出的m u l 出行时间函数模型1 4 1 t 。e k 。，k 。，= t ? t + i 亍去+ ，k ：十。k ； c 2 一， 式中：d ，芦是匿鹅参数 _ ，= c ，( c 一小汽车，t 一卡车) f ? 交通景为零对的路段行程对间( 秒) 也小汽车在路段上的密度 青小汽车在路段上最大豹密度 舡卡车在路段上的密度 以上圜外较有代表性的模型，形式上都比较箍洁使用方便，这姥模型建立的 核心思想就是路段行程时间和道路上机动车交通爨之间的函数关系，同时还考虑 了些其他的相关因素：如t 列也模型引进了一个参数r ，标定的是路边停车对 机动车行驶的影响，从而引起车道宽度的缩减；m u l 模型考虑了两种不同的用 户类型一小汽车和卡车之间的相互影响。 2 3 2 国内研究现状 国内学者在路阻函数研究方面也取得了很多成果，常用的模型有： 模型l ：根据公路网规划理论，提出了基于交通量的路阻函数模型： f = 旦 ( 2 8 ) 口 式中：日，6 是待定参数。该模型参见文献【5 】。 此模型主要应用于城市规划，考虑的因素只有交通量，模型比较简单。 8 模壅2 ：美蚕联羚公鼹嚣戆蘧疆丞数横溪熬扩震墅1 l ： ，= f o ( 1 + 魏( g 。c 1 ) “十露2 ( q ：c 2 ) 如) ( 2 9 ) 或 f = 岛( 1 + 岛( g ，g ) + 走2 ( q q ) )( 2 1 0 ) 式中：墨，七：，屯，意。建回归参数，哥撤疆道路交通量、车逮调查数据采用最 小= 乘法确定。 该模型是我国一些举者根据我国机动率与非机动车混行的特点，提出了考虑 非机动车因素的美国联邦公路局鲍路阻函数模型的扩展型。 模整3 ：交逶滚三参数挺窭熬臻辍嚣数穰鍪1 l ： r 韶3 6 0 0 d ，矿 矿= 去知河再丽 ( 2 _ 1 1 ) 农具体计算时，如果蹲段交通状况处于非拥挤状态，则擞式前取“+ ”号； 磐鬃交暹获凝蹩予掇揆状态，瘸蔽式 l 萋取“一”：絮巢交逶狭溅憝予壅塞凝态， 剿敬矿= o 。 该模型考虑了交通流三参数对路阻函数的影响，还考虑了交通流状况对路阻 函数的影响。 模型4 ；上海常综会交通所采用的交遥分配模型1 6 i t = s o 去一p 卜尚j + 去喝一隔v 佩c 2 。：， 式中： s 。r 一机动车在路段乙上的初始车速( k 玎l 1 ) x 厂一反夔辊韵攀菇蠡行车不嚣疆褰媾凝懿标定系数 标定参数 k 5 标定参数 k 3 本路段进口邋通行能力根据前方交叉口绿性比进 亍调查的调整系数 v 每进口j 莛鸵平均当量流量( p c 彬小鞋) e 每一遂日遂巍缘往篦麓5 0 辩的瀵季亍能力，采臻6 0 c u ，小薅 l r 道路路段长度( k m ) v b 平均每一车邋的自行车流量( 辆车道- ，j 、时) 9 s b o 自行车的初始车速 该模蘩考虑了非机动车的干扰，认为路段车辆行程l 寸间的绝对影响因素就是 j 橇动车流量：雨对于桃动车自身的相互于扰，忽略不计。 模型s ：同济大学的研究模型1 7 卜l 卜( 盟薯竽仆 向等 i 卜， 忠2 j 3 m 卜( 盟警) “ 卜醢，融小， r 。瓦 t + d ( 三曼兰兰! 二二l ；i ! 半 4 。：， 卜 些d 等d 丝h 式中：q 。道路实际通行能力 q 。i x 、p i 、 p m 、p 。本f 甸机动车混合流蹩及大军比例、中车比例 和小车比例 q b 本向j # 机动车流量 q o m i 。、p 小p 。m 、p 。对向机动车混合流量及大、中、小车分 别占的比例 w 非机动车道宽度 q b 。非机动车道上非机动车通行能力 该模型考虑的道路交通影响因素主要是： 方向机动车辆的干扰：主要体现在本向机动车流量大小及车型组成上。 