基于用户感知的城市道路交通服务水平评价方法
2022-02-03
来源:尚车旅游网
第44卷第5期 2016年5月 同济大学学报(自然科学版) Jo1珉NAI,0F T0NGJI UNIVERSITY(NA 瓜AI,ScIENCE) V0l_44 No.5 May 2016 文章编号:0253—374X(2016)05—0753—05 DOI:10.11908/j.issn.0253.374x.2016.05.015 基于用户感知的城市道路交通服务水平评价方法 郑玲钰,赵益,王忠宇,吴兵 (同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海201804) 摘要:从用户感知的角度构造了适用于服务水平评价的各聚 实际上是道路使用者从道路状况、交通条件、道路环 类指标的白化权函数,提出了城市道路交通服务水平评价体 境等方面得到的服务程度和服务质量L2]. 系.用此方法对上海市浦东新区部分路段的服务水平进行评 价,并与问卷打分结果及仅考虑交通设施的服务水平评价结 果进行对比.结果表明,基于用户感知的灰类白化权函数聚 类的城市道路交通服务水平评价方法能较好地与主观评分 结果匹配,具有较高的精度. 关键词:城市道路;服务水平;用户感知;灰色聚类;白化 权函数 中图分类号:U491 文献标志码:A 道路交通服务水平的概念最早在1965年的美 国《道路通行能力手册》(Highway Capacity Manual,HCM)中提出_3].此后,各国相关研究机构 也在服务水平评价体系构建方面展开了大量的研究 工作.从国内外量化服务水平的评价指标看,主要包 括路段平均行程速度与路段自由流车速之比(云/ ),路段流量与路段通行能力之比(volume-to- capacity ratio, C),密度,平均行程时间和行程速 主要运用的算法包括聚类分析法、模糊综合评 Level of Service Evaluation of Urban Streets 度等;Based on User Perception ZH/ ̄G Lingy ̄,N-IAO Yi,WANG Zhongyu,WUBing (Key Laboratory of Road and Traffic Engineering of the Ministry of 判方法、灰色系统理论和交通流理论模型等[4 ].然 而,上述各评价体系主要从交通设施的角度进行划 分,少有从用户感知角度进行评价,考虑用户感知的 研究集中在连续流交通设施且以专家评分作为主要 评价方法[8 ].从概念和实际应用出发,服务水平更 Education,Tongji University,Shanghai 201804,China) Abstract:An evaluation method of 1eve1 of service(L0S)for urban roads considering user perception was proposed based 应该从用户感知的角度进行评价. 本研究在考虑多源信息获取可行性的基础上, 提出基于用户感知的城市道路服务水平评价指标, 并以此构建城市道路服务水平评价体系,为城市道 路交通管理与控制提供决策依据. on the grey whitenization weight function theory.The whitenization weight functions of different indices,which iS suitable for L0S evaluation,were constructed.A test of L0S evaluation of several urban streets in Pudong District, Shanghai was conducted.The efficiency of the model was examined through the comparisons wih tthe results of scoring 1 基于灰色聚类的服务水平评分方法 灰色系统理论以“部分信息已知,部分信息未 and L0S evaluation without taking user perception into consideration. Key words:urban roads;level of service;user perception; grey cluster;whitenization weight function 知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对 象,通过对“部分已知信息”的开发,实现对系统运行 行为、演化规律的正确描述和有效监控[10-11].城市道 路服务水平评价系统属于典型的灰色系统. 