王琳，徐華兵 （安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088）

1 概述

智能交通系統(tǒng)（Intelligent Trans?portation System，ITS）主要由交通信息采集[1]、信息交換共享、交通管理發(fā)布等環(huán)節(jié)組成[2]。其中，交通檢測(cè)器作為交通信息采集的重要組成部件，決定了整個(gè)交通管理系統(tǒng)的工作性能[3]。

目前，常用的交通檢測(cè)器有視頻、微波和地磁等[4]，每種檢測(cè)器的檢測(cè)性能不盡相同。本研究以合肥市若干個(gè)試驗(yàn)路口為對(duì)象，通過(guò)試驗(yàn)采集同一場(chǎng)景不同環(huán)境下檢測(cè)器測(cè)得的交通流參數(shù)，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，計(jì)算出檢測(cè)誤差及其變化情況，分析得到不同環(huán)境下交通流檢測(cè)器的準(zhǔn)確度。

2 項(xiàng)目測(cè)算定義

2.1 測(cè)算時(shí)段

高峰：根據(jù)某幾天的交通量變化，選取交通量最多的兩個(gè)時(shí)段定為高峰，即上午7:00～9:00，下午17:00～19:00。平峰：除高峰以外的時(shí)段均定義為平峰。

2.2 測(cè)算地點(diǎn)及環(huán)境

測(cè)算點(diǎn)位為試驗(yàn)路口中選取，選擇檢測(cè)設(shè)備齊全（可進(jìn)行微波、視頻、地磁檢測(cè)器測(cè)算）的檢測(cè)道口，車流情況典型，能滿足本項(xiàng)目測(cè)算要求。

2.3 測(cè)算設(shè)備

采用視頻檢測(cè)器，最多可檢測(cè)3條車道，最大檢測(cè)長(zhǎng)度為120m。采用微波檢測(cè)器，檢測(cè)雙向6車道，最大檢測(cè)長(zhǎng)度160m，可按試驗(yàn)要求提供車流量、平均速度、85%位車速及占有率等交通數(shù)據(jù)，并支持?jǐn)?shù)據(jù)的輸出。安裝方式是與電子警察桿件共桿。

由于地磁檢測(cè)器只輸出車流量數(shù)據(jù)，故地磁檢測(cè)器部分只做交通流量的準(zhǔn)確度分析。地磁檢測(cè)器的安裝位于車道區(qū)域人行橫道前方距離停車線5m和40m處。

3 項(xiàng)目測(cè)算方案

參考國(guó)標(biāo)中視頻、微波、線圈檢測(cè)器的測(cè)算方案，結(jié)合實(shí)際道路的環(huán)境約束、檢測(cè)對(duì)象和天氣環(huán)境要求，對(duì)微波、視頻、地磁檢測(cè)器的準(zhǔn)確度測(cè)算方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。采用Minitab測(cè)量系統(tǒng)分析檢測(cè)設(shè)備是否可用[5]，估計(jì)相對(duì)誤差的均值區(qū)間求得準(zhǔn)確度的置信區(qū)間。

3.1 Minitab分析檢測(cè)系統(tǒng)的可用性

3.1.1 測(cè)量系統(tǒng)分析概述

測(cè)量系統(tǒng)作用是對(duì)測(cè)量單元進(jìn)行量化或?qū)Ρ粶y(cè)的特性進(jìn)行評(píng)估。通常采用偏倚、線性、穩(wěn)定性、重復(fù)性、再現(xiàn)性五個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)特性。

本文的測(cè)量系統(tǒng)是將微波、地磁以及視頻檢測(cè)的測(cè)試值與標(biāo)準(zhǔn)值（人工測(cè)量值）進(jìn)行比對(duì)，采用Minitab中的線性與偏倚研究分析工具進(jìn)行分析。

3.1.2 測(cè)量系統(tǒng)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

量具的可接受準(zhǔn)則：誤差＜10%，系統(tǒng)可以接受；誤差10%～30%，臨界狀況，應(yīng)根據(jù)應(yīng)用的重要性等，確定是否可以接受；誤差＞30%，系統(tǒng)需要改進(jìn)；區(qū)別分類數(shù)≥5，系統(tǒng)可接受。

