專利名稱：基于交通波理論的高速公路事故的交通影響范圍確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于交通信息及控制領(lǐng)域，涉及一種智能交通技術(shù)領(lǐng)域的方法，尤其是一種基于交通波理論的高速公路事故的交通影響范圍確定方法。
背景技術(shù)：
高速公路上的交通事故在給人們帶來生命財(cái)產(chǎn)損失的同時(shí)，也會(huì)引起大范圍的交通擁堵，增加車輛油耗和廢氣排放，帶來能源消耗和環(huán)境污染問題。一旦高速公路上發(fā)生交通事故，部分道路就會(huì)被占用或者封閉，從而影響道路交通的正常運(yùn)行，事故發(fā)生地點(diǎn)因此便成為交通瓶頸，道路的通行能力降低使之無法滿足交通需求，進(jìn)而導(dǎo)致交通擁堵，增加二次事故發(fā)生的可能性。如不及時(shí)有效地評(píng)估突發(fā)事件對(duì)高速公路道路交通運(yùn)營安全的影響，并讓高速公路上的駕駛員獲悉影響的時(shí)間，這種影響往往會(huì)從點(diǎn)擴(kuò)展到面，波及臨近的高速公路，進(jìn)而影響到整個(gè)路網(wǎng)的運(yùn)輸效率和營運(yùn)安全，嚴(yán)重導(dǎo)致大面積路網(wǎng)擁堵甚至癱瘓。事故影響分析是高速公路系統(tǒng)分析中的一個(gè)重要方面，它是實(shí)行有效的交通控制、事故快速處理、交通誘導(dǎo)及公路規(guī)劃等的基礎(chǔ)。對(duì)事故時(shí)空影響范圍進(jìn)行預(yù)算估計(jì)，采取有針對(duì)性的交通事故處置措施和誘導(dǎo)、控制、疏導(dǎo)等交通管制措施，并通過高速公路信息發(fā)布系統(tǒng)告知高速公路上的行駛者，能避免交通事故造成的交通擁堵現(xiàn)象進(jìn)一步惡化，有效減輕駕駛員的不舒適度，降低油耗，減小行駛時(shí)間損失，為高速公路交通設(shè)施與控制方案改善提供重要的定量依據(jù)。但是，現(xiàn)有的交通事故影響研究存在一些不足，還無法有效應(yīng)用于高速公路，主要包括幾下幾方面(1)目前對(duì)事故地點(diǎn)引發(fā)的交通影響進(jìn)行分析的研究較少，研究重點(diǎn)主要集中在對(duì)事故的特點(diǎn)、成因分析和預(yù)防對(duì)策上；( 現(xiàn)階段的事故影響范圍研究主要集中在城市道路中交叉口處的交通事故研究上。由于在高速公路上的車輛運(yùn)行速度明顯高于交叉口處的車輛，并且高速公路上的運(yùn)行成分單一，交通流特性十分明顯，所以適合交叉口處的事故影響范圍估算方法并不適合高速公路上的事故影響估算；(3)目前對(duì)高速公路交通事故的影響分析主要是確定性排隊(duì)分析方法，這種方法雖然分析簡單，使用方便，但是忽略了交通波的擴(kuò)散速度對(duì)交通流各參數(shù)的影響，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際偏差較大；(4)由于交通檢測技術(shù)的局限性，在國際上尚無直接檢測車輛停車、排隊(duì)和延誤的方法，傳統(tǒng)的檢測方法多利用視頻檢測技術(shù)對(duì)道路上交通流量、車流速度和排隊(duì)長度進(jìn)行事后處置，對(duì)道路基礎(chǔ)設(shè)施依賴性高，無法實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地利用檢測技術(shù)直接確定交通事故的時(shí)空影響范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有對(duì)高速公路事故的交通影響范圍研究中存在的不足及實(shí)際需要，提出一種基于交通波理論的高速公路事故的交通影響范圍確定方法。本發(fā)明的一種基于交通波理論的高速公路事故的交通影響范圍確定方法，包括如下步驟步驟一、確定高速公路上的交通流量和車流密度，繪制兩相鄰車道的交通流量-密度圖；步驟二、分析交通事故過程各階段的交通波，并確定各階段的交通波的速度；步驟三、根據(jù)各階段的交通波速度繪制出交通事故的時(shí)空演化圖；步驟四、確定兩股交通波相遇時(shí)的事故影響范圍、相遇時(shí)間點(diǎn)和事故影響消散的時(shí)間點(diǎn)，然后確定各時(shí)間階段交通事故的空間影響范圍、最長影響距離和最長影響時(shí)間。