基于灰类白化权函数的服务水平评分算法,是 道路交通服务水平是指将复杂的交通状态通过 量化的指标划分为几个等级来表示用户对交通设施 以处于不同交通状态的路段作为聚类对象,计算该 提供的服务的感知情况[1],城市道路交通服务水平 路段在不同服务水平下的综合评价值,进而对该路 收稿日期:2015—05—27 基金项目:国家自然科学基金(51138OO3) 第一作者:郑玲 ̄(1991--),女,博士生,主要研究方向为交通管理与控制,动态交通分配.E-mail:4125lynnzheng@tongji.edu.ca 通讯作者:吴兵(1960一),男,教授,博士生导师,工学博士,主要研究方向为交通系统分析与优化设计,交通拥挤管理与控制. E-mail:wubing@tongji.edu.cn 第5期 郑玲钰,等:基于用户感知的城市道路交通服务水平评价方法 式中: 为调查所需的样本量;P为样本变异程度,取 标时,分别从客观状态和感知情况两方面进行考虑. 0.5; 为期望调查结果的精度;Z为期望调查结果的 置信度,95 置信度下为1.96;N为总体规模. 从客观状态看,城市道路交通流运行状态的客 观评价指标包括设施供给水平和设施运行状态两方 5 ].为保证客观指标在不同设施间的可比 考虑到问卷的回收率,所需调查问卷为384.15/ 面内容[(1—1O )=427份.此次调查问卷共回收517份,筛 性,在选用客观指标时,采用量纲一的参数进行比 选后得到有效问卷496份,问卷的有效率为95.9 , 较.同时,考虑到兼顾设施供给水平和运行状态的评 满足调查问卷的数量要求. 分取平均值,得到该路段在该时刻的服务水平.设图 价指标,结合已有研究中常用于服务水平评价的参 从感知情况看,出行者对车速感知的精确度约 4 ],在客观指标中选取 / 和v/c两个参数. 在计算主观评分时,对相同路段同时间段的评 数[2中由起点沿黑线所示方向至终点为一圈(含18条 为6O ,而出行者对路段流量并无直观感受,仅凭 路段),视频按照早高峰、平峰和晚高峰分别拍摄了 云/ 及v/c两个参数难以全面的反映用户感知的 三圈、四圈和四圈的状态,共计198条评分数据. 服务水平El4].在相同的行程车速下,速度标准差( ) 较大的车辆上的出行者感知的舒适度更差且车辆安 3基于用户感知的城市道路服务水平 评价 全隐患更大[1引,这无疑会影响出行者对服务水平的 评价. 综上,本研究选用 / ,v/c及 这3个参数作 本研究的城市道路路段概念如图3所示,交叉 为服务水平评价的指标. 口的服务水平评价不在本研究的范围内. 3.2评价指标阈值的确定 结合HCM2010的算法对 / f的阈值划分[1], 得到表1所示的 所设置的阈值. 本研究运用小波分析的理论确定 的阈值划 分.其中, 的数据选用研究时段内研究区域全部浮 动车数据以L 5 min为间隔,共240条数据.考虑到 相邻的重构信号性质相似,选用第2,4,6级信号为 阈值[1 ,获得表1的阈值划分. 图3城市道路路段概念[1 Fig.3 Conception of link of urban street 选用研究时段内研究区域全部路段的v/c数 据,以5 min为统计间隔,共获得1 296条V/C数据, 运用软件SPSS进行单样本Kolmogorov-Smirnov 3.1评价指标的选取 服务水平包含两层含义,即交通运行的客观状 (K-S)检验.在K-S检验中,Z值为0.880,P值为 数据呈近似正态分布.依据正态分布 态和道路使用者对其的感知情况.因此,在选取评价 0.421>0.050,建立的 参数时,既应考虑所选取参数能反映交通流运行状 的3 和1.23a原则对v/c的阈值进行划分, 态,又应考虑该参数能被道路使用者感知.在选取指 服务水平与主要影响因素的关系如表1所示.表1服务水平与主要影响因子的关系 Tab.1 Relationship between LOS and its main influence factors 在综合评价值中的权重采用定权聚类法,结合改进 4模型结果与分析 中心点三角白化权函数的理论算法,同时考虑用户 对不同交通参数的主观感知程度及关注度,进行计 根据前文介绍的计算方法对上海市浦东新区部 算 。,”].3位专家打分结果如表2所示,根据主观 分路网的服务水平进行分析.其中,云/ , 及v/c 赋权G1法得到权重值分别为0.56,0.20和0.24. 同济大学学报(自然科学版) 第44卷 表2专家打分结果 Tab.2 Results of expert evaluation method 务水平间的相对误差;Lk为计算获得的服务水平, 分别为仅考虑交通设施的服务水平评价结果或本研 究提出模型获得的服务水平评分,本研究使用 HCM2010的算法作为仅考虑交通设施的服务水平评 价方法;L 为主观评分调查获得的服务水平评分值. HCM2010与本研究模型的误差比较如图4所 本研究评分结果按照五分制标记,根据公式(2) 分别计算HCM2010的服务水平、本研究模型所得 的服务水平以及评分调查获得的服务水平间的相对 误差. 示.