吳 磊,朱文佳,秦忱忱

(安徽百誠慧通科技有限公司,安徽 合肥 230088)

1 路徑識別的基本思路

通過獲取某一天所有電子警察識別車輛的過車數(shù)據(jù),并按車牌進(jìn)行分類和處理后,結(jié)合路網(wǎng)信息分析得出某輛車的相鄰檢測點(diǎn)位不能直接相連的情況,提取相鄰檢測點(diǎn)之間所有可能的有效路徑。其中通過在路徑選擇中設(shè)定路網(wǎng)層級數(shù)Q,確定有效路徑集的規(guī)模。即將相鄰檢測點(diǎn)下游檢測點(diǎn)根據(jù)路網(wǎng)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)信息串聯(lián)其上游多個(gè)節(jié)點(diǎn)路徑,同時(shí)將相鄰檢測點(diǎn)上游檢測點(diǎn)根據(jù)路網(wǎng)關(guān)聯(lián)節(jié)點(diǎn)信息串聯(lián)其下游多個(gè)節(jié)點(diǎn)路徑,最后,將有共同節(jié)點(diǎn)的路徑信息合并為一條完整的交通路徑[1-3]。

基于車輛在不同路段上的行駛時(shí)段及路段長度,確定同時(shí)段互聯(lián)網(wǎng)平臺在不同路段的平均速度等數(shù)據(jù)信息,從而確定不同路徑每個(gè)路段的旅行時(shí)間,最后確定不同路徑的旅行時(shí)間。由于不同時(shí)段的平均車速都會(huì)存在差異,因此,通過多次迭代的方式,使得不同路徑的旅行時(shí)間接近真實(shí)值。雖然迭代次數(shù)越多精度越高,但計(jì)算量也越大,同時(shí)迭代達(dá)到一定次數(shù),精度的提高就不再明顯,因此需要選擇合適的迭代次數(shù)。通過將不同路徑旅行時(shí)間多次迭代計(jì)算后與相鄰檢測點(diǎn)時(shí)間差值進(jìn)行對比,確定相連檢測點(diǎn)間車輛最優(yōu)行駛路徑集[4-7]。

根據(jù)相鄰檢測點(diǎn)間產(chǎn)生的最優(yōu)行駛路徑集,采用綜合評分法[8]確定最優(yōu)的行駛路徑。首先分析基于駕駛習(xí)慣進(jìn)行路徑選擇的路徑信息影響因素,并對這些因素展開歸一化[9-10]處理,同時(shí)不同地區(qū)的駕駛習(xí)慣不同,因此通過問卷調(diào)查獲取不同因素權(quán)重,獲得不同路徑中各因素的評分值并對其進(jìn)行綜合權(quán)重計(jì)算,得出最優(yōu)路徑,集中各個(gè)路徑的綜合評分情況,以最高值確定相鄰檢測點(diǎn)間最大可能路徑。具體實(shí)現(xiàn)流程如圖1所示。

圖1 實(shí)現(xiàn)路徑流程示意圖

2 路徑識別的具體方法

依據(jù)上述的路徑識別的基本思路,具體實(shí)現(xiàn)的方法是基于路網(wǎng)以及過車信息,分析獲取基于旅行時(shí)間的最優(yōu)路徑集,然后分析基于駕駛習(xí)慣的路徑選擇影響因素,并進(jìn)行歸一化處理,最后采用綜合評分法得出可能性最大的出行路徑。

2.1 基于旅行時(shí)間的最優(yōu)路徑集

(1)第一階段旅行時(shí)間。

獲取檢測點(diǎn)間某條有效路徑,依次提取路徑中路段長度信息以及各個(gè)路段在相鄰兩個(gè)檢測時(shí)間區(qū)間[ti,ti+1]內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)平臺的平均運(yùn)行速度,得出第一階段某條出行路徑的旅行時(shí)間

(n-1)o

(1)

求出相鄰兩個(gè)檢測時(shí)間ti和ti+1的差值

Δt=ti+1-ti,i=1,2,…,n-1

(2)

(2)第二階段旅行時(shí)間。

(3)

(n-1)o

(4)

(3)第K三階段旅行時(shí)間。

(n-1)o

(5)

(4)最優(yōu)路徑集。

通過上述K次迭代計(jì)算得出不同交通路徑的旅行時(shí)間,并以不同路徑旅行時(shí)間減去相鄰檢測點(diǎn)時(shí)間差值的絕對值進(jìn)行判別

|tsK-Δti|≤Δti/10

(6)

將滿足公式(6)的路徑保存在相鄰檢測點(diǎn)間最優(yōu)路徑集中。

2.2 綜合評分法

分析路徑駕駛習(xí)慣影響因素,并根據(jù)上述得出最優(yōu)路徑集中的路徑信息,對每一條路徑影響因素進(jìn)行歸一化處理,結(jié)合不同因素的權(quán)重,采用綜合評分法量化每一條路徑綜合評分值,從而確定相鄰檢測點(diǎn)間最大可能路徑。

(1)因素集。

通過分析,需要考慮的影響路徑選擇的路徑信息因素包括路徑旅行時(shí)間、路徑轉(zhuǎn)彎數(shù)、路徑節(jié)點(diǎn)周期。因此因素集U可以定義為U={路徑旅行時(shí)間、路徑轉(zhuǎn)彎數(shù)、路徑節(jié)點(diǎn)周期},表示為U={u1,u2,u3}。