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與積極效果在于(1)與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所需交通參量簡單、易于獲取，對(duì)高速公路基礎(chǔ)設(shè)施條件依賴性低，避開了一般道路交通檢測手段不完善、可靠性低等缺陷，為準(zhǔn)確計(jì)算事故擁堵排隊(duì)長度提供了可靠數(shù)據(jù)；(2)該方法利用交通波理論對(duì)交通事故發(fā)生點(diǎn)上游車輛排隊(duì)的聚積和消散過程進(jìn)行分析，確定交通事故的實(shí)時(shí)空間影響范圍和最大排隊(duì)長度的計(jì)算方法，具有計(jì)算簡便，運(yùn)算速度快，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，為交通事故的時(shí)空影響范圍的確定奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)；(3)通過對(duì)高速公路上交通事故發(fā)生點(diǎn)上游車輛排隊(duì)的聚積和消散過程的分析， 對(duì)高速公路上事故的時(shí)空影響范圍進(jìn)行了快速、準(zhǔn)確地估算，為事故的安全態(tài)勢分析和應(yīng)急處置策略提供有效依據(jù)，為高速公路的交通控制提供了可靠信息材料。


圖1為本發(fā)明的事故交通影響范圍確定方法的整體流程圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的交通流量-密度圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例中交通事故發(fā)生初期的產(chǎn)生的交通波的示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中l(wèi)ane 1被清理后的初期產(chǎn)生的交通波示意圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中l(wèi)ane 1被清理后的后期產(chǎn)生的交通波示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例中兩車道清理完畢后的初期產(chǎn)生的交通波示意圖；圖7為本發(fā)明實(shí)施例中兩車道清理完畢后的后期產(chǎn)生的交通波示意圖；圖8為本發(fā)明實(shí)施例在交通流量-密度圖中事故發(fā)生到影響消除各階段交通波示意圖；圖9為本發(fā)明實(shí)施例的交通事故時(shí)空演化圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。如圖1所示，一種基于交通波理論的高速公路交通事故的交通影響范圍確定方法，包括如下步驟第一步確定高速公路上的交通流量和車流密度。根據(jù)高速公路設(shè)計(jì)資料，確定高速公路的通行能力、擁擠密度等固定交通參量。利用高速公路道路上布設(shè)的固定交通信息檢測器例如地感線圈檢測器，檢測高速公路上車輛經(jīng)過時(shí)線圈檢測器磁場變化，檢測器據(jù)此計(jì)算出交通流量、車輛速度、車輛時(shí)間占有率和長度等交通參數(shù)，獲取道路交通信息，對(duì)所獲取交通信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除散點(diǎn)后，計(jì)算出高速公路上不同交通狀況下的交通流量和車流密度，得出正常交通狀況下各車道上的交通流量-密度圖。具體包括如下步驟
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(1)獲取道路交通信息根據(jù)高速公路設(shè)計(jì)資料，確定高速公路的最大通行能力qmax、允許的最大行駛速度 Vmax、擁擠情況下的車流密度等。采用地感線圈檢測器獲取道路交通信息。設(shè)從事故發(fā)生地點(diǎn)上游L范圍內(nèi)沒有出口和進(jìn)口，并且認(rèn)為L足夠長，車隊(duì)沒有延伸過這一路段，還設(shè)停車線下游的交通流順暢， 沒有阻塞現(xiàn)象。上游車道的交通流量穩(wěn)定，恒為一定值I。在高速公路上每隔距離S安置檢測器，根據(jù)檢測器所檢測的數(shù)據(jù)，計(jì)算獲得如下數(shù)據(jù)道路交通流量、車輛速度、車輛時(shí)間占有率和長度等。對(duì)同一路段進(jìn)行多時(shí)段的反復(fù)多次數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算當(dāng)前道路上的交通流量和車流密度，并記錄發(fā)生交通事故、天氣不良、道路施工等不良交通環(huán)境下的交通事件。