相比于HCM2010,在多数情况下,本研究模型得 到的结果的误差要优于HCM2010计算得到的结 果,尤其在HCM2010与主观评分结果差异较明显 时.分析本研究模型与HCM2010结果差异性的原 e一 L ×100% (2) 因,取有代表性的数据分析,如表3所示. 根据表3可知: 式中:£为计算获得的服务水平与主观评分获得的服 奠型 ’ ’ 图4 IIC1I 010与本研究模型的误差比较 Fig.4 Comparison of LOS of H(m201O and proposed model 表3部分服务水平评分结果分析 Tab.3 LOS evaluation results of some urban road in Shanghai (1)通过对比隶属度 与HCM2010评分结果 较小但v/c较大),HCM2010的结果会产生较大偏 可以看出,本研究模型的隶属度值在HCM2010计 差,而本研究模型可以更好地反映在特殊情况下用 算得到的对应等级下数值也偏大,即本模型在一定 户感知的服务水平. 程度上与HCM2010的计算结果保持一致(如序号1 对应HCM2010计算结果为5分,而在系数向量中 获得的 1--0.59). 5 结论 本文首先运用灰色系统理论提出了基于灰类白 (2)在 / 相近时,由HCM2010计算获得的 服务水平值也相近,但主观感受差异性可能较大(如 化权函数的城市道路服务水平评价模型,并从服务 序号2和3所示),而本模型可以较好的反映主观评 水平的概念人手,基于现有研究提出了确定服务水 分结果.主要原因在于本研究模型同时考虑了 / , 平评价指标包括路段平均行程速度与路段自由流车 和v/c,能更加客观的反应交通状态. 速之比、路段流量与路段通行能力之比和速度标准 (3)在特殊情况发生时(如序号4所示, / 比 差.通过视频拍摄和问卷调查的形式获得主观评分. 第5期 郑玲钰,等:基于用户感知的城市道路交通服务水平评价方法 757 分别将HCM2010计算结果、本研究的模型计算结 果与主观评分结果进行对比分析,结果表明,本研究 提出的方法具有较高的精度,可以较好地在考虑交 level of service on freeways by microscopic traffic simulation [J].Transportation Reearsch Record:Journal of the Transportation Research Board,2014(2461):41. [1O]陈刚.基于灰色理论和BP神经网络交通流预测模型研究 [D].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2006. CHEN Gang.Prediction of traffic flow based on grey theory 通状态的同时兼顾用户感知,从而为完善服务水平 评价体系提供了新的思路. 本文研究模型的验证过程并未考虑交叉口的影 响,如何对交叉口进行打分还需要进一步研究;同 and BP neural networks[D].Harbin:Harbin Institute of Technology,2006. ]-11]郭敏,蓝金辉,李娟娟,等.基于灰色残差GM(1,N)模型的 交通流数据恢复算法EJ].交通运输系统工程与信息,2011, 时,在确定权重时是以理论和经验相结合的方式获 取,在后续的研究中,应通过分析视频打分及跟车打 分结果进行相关参数修正,同时考虑更具适应性权 重的确定方法. 参考文献: [1]Borard T R.Highway capacity manual(HCM)2010[R]. Washington D C:Transportation Research Board,2011. [2]徐吉谦.交通工程总论EM].北京:人民交通出版社,1998. XU Jiqian.Fundamentals of traffic engineering[M].Beijing: China Communication Press,1998. [3]Choocharukul K,Sinha K C,Mannering F L.User perceptions and engineering definitions of highway level of service:an exploratory statistiacl comparison[J].Transoprtation Research Part A:Policy and Practice,2004,38(9):677. [4]刘俊娟,王炜,程琳.基于梯形白化权函数的信号交叉口服务 水平评价[J].交通运输工程学报,2009,9(2):121. LIU Junjuan,WANG Wei,C】{ENG Lin. 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