因素集U上的因素子集A記為權(quán)重向量A=(a1,a2,a3),其中ai表示單因素ui在總體評分因素中所起作用大小的度量,0≤ai≤1。通過調(diào)研確定權(quán)重向量A,不同地區(qū)ai取值存在差異。

(2)單因素的評分。

對駕駛習(xí)慣影響因素進(jìn)行歸一化設(shè)計(jì)。

①路徑旅行時(shí)間歸一化

(7)

式中:r1j為路徑旅行時(shí)間歸一值;ts5為第K階段交通路徑的旅行時(shí)間,s。

②路徑轉(zhuǎn)彎數(shù)歸一化

(8)

式中:r2j為路徑轉(zhuǎn)彎數(shù)歸一值;g1為相鄰檢測點(diǎn)之間不同路徑需要統(tǒng)計(jì)直行和左轉(zhuǎn)合計(jì)次數(shù),次;g2為相鄰檢測點(diǎn)之間不同路徑需要統(tǒng)計(jì)右轉(zhuǎn)合計(jì)次數(shù),次;m為右轉(zhuǎn)關(guān)系系數(shù),右轉(zhuǎn)燈控路口取值1,右轉(zhuǎn)非燈控路口取值為0.5。

③路徑節(jié)點(diǎn)周期歸一化

按現(xiàn)行信號路口的信號周期長短劃分四個(gè)區(qū)間。

(9)

式中:r3j為路徑節(jié)點(diǎn)周期歸一值;h1為不同路徑通過信號周期≤80 s的路口數(shù),個(gè);h2為不同路徑通過信號周期>80 s且≤110 s的路口數(shù),個(gè);h3為不同路徑通過信號周期>110 s且≤140 s的路口數(shù),個(gè);h4為不同路徑通過信號周期>140 s的路口數(shù),個(gè);w1為不同路徑通過信號周期≤80 s的系數(shù);w2為不同路徑通過信號周期>80 s且≤110 s的系數(shù);w3為不同路徑通過信號周期>110 s且≤140 s的系數(shù);w4為不同路徑通過信號周期>140 s的系數(shù)。

(3)評分矩陣。

綜上所述,最優(yōu)路徑集中每一個(gè)出行路徑對不同因素的評分程度,以rij表示,其中列向量r1為單個(gè)出行路徑對每個(gè)影響因素的評分列向量。R為最優(yōu)路徑集中全部出行路徑對各個(gè)因素評分的合成,即為多路徑評分矩陣

(10)

(4)綜合評分值。

評判最優(yōu)路徑集綜合評分值向量B=(b1,b2,…,b3),其中bj為不同路徑的綜合評判結(jié)果;對于U上的權(quán)重向量A,可得綜合評判關(guān)系

=[b1,b2,…,bn]

(11)

通過廣義運(yùn)算可得

(12)

在所得到的B=(b1,b2,bn)尋找最大值bj作為評分結(jié)果:綜合評分函數(shù)F(x1,x2,x3)=maxbj,表明bj路徑的可能性最大。采用bj取值最大的交通路徑為相鄰檢測點(diǎn)間可能性最大的出行路徑。

3 模型驗(yàn)證和實(shí)例分析

(1)基本情況。

本次模擬建設(shè)的路網(wǎng)位于合肥城區(qū),如圖2所示。車輛從起點(diǎn)V1行駛至終點(diǎn)V16,在車輛行進(jìn)途中,依次被電警警察抓拍V5→V6→V15→V16, 過車數(shù)據(jù)信息如表1所示。通過數(shù)據(jù)表和路網(wǎng)信息,可知相鄰檢測點(diǎn)非直連點(diǎn)為V6和V15,其檢測時(shí)間的差值為324 s。

表1 過車數(shù)據(jù)信息表

圖2 路網(wǎng)示意圖

(2)基于旅行時(shí)間的最優(yōu)路徑集。

表2 第5階段不同路徑的旅行時(shí)間表

(3)綜合評分法。

通過問卷調(diào)查獲取三個(gè)因素權(quán)重向量A=(a1,a2,a3)=(0.54,0.29,0.17),根據(jù)單一因素歸化函數(shù)計(jì)算出最優(yōu)路徑集中2種交通路徑對應(yīng)的不同因素評分,結(jié)果如表3所示。

表3 最優(yōu)路徑的單因素評分表

于是,得到不同路徑對應(yīng)的綜合評分值為

B=AR=(0.54,0.29,0.17)×

由此可知,路徑編號2為相鄰檢測點(diǎn)間很大可能路徑,即相鄰檢測點(diǎn)V6和V15間的路徑V6→V10→V11→V15。

4 結(jié) 語

為解決車輛相鄰檢測點(diǎn)在路網(wǎng)中非直連情況下交通路徑識別難題,基于車輛電警檢測信息、互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)路況數(shù)據(jù)和路網(wǎng)矢量信息,從車輛時(shí)空特性出發(fā),分析路徑旅行時(shí)間與相鄰檢測點(diǎn)的時(shí)間差值,通過多次迭代方式將不同路徑的旅行時(shí)間逐步趨近真實(shí)的相鄰檢測時(shí)間段。研究可知駕駛習(xí)慣影響路徑選擇的因素有路徑旅行時(shí)間、路徑轉(zhuǎn)彎數(shù)和路徑節(jié)點(diǎn)周期,并設(shè)計(jì)了影響因素歸一化處理方式。通過調(diào)研確定合肥城區(qū)的影響因素權(quán)重,采用綜合評分法選擇出相鄰檢測點(diǎn)間最大可能路徑與實(shí)際路徑一致。