一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法

本發明涉及路網流量觀測，具體涉及一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法。

背景技術：

1、隨著人們生活水平提高和城市化進程加快，城市汽車保有量快速增長，大大超過了城市路網基礎設施的承載能力，城市擁堵問題突出。城市路網作為一個極度復雜的系統，受制于目前的算力，傳統路段層面上的交通流規律對于大范圍的面狀擁堵緩解無能為力。路網流量作為描述路網狀態的重要特征變量，對于提取路網層面的交通流規律，進而緩解城市擁堵至關重要。目前對于路網流量的估計方法主要圍繞環形檢測器數據和浮動車軌跡數據這兩種觀測方式。然而，大量的研究表明，環形檢測器安裝位置以及浮動車的未知滲透率和不均勻分布都會給路網流量估計造成不一致的誤差。除此之外，觀測設備因為各種原因導致的隨機失效(如網絡，供電不穩定)從而造成觀測不一致的問題。對于不同觀測下的路網流量，無法直接進行直接比較，不利于交通管理者進行決策。

技術實現思路

1、針對現有技術中的上述不足，本發明提供了一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法。

2、為了達到上述發明目的，本發明采用的技術方案為：

3、一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，包括以下步驟：

4、獲取卡口攝像頭采集的卡口數據；

5、根據獲取的卡口數據，提取各個卡口攝像頭所觀測的路網流量；

6、構建基于容斥原理的路網流量計算模型，并根據各個卡口攝像頭所觀測的路網流量，采用最小二乘法對基于容斥原理的路網流量計算模型進行擬合；

7、根據擬合后的路網流量計算模型對卡口攝像頭的路網流量進行一致性觀測。

8、作為優選地，基于容斥原理的路網流量計算模型具體為：

9、

10、其中，vm表示m個卡口攝像頭所觀測的路網流量，αm表示m個卡口攝像頭在設定時間段拍攝到同一車輛的最大次數，xk表示從n個卡口攝像頭中選擇k個卡口攝像頭所能拍攝到車輛總數，mαm表示拍攝到同一車輛的最大次數αm時卡口攝像頭數量閾值。

11、作為優選地，根據各個卡口攝像頭所觀測的路網流量，采用最小二乘法對基于容斥原理的路網流量計算模型進行擬合，包括以下步驟：

12、根據所有卡口攝像頭在設定時間段拍攝到某一車輛的最大次數，隨機選取與最大次數相同次數的任意數量的卡口攝像頭所觀測的路網流量；

13、根據選取的各個數量的卡口攝像頭所觀測的路網流量，采用最小二乘法構建基于容斥原理的路網流量計算模型的線性方程組；

14、對基于容斥原理的路網流量計算模型的線性方程組進行求解，得到擬合的模型參數。

15、作為優選地，基于容斥原理的路網流量計算模型的線性方程組具體為：

16、

17、其中，vm表示m個卡口攝像頭所觀測的路網流量，vn表示n個卡口攝像頭所觀測的路網流量，xn,αm表示在卡口攝像頭總數為n的情況下從n個卡口攝像頭中選擇αm個卡口攝像頭所能拍攝到車輛總數，xn,αn表示在卡口攝像頭總數為n的情況下從n個卡口攝像頭中選擇αn個卡口攝像頭所能拍攝到車輛總數，αm表示m個卡口攝像頭在設定時間段拍攝到同一車輛的最大次數，αn表示n個卡口攝像頭在設定時間段拍攝到同一車輛的最大次數。

18、作為優選地，卡口攝像頭所觀測的路網流量為卡口攝像頭在設定時間段拍攝到的不同車輛的數量。

19、作為優選地，根據擬合后的路網流量計算模型對卡口攝像頭的路網流量進行一致性觀測，包括以下步驟：

20、選取兩組在不同時間段上的卡口攝像頭，根據選取的兩組卡口攝像頭所觀測的路網流量確定對應的擬合后的路網流量計算模型；

21、設定待一致性觀測的卡口攝像頭的數量，利用擬合后的路網流量計算模型計算對應數量的卡口攝像頭的路網流量一致性觀測結果。

22、作為優選地，卡口攝像頭的路網流量一致性觀測結果的計算公式為：

23、

24、其中，表示組卡口攝像頭所觀測的路網流量，表示組卡口攝像頭所觀測的路網流量，m表示選取的卡口攝像頭數量，表示在組卡口攝像頭的情況下從n1個卡口攝像頭中選擇個卡口攝像頭所能拍攝到車輛總數，表示在組卡口攝像頭的情況下從n2個卡口攝像頭中選擇個卡口攝像頭所能拍攝到車輛總數，表示組卡口攝像頭在設定時間段拍攝到同一車輛的最大次數，表示組卡口攝像頭在設定時間段拍攝到同一車輛的最大次數，n1表示組卡口攝像頭總數，n2表示組卡口攝像頭總數。

25、本發明具有以下有益效果：

26、本發明以卡口攝像頭作為觀測設備，基于容斥原理挖掘卡口設備間更深層次的規律和聯系，進而對卡口隨機失效造成的流量波動進行校正，從而實現對路網流量的一致性觀測。該方法不僅可以規避環形檢測器和浮動車軌跡數據本身的局限性，還能應對實際場景中設備隨機失效的情形，提高路網監測的準確性和魯棒性。

技術特征：

1.一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據權利要求1所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，基于容斥原理的路網流量計算模型具體為：

3.根據權利要求1所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，根據各個卡口攝像頭所觀測的路網流量，采用最小二乘法對基于容斥原理的路網流量計算模型進行擬合，包括以下步驟：

4.根據權利要求3所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，基于容斥原理的路網流量計算模型的線性方程組具體為：

5.根據權利要求1所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，卡口攝像頭所觀測的路網流量為卡口攝像頭在設定時間段拍攝到的不同車輛的數量。

6.根據權利要求1所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，根據擬合后的路網流量計算模型對卡口攝像頭的路網流量進行一致性觀測，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，其特征在于，卡口攝像頭的路網流量一致性觀測結果的計算公式為：

技術總結
本發明涉及路網流量觀測技術領域，公開了一種基于容斥定理和卡口攝像頭的路網流量觀測方法，包括獲取卡口攝像頭采集的卡口數據；根據獲取的卡口數據，提取各個卡口攝像頭所觀測的路網流量；構建基于容斥原理的路網流量計算模型，并根據各個卡口攝像頭所觀測的路網流量，采用最小二乘法對基于容斥原理的路網流量計算模型進行擬合；根據擬合后的路網流量計算模型對卡口攝像頭的路網流量進行一致性觀測。本發明以卡口攝像頭作為觀測設備，基于容斥原理挖掘卡口設備間更深層次的規律和聯系，進而對卡口隨機失效造成的流量波動進行校正，從而實現對路網流量的一致性觀測，提高路網監測的準確性和魯棒性。

技術研發人員：黃濤,韓科,鐘文婷,陳磊,成曉軒
受保護的技術使用者：西南交通大學
技術研發日：
技術公布日：2025/3/13