摘要：文章以升降式限高架为技术支撑，以其获取的入口匝道流量、速度等信息为基础，经数据预处理，采用聚类分析的方法分别以多车道单方向平均速度、流量为参数进行空间热点评估，进而融合比对实现对高架桥拥堵空间热点的自动提取，提高匝道拥堵点位提取的精度和可靠性的基于升降式限高架的高架桥拥堵空间热点自动提取方法。
关键词：高架桥；拥堵；空间热点；聚类
1 背景
随着城市路网的不断发展完善，越来越凸显了高架桥的重要性，与此同时，大中城市建立了完善的高架桥体系缓解平面的交通负荷，将交通流进行空间隔离。但是高架桥的兴起和广泛应用是近些年的事情，目前主要集中在硬件基础设施的建设，对高架桥的智能化管理，运行评估都缺少科学可靠的方法。
升降式限高架是刚出现的新型高架桥智能化限高管理的一种设施，也是目前高架桥系统中功能最齐全的设施，它集控制总成、诱导、视频、电子警察等设备于一体，主要为高架上行匝道和立交按照实际管理需求，提供限高控制，以保证高架桥的正常使用。与此同时，升降式限高架可以获取每个高架桥的入口匝道的交通流信息，通过对这些信息分析处理可以挖掘出，整个高架桥系统的入口匝道运行状态及各个分段高架桥的负荷情况，进而为实现高架桥的管理、交通组织提供基础。目前，没有出现基于升降式限高架的高架桥拥堵空间热点自动提取的方法，由于对空间热点的精准估计，在现实的交通管理中，管理者很难集中人力和物力有针对性去解决存在严重拥堵问题的入口匝道。
本文提供一种以升降式限高架为技术支撑，以其获取的入口匝道流量、速度等信息为基础，经处理分析进而实现对高架桥拥堵空间热点的自动提取，提高匝道拥堵点位提取的精度和可靠性的基于升降式限高架的高架桥拥堵空间热点自动提取方法。
2 总体流程
一种基于升降式限高架的高架桥拥堵空间热点自动提取方法，流程如图1所示。
图1 流程图
该方法步骤包括：
（1）获取升降式限高架的设备数据，该数据包括入口匝道编号、入口匝道速度数据和入口匝道流量数据；
（2）根据入口匝道速度数据和入口匝道流量数据，计算一个采集周期内各个入口匝道的多车道单方向平均速度和多车道单方向总流量，并将二者与二者所对应的入口匝道共同作为样本集合，记为 ，其中， 是第i个入口匝道的编号； 是第i个入口匝道的多车道单方向平均速度； 是第i个入口匝道的多车道单方向总流量；
（3）对样本集合进行预处理，剔除样本集合内的异常值；
（4）以多车道单方向平均速度为参数进行空间热点评估；
（5）以多车道单方向总流量为参数进行空间热点评估；
（6）将第四步的热点评估结果与第五步的热点评估结果进行融合，自动提取高架桥拥堵空间热点。
3数据获取和预处理
通过解析协议，将高架桥系统内所有匝道口升降式限高架的数据接入、回传到后台服务器，所述升降式限高架的设备数据包括设备编号、所处位置编号、匝道名称、入口匝道编号、入口匝道速度数据和入口匝道流量数据。所述一个采集周期的范围为10分钟～15分钟，多车道单方向平均速度是将各车道的单方向速度求平均得到，多车道单方向总流量是将各个车道的单方向流量求和得到。
样本集合进行预处理是指，设置速度阈值区间 ，设置流量阈值区间 ，判断样本集合中的 是否在速度阈值区间 内，判断样本集合中的 是否在流量阈值区间 内，若二者的判断结果均为是，则保留该样本数据，否则，剔除该样本数据；所述 是该入口匝道单车道的理论最大服务交通量，其计算公式如下：
=2100×入口匝道所包含的车道个数
其中，2100是入口匝道单车道的最大服务交通量，其单位为pcu/（h*ln）。
4空间热点评估
4.1以多车道单方向平均速度为参数进行空间热点评估
将样本集合内所有的多车道单方向平均速度值作为数据源进行数据分类，将其分为拥堵、缓行、畅通三个级别，然后将多车道单方向平均速度值归于拥堵的所对应的入口匝道集合记为 。流程如下图
拥堵、缓行、畅通三个类别，具体步骤如下：
a）初始化随机生成3个聚类中心；
b）把每个速度数据点分配到离其距离最近的聚类中心所在的簇内；
c）当所有速度数据点均已分配完毕，计算目标函数是否最优化，也就是所有的速度数据点到其所对应的聚类中心距离度量最小；
d）重复3a）至3c），直至3个聚类中心位置固定；
e）取3个聚类中心中速度值最小的聚类中心所在的一类作为速度拥堵类；
（4）输出速度拥堵类所对应的拥堵的入口匝道集合 。
4.2以多车道单方向总流量为参数进行空间热点评估
将样本集合内所有的多车道单方向总流量值作为数据源进行数据分类，将其分为拥堵、缓行、畅通三个级别，然后将多车道单方向总流量值归于拥堵的所对应的入口匝道集合记为 ，具体步骤如下：
a）初始化随机生成3个聚类中心；
b）把每个流量数据点分配到离其距离最近的聚类中心所在的簇内；
c）当所有流量数据点均已分配完毕，计算目标函数是否最优化，也就是所有的流量数据点到其所对应的聚类中心距离度量最小；
d）重复a）至c），直至3个聚类中心位置固定；
e）取3个聚类中心中流量值最大的聚类中心所在的一类作为流量拥堵类；
（4）输出流量拥堵类所对应的拥堵的入口匝道集合 。
4.2高架桥拥堵空间热点判别
5 结论
在现实的交通管理中，管理者很难集中人力和物力有针对性去解决存在严重拥堵问题的入口匝道，本发明能够提取某个城市或者某个区域拥堵集中的高架桥入口匝道的点位，通过对这些拥堵的空间热点形成原因分析，可以提出很好的缓解拥堵的效果，这些热点的交通拥堵问题缓解了，整个城市的交通拥堵也会相对的降低。本论文的研究对象是整个高架桥系统内所有的入口匝道，通过分析处理，可以得到在高架桥系统中拥堵比较集中的入口匝道，因此在选择时间周期的时候综合考虑高架桥系统管理的需求。
综上所述，通过升降式限高架前端的流量数据回传到服务器，通过对每个入口匝道的流量和速度的历史数据分析可以得到拥堵比较集中的匝道点位。本方法综合利用速度和流量这两类数据，提高匝道拥堵点位提取的精度和可靠性，为高架桥的拥堵管理有的放矢提供了可靠的解决方法
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论文作者:邹娇
论文发表刊物:《基层建设》2019年第20期
论文发表时间:2019/10/9
标签：匝道论文; 高架桥论文; 热点论文; 入口论文; 车道论文; 流量论文; 速度论文; 《基层建设》2019年第20期论文;