[發明專利]基于含長程連邊的曼哈頓城市網絡的路網交通流特性仿真方法

有效

• 申請號: 202010438973.9
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111754769B
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 劉端陽;范鑫燁;阮中遠;沈國江;劉志;楊曦
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

1.基于含長程連邊的曼哈頓城市網絡的路網交通流特性仿真方法，包括如下步驟：

(1)構建曼哈頓城市網絡；曼哈頓城市網絡是由N×N個交叉口組成的正方形道路網絡，其中N為正方形邊的交叉口個數，相鄰的兩個交叉口通過一條道路相連，這條道路由兩條并行且行駛方向相反的車道組成；曼哈頓城市網絡中共有4N(N-1)條車道，每個車道被劃分成L個元胞，也即格子，每個交叉口由一個元胞構成，L的取值根據經驗值設置；車輛采用粒子來表示，它在車道的元胞或交叉口的元胞中停留，車輛在道路中靠右側行駛；在任意時刻，一個元胞為空或者被一輛車占據；曼哈頓城市網絡用于模擬城市的地面道路網絡；

(2)設置長程連邊；在曼哈頓城市網絡中隨機設置M條長程連邊道路，任意選擇網絡中的兩個交叉口B(x₁,y₁)和C(x₂,y₂)，且這兩個交叉口沒有直接相連的道路，其中x₁,y₁和x₂,y₂分別是交叉口B和C的坐標位置，在交叉口B和C之間設置雙向兩車道的長程連邊道路；因此網絡中長程連邊的車道總數為2M，在長程連邊的每個車道上設置的元胞數為長程連邊道路處于曼哈頓城市網絡的上層，兩層道路具有相同的交叉口，但是具有不同的車輛最大行駛速度；

(3)設置交通信號燈；在每個交叉口設置交通信號燈，采用單口順時針定時放行規則并且不考慮黃燈；具體而言，在某一時刻，對于任意一個交叉口，若某一進口車道的信號燈為綠燈，則該交叉口其余三個進口車道的信號燈為紅燈；如果某進口車道的信號燈為綠燈，則該車道的車輛可直行、右轉、左轉或者掉頭；交叉口信號為四相位，每個相位時長為T，信號周期為4T，而且各個交叉口的交通信號燈同步變化；而對于邊界和含長程連邊的交叉口，交通信號燈安排具體如下：

1)角落的交叉口：網絡邊界共有四個角落的交叉口，這類交叉口只有兩個進口車道，另外兩個方向的進口車道是空缺的；設置交通信號燈時，每個進口車道的綠燈與網絡中同方向的綠燈同時亮起，同時，根據順時針定時放行規則，輪到空缺的進口車道的信號燈為綠燈時，則設置其反向的進口車道的信號燈為綠燈；

2)邊界的其它交叉口：邊界的其它交叉口屬于T型交叉口，只有三個進口車道，另外一個方向的進口車道是空缺的；設置交通信號燈時，每個進口車道的綠燈與網絡中同方向的綠燈同時亮起，同時，根據順時針定時放行規則，輪到空缺的進口車道的信號燈為綠燈時，則設置其反向的進口車道的信號燈為綠燈；

3)含長程連邊的交叉口：額外給每個信號周期增加一個相位，相位時長為T，新增的相位用于控制上層長程連邊車道行駛至下層地面道路的車流；這樣，含長程連邊的交叉口的信號周期為5T，其它無長程連邊的交叉口的信號周期為4T，在交叉口信號燈同步時，所有含長程連邊的交叉口保持信號燈同步，而其它無長程連邊的交叉口保持信號燈同步；

(4)采用基于NaSch模型的更新規則；車輛運動時，車輛狀態更新遵循NaSch規則，t時刻至t+1時刻的更新過程如下：

s41.加速：v_i(t+1)→min(v_i(t)+1,v_max)；

s42.減速：v_i(t+1)→min(v_i(t+1),d_i(t))；

s43.以概率p隨機慢化：v_i(t+1)→max(v_i(t+1)-1,0)；

s44.位置更新：x_i(t+1)→x_i(t)+v_i(t+1)；

其中，v_i(t)為第i輛車在t時刻的速度，d_i(t)為第i輛車在t時刻與前車之間的距離，x_i(t)為第i輛車在t時刻的位置，v_max為車輛最大行駛速度；p為隨機慢化概率，取值范圍為[0,1]，在系統模擬時，每一輛車會生成一個介于[0,1]的隨機值，并與概率p進行比較，當生成的隨機值小于概率p時，則更新v_i(t+1)的值為max(v_i(t+1)-1,0)；變量v_i(t)，d_i(t)，x_i(t)和v_max都是與格子數相關的無量綱值，min()為最小值函數，返回給定輸入參數中的最小值，max()為最大值函數，返回給定輸入參數中的最大值，→表示更新相應變量的值；曼哈頓城市網絡中車輛最大行駛速度v_max＝v_max1，長程連邊道路中車輛最大行駛速度v_max＝2v_max1，v_max1的取值根據經驗值設置；每條車道除頭車以外，d_i(t)＝x_i+1(t)-x_i(t)-1，其中，x_i+1(t)為第i+1輛車在t時刻的位置，第i+1輛車是第i輛車的前車；車道上頭車的d_i定義如下：

T1)綠燈：如果頭車的下一車道處于擁擠狀態或者交叉口被占據，則d_i為頭車當前位置到交叉口的距離，否則，d_i為頭車到其下一車道尾車的距離，其中，如果一條車道最后兩個元胞中任意一個被車輛占據，則該條車道處于擁擠狀態；

T2)紅燈：d_i為頭車當前位置到交叉口的距離；

(5)選擇車輛的起點和終點；在初始時，為每輛車隨機選擇一個起點和終點，起點和終點都在下層地面道路，不能在交叉口和長程連邊，當車輛行駛至終點時，系統重新為車輛分配一個新的目的地，即新的起終點，起點為原終點，新終點為新分配的目的地，而系統中的車輛總數保持不變；

(6)車輛按照最短路徑行駛；車輛的最短路徑，由它經過的交叉口決定；當車輛即將通過某一交叉口時，車輛可能存在多條最短路徑行駛至下一交叉口，此時，車輛隨機選擇其中一條作為行駛路徑；

(7)路網交通流特性仿真和模擬；根據步驟(1)至(6)確定的模型和規則，設置粒子密度ρ和粒子總數4NLρ(N-1)，初始化系統，采用并行更新規則，對路網交通流特性進行仿真和模擬，其中，粒子用于模擬自驅動的車輛，并行更新規則是指所有粒子都同步更新；系統仿真時，設置不同的粒子密度ρ和不同的長程連邊數量，用于分析和評價路網交通流特性，以及長程連邊數量對城市路網交通流特性的影響。

2.如權利要求1所述的基于含長程連邊的曼哈頓城市網絡的路網交通流特性仿真方法，其特征在于：步驟(4)中，隨機慢化概率p＝0.1。