(2)處理數(shù)據(jù)，繪制圖形剔除發(fā)生交通事故或者災(zāi)害性天氣等不良交通環(huán)境下路段上交通流量和車輛密度數(shù)據(jù)。選取兩相鄰車道作為研究對(duì)象，計(jì)算出無交通事件發(fā)生情況下的平均交通流量和相應(yīng)的車輛密度，并繪制交通流量-密度圖，如圖2所示。圖2為本發(fā)明實(shí)施例中某段高速公路的交通流量-密度圖。橫坐標(biāo)表示車輛密度， 縱坐標(biāo)表示交通流量?！產(chǎn)x、‘a(chǎn)x分別表示單條車道和兩條車道的最大交通流量，K、<分別表示單條車道和兩條車道在最大通行能力時(shí)的車流密度，、^jm分別表示單條車道和兩條車道的擁擠車流密度。第二步分析交通事故過程各階段的交通波，并確定各階段的交通波的速度。本發(fā)明運(yùn)用交通波理論，分析從事故開始到事故影響消除過程中交通波的積聚和消散過程，并計(jì)算各階段的交通波速度。交通波理論是交通研究中進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)、仿真和決策的重要手段，它描述了同向運(yùn)動(dòng)不同狀態(tài)的兩股交通流相遇時(shí)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移過程，當(dāng)?shù)缆方煌ㄒ驗(yàn)榻煌顩r的改變而發(fā)生車輛密度的變化時(shí)，不同狀態(tài)的交通流如ki; ν與q2，k2，V2，相遇并產(chǎn)生傳播速度為Uw =(Q2-Q1)/(^-^)的交通波，進(jìn)而定量分析車流的積聚和消散過程。其中，1、％分別表示兩股交通流的交通流量，I^lc2分別表示兩股交通流的車輛密度，Vl、V2分別表示兩股交通流的速度。下面給出一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行具體說明。本發(fā)明實(shí)施例，在tA時(shí)刻時(shí)，高速公路某橫斷面處發(fā)生一起交通事故，事故發(fā)生后將該方向上的所有交通即刻封鎖并進(jìn)行事故處理；在時(shí)間、時(shí)刻，一條車道完成清理工作， 該車道上的車輛恢復(fù)行駛；在時(shí)間t。時(shí)刻，另外一條車道也清理完畢，道路全面通車，所有車輛恢復(fù)正常行駛。(1)首先用交通波理論分析自事故發(fā)生到事故影響消散的過程中各階段的交通流量及車輛密度變化。可將交通波傳播過程分為以下幾個(gè)階段1)當(dāng)t = tA時(shí)，在高速公路某橫斷面上發(fā)生交通事故，該方向上的所有交通即時(shí)被封鎖，交通狀況如圖3所示，發(fā)生事故前后的交通狀況分別為自由流狀況下的交通流Ql， Ic1和道路阻塞狀況下的交通流q2，k2相遇，并產(chǎn)生波速為W21的交通波。幻當(dāng)t =、時(shí)，第一條車道lane 1被清理，部分車輛恢復(fù)行駛，第一條車道被清
7理后事故地點(diǎn)的交通流q3，k3與阻塞狀況下的交通流q2，k2相遇產(chǎn)生波速為W32的交通波。 第一條車道恢復(fù)初期，道路上有兩股交通波，波速分別為W21和W32，如圖4所示，此狀態(tài)持續(xù)到波速為W21和W32的兩股交通波相遇時(shí)刻為止。3)第一條車道交通恢復(fù)后期，即從波速為W21和W32的兩股交通波相遇時(shí)刻開始到兩車道清理前的時(shí)間，波速為W21和W32的兩股交通波相遇，產(chǎn)生波速為W31的交通波，如圖5 所示。4)當(dāng)t = tc時(shí)，全部道路清理完畢，兩車道lane 1和lane 2均被清理后的交通流q4，k4遇第一條車道被清理后的交通流q3，k3，產(chǎn)生波速為W43的交通波。初期階段，道路上有波速為W31和W43的兩股交通波，此狀態(tài)持續(xù)到波速為W43和W31的兩股交通波相遇時(shí)刻為止，如圖6所示。5)從波速為W31和W43的兩股兩波相遇時(shí)刻開始到交通恢復(fù)正常為止。交通波W31 和W43相遇產(chǎn)生波速為W41的交通波。如圖7所示，道路上僅有波速為W41的交通波，波速為 W41的交通波完成后，交通恢復(fù)正常。