当本向机动车流量及车型组成发生变化时，其行程时间也将发生变化。 本向非机动车的干扰：干扰的程度体现在非机动车的流量上，当非机动 车的流量增大时若没有机非分隔栏，非机动车会骑到机动车道上去， 0 第二二苹阁内外研，现状 从而影响本向机动车道的运行。 对向机动车的干扰：干扰程度表现在对向机动车流量大小方面，当此数 值增大时，若双向机动车流没有分隔栏，双向车流会车时，车辆会适当 减速。 单向通行能力的影响：对同样大小的实际流量，道路的通行能力越大， 车辆间的相互干扰就越小，行程车速也就越高。 该模型是一个各方面因素都考虑到的模型。它是对美国联邦公路局b r p 模 型的一个扩充，物理意义十分明确，符合中国实际交通状况。但是从模型构成中 可以看出，该模型使用的参数较多，公式较长。在参数标定上只有依靠非线性方 程组求解，利用计算机实现数值运算方法非常烦琐，操作起来会有一定的困难。 模型5 ：北京工业大学的研究模型 ( 1 ) 自由流速度为l o o 公罩j 、时的快速路基本路段【8 】 f = 3 6 0 0 d y y = 一7 _ 6 q 2 一o 0 0 3 9 q + 9 6 9 0 8 ( 2 1 6 ) ( 2 ) 自由流速度为9 0 公里，j 、时的快速路基本路段【8 】 f = 3 6 0 0 d 矿 y = 一5 “q 2 0 0 0 5 4 q + 8 1 9 6 ( 2 - 1 7 ) ( 3 ) 自由流速度为8 0 公里，j 、时的快速路基本路段 8 】 f = 3 6 0 0 d y y = 一1 - 5 q 2 一o 0 0 5 9 q + 7 4 4 1 ( 2 - 1 8 ) ( 4 ) 机非隔离的城市主干道9 f = 1 1 4 2 + 3 1 9 d + 4 3 d - 口- 7 5 f + 2 16 ( 2 - 1 9 ) 或简化为： f = o 2 9 2 3 l n d o 6 5 0 1 ( 2 2 0 ) ( 5 ) 机非隔离的城市主干道 9 】 f = 1 3 3 1 + 8 3 1d + 8 5 口1 8 o ， ( 2 2 1 ) 式中：d 路段上车辆行驶方向右侧的出入口个数，个； 口路段上行人过街个数，个； 北京工业大学工学硕士学位论文 卜路段上行车方向上机动车道条数，条； 6 路段上的车辆行驶方向右侧公交站点数鬃，以5 个为组，组。 除了上述模型外，国内许多学者还提出了其他一些模趔。 王元庚l l 。】等人提出了综合路阻函数模型，把时间、费用、交通流、收费站和 城市节点等建立起综合路阻函数模型。 靳文舟【l l j 等人提出了路阻函数的最大可能标定法，把 亍驶辩滴、费攘、交逶 量等综合在一起建立了路阻函数模型，共用最大w 能估计法标定了这一模型。 周溪露【1 2 】考虑对向车流和枫非混合因素对道路路阻的影晌，提如建立对称型 路阻函数模型。 王炜i 】等人根据城市交通流为间断流的情况，提出了根据实际应用情况，对 交通流三参数路阻晒数模型进行修正。修正应包括以下几个方面：1 车流间断 影响修正( 即交叉口间距影响修正) 2 自行车干扰影响修正；3 行人干扰影 响修正；4 车道宽度影响修正。 由以上可阻看出，传统的路隘函数研究均是从交通规划和交通鬃分配中演变 出来的。最初时应用于高速公路或公路网的裁划，后来逐渐考虑我豳城市交通流 的特点，加入了非撬动车，交叉豳等因素对路阻函数的影响，发震出逶媚于城市 交通状况的路飘函数，主要应用予城市路网规划和交通管理。 但是，不围类型的交通流对路阻遵数的影响因素存在较大豹差别，对应羞不 同的路阻函数。