3.2 誤差分析及檢測(cè)準(zhǔn)確度

需要統(tǒng)計(jì)計(jì)算流量、車速、時(shí)間占有率的誤差均值。由于每次檢測(cè)值的誤差是獨(dú)立的，因此將每次的誤差檢測(cè)看成隨機(jī)抽樣。為使估計(jì)誤差均值更貼近總體均值，本文中樣本量均＞50。

3.2.1 誤差的評(píng)價(jià)指標(biāo)

①絕對(duì)誤差

②相對(duì)誤差

③絕對(duì)誤差絕對(duì)值均值評(píng)價(jià)指標(biāo)

④相對(duì)誤差均值評(píng)價(jià)指標(biāo)

⑤準(zhǔn)確度評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.2.2 檢測(cè)的準(zhǔn)確度分析

為客觀分析比較檢測(cè)器的檢測(cè)誤差，需要求車流量、車速、時(shí)間占有率檢測(cè)值的絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、相對(duì)誤差均值、絕對(duì)誤差絕對(duì)值均值、準(zhǔn)確度等指標(biāo)。

4 數(shù)據(jù)采集與分析

4.1 檢測(cè)數(shù)據(jù)的獲取

4.1.1 車流量的獲取

使用檢測(cè)器采集同一行駛方向整個(gè)斷面的交通流數(shù)據(jù)；每個(gè)場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)1h內(nèi)同一行駛方向整個(gè)斷面的車流量，統(tǒng)計(jì)間隔為5min。

4.1.2 平均速度的獲取

選定檢測(cè)斷面中的某一車道作為檢測(cè)對(duì)象，獲取視頻檢測(cè)設(shè)備在該車道斷面檢測(cè)得到的平均速度，每個(gè)場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)1h內(nèi)該車道斷面的平均速度，統(tǒng)計(jì)間隔1min。

4.1.3 時(shí)間占有率的獲取

選定檢測(cè)斷面中的某一車道作為檢測(cè)對(duì)象，獲取微波檢測(cè)設(shè)備在該車道斷面檢測(cè)得到的占有率，每個(gè)場(chǎng)景統(tǒng)計(jì)1小時(shí)內(nèi)該車道斷面的占有率，統(tǒng)計(jì)間隔1分鐘。

4.2 測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)值的獲取

采用人工對(duì)視頻進(jìn)行逐幀分析，對(duì)機(jī)動(dòng)車進(jìn)行檢測(cè)，獲取其交通流參數(shù)。

4.2.1 車流量

在視頻中標(biāo)記出被測(cè)檢測(cè)器的檢測(cè)區(qū)域，通過(guò)人工觀察的方式，統(tǒng)計(jì)測(cè)算時(shí)段內(nèi)，通過(guò)檢測(cè)區(qū)域的車輛數(shù)，作為車流量標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2.2 平均速度

通過(guò)數(shù)值計(jì)算獲得車輛的瞬時(shí)速度△y/(t1-t0)，并以此為基礎(chǔ)得到統(tǒng)計(jì)測(cè)算時(shí)段內(nèi)檢測(cè)區(qū)域的平均速度，作為平均速度標(biāo)準(zhǔn)值。

4.2.3 占有率

車輛占有的時(shí)間T占=∑(t1-t0)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)測(cè)算時(shí)間得到檢測(cè)區(qū)域的占有率，作為占有率標(biāo)準(zhǔn)值。

4.3 數(shù)據(jù)處理與分析

通過(guò)比較不同環(huán)境影響下檢測(cè)器測(cè)得的交通流參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值之間的誤差及其變化情況，實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境影響下微波、視頻、地磁檢測(cè)器的準(zhǔn)確度比較，本項(xiàng)目獲取的場(chǎng)景分別為晴天、陰天、雨天，均為工作日，如表1所示。

本研究選取2021年6月16日，晴天平峰（10：30～11：23）時(shí)段檢測(cè)器檢測(cè)的車流量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析。

4.3.1 Minitab分析車流量檢測(cè)誤差

將檢測(cè)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)值均重復(fù)輸入一次，作為二次檢測(cè)。得到視頻檢測(cè)的量具（方差分析）報(bào)告如圖1所示。

由圖1可知量具產(chǎn)生的變異較大，重復(fù)性產(chǎn)生的變異貢獻(xiàn)率為0，再現(xiàn)性的變異貢獻(xiàn)率占比也較大，從流量×部件號(hào)圖，看出檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值有些點(diǎn)很接近，有些點(diǎn)差異大，由于兩次檢測(cè)值為同一值，所以樣本極差為0，從流量×人員，即均值的箱型圖看，人員1與人員2的均值基本相等，即標(biāo)準(zhǔn)值的均值檢測(cè)值均值基本相等。