(2)計(jì)算交通波速度根據(jù)檢測器記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)及事故發(fā)生時(shí)間tA、第一條車道清理時(shí)間tB、第二條車道清理時(shí)間、等，在交通流量-密度圖中找出各交通狀態(tài)下的交通流量Cii和車輛密度Ici 事故前自由流狀態(tài)下事故發(fā)生地的交通流量和交通密度分別為q” h ；事故發(fā)生后事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別為q2，k2 ；第一條車道lane 1被清理后事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別為q3，k3 ；兩條車道均被清理后事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別為q4， k4。進(jìn)而計(jì)算出上述分析中各階段的交通波速度Wu。計(jì)算公式為Wlj =
A · /Vy
J ‘( , 10和( ，kj)分別為、和、時(shí)刻的交通狀態(tài)。本實(shí)施例在交通流量-—密度圖中事故發(fā)生到影響消除各階段交通波示意圖如圖8所示。圖8中橫坐標(biāo)表示車輛密度，縱坐標(biāo)表示交通流量。點(diǎn)1表示交通事故發(fā)生時(shí)刻的交通狀態(tài)，點(diǎn)2表示交通事故發(fā)生時(shí)刻后道路交通全部中斷的交通狀態(tài)，點(diǎn)3表示第一條道路清理后的交通狀態(tài)，點(diǎn)4表示全部道路清理后的交通狀態(tài)，兩點(diǎn)連線的斜率表示交通波的傳播速度。第三步繪制交通事故時(shí)空演化圖，具體方法是作時(shí)間-距離圖，以事故發(fā)生點(diǎn)A為起始點(diǎn)，各時(shí)間段中的交通波速度Wu為線段斜率，結(jié)合事故發(fā)生時(shí)間、第一車道清理完成時(shí)間、第二車道清理完成時(shí)間，繪制事故發(fā)生到事故影響消散過程中車隊(duì)隊(duì)尾的時(shí)間-距離圖，即為交通事故時(shí)空演化圖，如圖9所示。根據(jù)交通波的傳播特性，可以通過圖9所示的交通事故時(shí)空演化圖描述事故發(fā)生后的車輛排隊(duì)過程。事故發(fā)生在tA時(shí)刻，距離為L的橫斷面上，兩條車道全部封堵，產(chǎn)生波速為W21的交通波；在、時(shí)刻，其中一條道路清理，產(chǎn)生波速為W32的交通波，并在tD時(shí)刻與波速為W21的交通波相遇，形成新的波速為W31的交通波；在t。時(shí)刻，兩條車道全部清理，產(chǎn)生波速為W43的交通波；在、時(shí)刻波速為W43的交通波與波速為W31的交通波相遇，形成新的波速為W41的交通波；在tF時(shí)刻，事故的影響全部消除，交通恢復(fù)正常。
第四步確定交通事故各階段時(shí)空影響范圍。根據(jù)繪制的交通事故的時(shí)空演化圖，建立兩車道的事故交通影響范圍確定模型， 通過計(jì)算兩股交通波相遇時(shí)的事故影響范圍和相遇時(shí)間點(diǎn)，利用解析幾何方法，進(jìn)而計(jì)算各時(shí)段事故的時(shí)間影響范圍和空間影響范圍。具體包括如下步驟(1)確定兩股交通波相遇時(shí)的事故影響范圍LDe、LEH
權(quán)利要求
1.一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟步驟一、確定高速公路上的交通流量和車流密度，繪制兩相鄰車道的交通流量-密度圖；步驟二、分析交通事故過程各階段的交通波，并確定各階段的交通波的速度； 步驟三、根據(jù)各階段的交通波速度繪制出交通事故的時(shí)空演化圖； 步驟四、確定兩股交通波相遇時(shí)的事故影響范圍、相遇時(shí)間點(diǎn)和事故影響消散的時(shí)間點(diǎn)，然后確定各時(shí)間階段交通事故的空間影響范圍、最長影響距離和最長影響時(shí)間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法， 其特征在于，所述的步驟一具體包括步驟1. 1 獲取道路交通信息根據(jù)高速公路設(shè)計(jì)資料，確定高速公路的固定交通參量，主要包括最大通行能力、允許的最大行駛速度和擁擠情況下的車流密度；在高速公路上每隔距離S安置檢測器，利用檢測器對(duì)同一路段進(jìn)行多時(shí)段的數(shù)據(jù)采集，根據(jù)每次采集的數(shù)據(jù)獲取該路段的車輛流量和車輛速度，并記錄發(fā)生在不良交通環(huán)境下的交通事件；步驟1. 2 統(tǒng)計(jì)不良交通環(huán)境下該路段的車輛流量和車輛密度數(shù)據(jù)，在步驟1. 1中獲取的數(shù)據(jù)中剔除不良交通環(huán)境下的數(shù)據(jù)，然后選取兩相鄰車道作為研究對(duì)象，計(jì)算出無交通事件發(fā)生情況下的平均車輛流量和相應(yīng)的車輛密度，并繪制出兩相鄰車道的交通流量-密度圖。