城市车辆导航的路阻函数有其自身的特点，而我国在这方面的研 究很薄弱。近年来，随糟国内外学者对交通流研究的深入，特别是我国学者对我 国特有混合交通流的深入研究，例如北京工业大学建立了城市快速路、主干路中 的交通流模型等，这些，都为城市车辆导航系统路阻函数的建立提供了很好的基 础。 2 。4 交叉口延误模型 在实际出行中，尤箕是在城市路网中，由于交叉口存在不同方向交通流的冲 突以及分流、合流等交织行为，发生延误跫不可避免的，甚至往往造成交通稠堵。 事实上，交叉酗延谖在整个行程时间中占有桶当大的眈例，路网中的拥堵点也往 往是交叉翻。因此在考虑车辆导航系统的路权时，交叉日延误怒不珂忽略豹重要 内容。由于大多数的交叉口延误都是发生在镕号交叉嗣，弱此，本论文中只考虑 信号交叉口延误，在此主要介绍信号交叉口延误的研究现状及成果。国内外学者 对交叉口的研究开腥的较早、较多，总结起来主要有以下几种信号交叉口延误模 型： 第二苹国内外研冗现状 模型1 ：h c m 方法中提到的信号交叉口延误模型【h 】： 假定车辆是随机到达的，则每辆车在信号交叉口进口道上的平均停车延误 删瑚，等枷s x 2 k 1 ) + 瓜可而】 ( 2 ：z ) 模型2 ：h c m 、澳大利亚、加拿大公式的推广 每辆车的平均总延误 d = 掣+ 9 。兀z ”i 一1 ) + i i ：1 j r ；i j f ：j i 丽 ( 2 2 3 ) x b = n + b s g 式中：凰使得延误公式第二项等于零的饱和度 蹭每个信号周期的通行能力 m ，”，。，6 待定参数 h c m 公式与推广公式之洲的联系，如图2 1 所示。 推广公式 ( 总延误) 乘以系数l ，1 3 = 也7 7 取l = 0 2 5 小时， = o ，m = 4 ，n = 2 h c m 公式 ( 停车延误) ( 假定停车延误占总延误的7 7 ) 图2 1h c m 公式与推广公式之间的联系 f i g u r e2 - 1t h e r e l a t i o nb e t w e e nh c mf o r m u l aa n dg e n e r a l i z a t i o nf o r m u l a 推广公式乘以系数l 1 3 = o 7 7 ，将总延误转化为停车延误( 假定停车延误占 总延误的7 7 ) ，同时取瓦= o 2 5 小时，就得到h c m 公式。从而h c m 公式可 看作推广公式的特例。 模型3 ：假设交通流到达服从均匀分布的信号交叉口延误模型： 每辆车的平均总延误公式 矾：三笙篓 ( 2 2 4 ) 2 n 一 z 1 模型4 ：假设交通流到达服从泊松分布的信号交叉口延误模型： 每辆车的平均总延误公式 d 。：! f ! 二壁+ ! ! ! 坚： 2 ( 1 一五z )2 q ( 1 一x ) 模型5 ：模型3 和模型4 的组合 一般而言，实际交通流的到达规律比泊松分布的波动要小 动要大，是介于两者之间的状态，因而采用两者的任意组合 d = 醐1 + 跚2 式中；岱，组合系数 模型6 ：修正的韦依斯特( w 曲s t e r ) 公式 在f 交叉口与交叉口相邻进口道上的车辆平均延误 ( 2 2 5 ) 比均匀分布的波 ( 2 2 6 ) 矗_ o 9 熙+ 黑l ( 2 1 2 7 ) ” i2 ( 1 一五x )2 q ( 1 一x ) l 、 该式适用条件为戈o 6 7 。 以上各变量定义： d ，d ：，孑，或平均延误( 秒，辆) r 信号周期长度( 秒) g 有效绿灯时间( 秒) 五进日道的绿信比， = g ，r q 进口道交通蹩( 辆川、时) c 进翻道豹运行能力 1 o ( 2 2 8 ) ( 2 2 9 ) o 茗茎 掣 x o 9 0 g ( 1 一曲 “ 吾c 扛一t 一等，+ ；：i ：j ；浮。