圖1 車流量微波檢測(cè)方差報(bào)告圖

數(shù)據(jù)場(chǎng)景匯總表 表1

在不同環(huán)境下準(zhǔn)確度最高的檢測(cè)器類型 表2

相同環(huán)境下三種檢測(cè)器準(zhǔn)確度最高的檢測(cè)器類型 表3

4.3.2 車流量相對(duì)誤差均值及準(zhǔn)確度

由圖2可知，絕對(duì)誤差值在-10～10之間，絕對(duì)誤差的絕對(duì)值均值為5；相對(duì)誤差在5%～40%之間散布，相對(duì)誤差較小，流量檢測(cè)的相對(duì)誤差均值為μ=15.26%，方差為δ2=0.0127，標(biāo)準(zhǔn)差為S=0.1127。即準(zhǔn)確度為84.74%。同理計(jì)算出速度、占用率的準(zhǔn)確度；微波、地磁檢測(cè)器計(jì)算方法同上。

圖2 絕對(duì)誤差點(diǎn)圖（左）&相對(duì)誤差點(diǎn)圖（右）

4.4 數(shù)據(jù)處理結(jié)果總結(jié)

4.4.1 不同檢測(cè)器的處理結(jié)果總結(jié)

①視頻檢測(cè)的車流量均值總體大于標(biāo)準(zhǔn)值，而雨天的檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致；車速檢測(cè)值在速度值較大的時(shí)候與標(biāo)準(zhǔn)值接近，檢測(cè)效果較好，而在速度較小時(shí)，相對(duì)誤差隨速度的增大而減??；時(shí)間占有率檢測(cè)值總體大于標(biāo)準(zhǔn)值，當(dāng)時(shí)間占有率較大時(shí)，相對(duì)誤差隨占有率的增大而減小。同理，得出微波檢測(cè)器的結(jié)果。

②地磁檢測(cè)器的車流量檢測(cè)值與標(biāo)準(zhǔn)值有差異，標(biāo)準(zhǔn)值大于檢測(cè)值，存在漏檢情況。

4.4.2 不同環(huán)境下檢測(cè)器檢測(cè)準(zhǔn)確度總結(jié)

三種檢測(cè)器處于不同的外界環(huán)境條件下準(zhǔn)確度如表2所示。

另外，根據(jù)本項(xiàng)目所獲得的不同場(chǎng)景數(shù)據(jù)，在相同環(huán)境、相同時(shí)段下，將工作日與雙休日進(jìn)行對(duì)比，分析三種檢測(cè)在工作日和雙休日中的準(zhǔn)確度如表3所示。

環(huán)境為晴天：工作日時(shí)，微波檢測(cè)器檢測(cè)車流量和時(shí)間占有率的準(zhǔn)確度最高；雙休日時(shí)，視頻檢測(cè)器檢測(cè)車流量和時(shí)間占有率的準(zhǔn)確度最高；視頻檢測(cè)器檢測(cè)平均速度無(wú)論是在工作日還是在雙休日均最高。

5 結(jié)論

①環(huán)境為陰天：視頻檢測(cè)器檢測(cè)車流量、平均速度、車道占有率的準(zhǔn)確度均最高。

②環(huán)境為晴天：微波檢測(cè)器對(duì)車流量檢測(cè)精度最高；視頻檢測(cè)器對(duì)平均速度檢測(cè)精度最高；平峰時(shí)，視頻檢測(cè)器對(duì)時(shí)間占有率檢測(cè)精度最高；高峰時(shí)，微波檢測(cè)器對(duì)時(shí)間占有率檢測(cè)精度最高。

③環(huán)境為雨天：視頻檢測(cè)器對(duì)車流量和平均速度檢測(cè)精度最高；微波檢測(cè)器對(duì)時(shí)間占有率檢測(cè)精度最高。

當(dāng)然，檢測(cè)器的準(zhǔn)確度還受其他環(huán)境因素的影響，本研究根據(jù)不同檢測(cè)器在不同環(huán)境下的檢測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性分析方法研究，可為不同場(chǎng)景檢測(cè)器安裝選型及數(shù)據(jù)分析應(yīng)用提供參考。