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法， 其特征在于，所述的步驟二具體包括步驟2. 1 用交通波理論分析自事故發(fā)生到事故影響消散的過程中各階段的車輛流量及車輛密度變化，具體各階段為1)tA時(shí)刻，在高速公路某橫斷面上發(fā)生交通事故，該方向上的所有交通即時(shí)被封鎖，發(fā)生事故前的自由流狀況下的交通流和發(fā)生事故后的道路交通全部阻塞狀況下的交通流相遇，產(chǎn)生波速為W21的交通波；2)tB時(shí)刻，第一條車道被清理，部分車輛恢復(fù)行駛，恢復(fù)初期，第一條車道被清理后事故地點(diǎn)的交通流與道路交通全部阻塞狀況下的交通流相遇產(chǎn)生波速為W32的交通波，此時(shí)道路上存在波速分別為W21和W32的兩股交通波；3)在波速分別為W21和W32的兩股交通波相遇時(shí)刻開始，道路上僅有波速為W31的交通波；4)tc時(shí)刻，兩條車道都清理完畢，兩車道均被清理后的交通流與第一條車道被清理后的交通流相遇，產(chǎn)生波速為W43的交通波，此時(shí)道路上有波速為W31和W43的兩股交通波；5)在波速為W31和W43的兩股交通波相遇時(shí)刻開始，道路上僅有波速為W41的交通波，在波速為W41的交通波完成后，交通恢復(fù)正常；步驟2. 2 在交通流量-密度圖中找出各交通狀態(tài)下的交通流量Qi和車輛密度ki;然后根據(jù)下式確定各階段的交通波的速度Wij Wv^⑴K ■ _ /T -J ‘其中，發(fā)生交通事故前的自由流狀態(tài)下的事故發(fā)生地的交通流量和交通密度分別為Q1, h ；交通事故發(fā)生后的道路交通全部阻塞狀況下的事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別為(12，1 ；第一條車道被清理后的事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別*q3，k3 ；兩車道均被清理后的事故地點(diǎn)的交通流量和交通密度分別為q4，k4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法，其特征在于，步驟三中所述的交通事故的時(shí)空演化圖具體通過下面方法得到以事故發(fā)生點(diǎn)A為起始點(diǎn)，各時(shí)間段中的交通波速度化彳為線段斜率，結(jié)合事故發(fā)生時(shí)間、第一車道清理完成時(shí)間、第二車道清理完成時(shí)間，繪制事故發(fā)生到事故影響消散過程中車隊(duì)隊(duì)尾的時(shí)間-距離圖，所得到的時(shí)間-距離圖就是該交通事故的時(shí)空演化圖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法， 其特征在于，所述的步驟四具體包括(1)確定兩股交通波相遇時(shí)的事故影響范圍LdpL:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于交通波理論的高速公路事故影響范圍的確定方法，用于在無出入口匝道的高速公路上發(fā)生交通事故后，確定交通事故的時(shí)空影響范圍。本發(fā)明方法首先確定高速公路在不同交通狀況下的車流量和車流密度，繪制高速公路流量一密度圖，然后運(yùn)用交通波理論，分析從事故開始到事故影響消除過程中交通波的聚積和消散過程，計(jì)算各階段的交通波速度，繪制交通事故時(shí)空演化圖，最后確定事故在各階段的影響時(shí)間范圍和空間范圍。本發(fā)明方法簡便、穩(wěn)定性好、可靠性高，可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確預(yù)測交通事故影響范圍，向高速公路管理部門提供穩(wěn)定、及時(shí)、可靠的交通事故信息，從而提高交通事故快速處置措施的實(shí)施效率。
文檔編號(hào)G08G1/00GK102419905SQ20111023129
公開日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年8月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月12日
發(fā)明者余貴珍, 劉玉敏, 王云鵬, 田大新, 魯光泉 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)