，。n u 咐8 e r n 0 n e v a r c h a r 2 t n 0 n e ，* r c h r 2 t n 0 n e ，n u m b e r n o n e n u 辩8 e r n o n 8 ，n u m 8 e 只 n o n e n u m b e r ；n 0 n e n u m 日e r n o n e n u m 日e r n 0 n e ，v 趣r c h a r 2 突孛 2 0 0 4 4 2 0 0 6 0 6 0 3 8 3 8 3 8 2 5 0 小数值弓澜哥否为至献谴偿范晷方赛范匿袁 幽4 1 电子地图数据的部分字段 鞘g 挪宅4 - ip a 牲蠡e 涟o f d 毽 钯lm a pd a t a p p p p p p v p 妒p p y p p p p p 弟凹币遭龉权重赋值方法 2 ) 获取实时的交通事故或交通管制导致道路堵塞的信息后，将交通事故所 在路段或交通管制路段的道路权重值更新为无穷大。 3 ) 交通事故影响消除后或交通管制解除后，将交通事故所在路段或交通管 制路段的道路权重值重新设置为路段长度值。 根据上文所述，在城市动态车辆导航系统中，以出行距离为道路权重的路阻 函数为： i r 睨= 上 【r 睨= 无穷大 一般情况下 堵塞状态下 式中：r 道路权重 l 路段长度 4 2 以畅通可靠度为道路权重的动态赋值方法 ( 4 1 ) 通过对国内外路网可靠度研究现状的调研和分析，确定将畅通可靠度作为路 网可靠度指标( 具体见第二章2 5 节) 。我国目前基础设施和交通检测设备尚未 完善，只有少量路段能检测到的实时交通流数据和交通事故信息的情况，但拥有 大量的历史交通流数据。选择路网可靠度作为道路权重，作为概率型指标，路网 可靠度能较正确地描述和评价路网运行的期望状态，预测道路拥挤、堵塞发生的 可能性。以路网可靠度为道路权重，能为车辆导航用户找到可靠度较高，路段发 生拥挤的可能性较小，绕行合理的最优路线。 在以畅通可靠度为道路权重的动态赋值过程中，由于在不同的交通模式下， 道路路网的畅通可靠度是不同的。因此，首先通过对历史数据进行分析以及听取 专家意见，得出北京市道路网交通流的普遍规律和划分典型模式。其次，确定北 京市路网中各类型道路和交叉口的畅通标准。再次，利用历史交通流数据，根据 城市道路网中各类型道路和交叉口的畅通标准，确定路网中路段和交叉口的畅通 可靠度：对于没有历史数据的路段和交叉口，参照同类型路段和交叉口确定其畅 通可靠度。第四，由于城市道路网中不同道路单元( 路段和交叉口) 存在堵塞相 关性，还需分析道路单元间的堵塞相关性，确定道路单元的堵塞相关组。最后， 在车辆导航系统运作时，处理和分析检测器或探测车系统采集到的实时交通流数 据，并利用所得的实时数据对路网的畅通可靠度进行实肘更新，以保证道路权重 的实时性。 以畅通可靠度为道路权重的动念赋值流程如图4 - 2 所示。 北京工业大学工学坝士学位论文 图4 2 以畅通可靠度为遴路权重的动态赋使流程图 f i g u r e4 2t h en o w c h a r to f d y n a m c a le v a l u a t i o n 4 2 1 典型交通模式的划分 路网的交通流特征普遍具有一定的规律性。不同的交通模式下，道路单元的 畅通可靠度是不同的。北京市道路网典型交通模式的划分过程详见第三章3 - 2 节， 具体典型交通模式见表3 k 4 2 2 畅通的标准 畅通是车辆在道路上运行时达到的某种状态。它包括两层含义：首先是