[發(fā)明專利]模擬個(gè)體粒度長程高速交通流隨機(jī)振蕩的量子諧振子的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011282775.4
• 申請(qǐng)日: 2020-11-17
• 公開（公告）號(hào): CN112632452A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡旭;俞肇元;楊晨;閆振軍;潘炳煌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京師范大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11;G06F17/13;G06F17/18;G06N10/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發(fā)明公開一種模擬個(gè)體粒度長程高速交通流隨機(jī)振蕩的量子諧振子的方法，首先，用量子疊加態(tài)描述車輛速度和位置，構(gòu)建量子諧振子能量本征方程以表征車輛的運(yùn)動(dòng)過程；其次，基于能量本征方程構(gòu)造n階厄米多項(xiàng)式，構(gòu)建多駕駛策略混疊模式下的長程交通流隨振蕩模擬的量子諧振子模型，并優(yōu)化求解模型；最后，構(gòu)建概率與交通流量間的映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)交通流量擬合。本發(fā)明從不確定性視角進(jìn)行交通流整體建模的思路有效綜合了統(tǒng)計(jì)物理和動(dòng)力方程建模的優(yōu)勢(shì)，具有模型簡單、參數(shù)意義明確、易求解計(jì)算等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于中間個(gè)體存在多種策略和狀態(tài)且難以觀測的交通流建模具有借鑒意義。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于城市規(guī)劃、交通地理領(lǐng)域，具體涉及一種模擬個(gè)體粒度長程高速交通流隨機(jī)振蕩的量子諧振子的方法。

背景技術(shù)

長程高速交通流具有持續(xù)時(shí)間長、速度快且不均勻、交通密度高以及個(gè)體之間相互作用復(fù)雜等特點(diǎn)。在長程高速交通流中，不同個(gè)體可選擇諸如勻速駕駛、跟馳駕駛或以超車為主的異常駕駛策略。不同駕駛策略的混疊使長程高速交通流呈現(xiàn)出不同結(jié)構(gòu)的振蕩特征。隨著長程高速交通流觀測數(shù)據(jù)的精細(xì)化程度逐步提高至個(gè)體粒度，自組織、混沌、滲流、相干等復(fù)雜相互作用過程開始涌現(xiàn)，使得長程高速交通流表現(xiàn)出強(qiáng)復(fù)雜性和不確定性。同時(shí)，長程交通流中的隨機(jī)振蕩會(huì)導(dǎo)致通行能力下降。對(duì)長程高速交通流隨機(jī)振蕩的準(zhǔn)確建模已成為交通管理、預(yù)測和調(diào)控的重要前提。

駕駛員駕駛策略動(dòng)態(tài)調(diào)整是長程高速交通流產(chǎn)生隨機(jī)振蕩的重要來源。宏觀統(tǒng)計(jì)模型和智能學(xué)習(xí)類模型從確定性視角出發(fā)，將交通流看作一個(gè)整體或?qū)⑴c交通流的車輛抽象為均質(zhì)單元，通常難以描述由于駕駛策略變動(dòng)所導(dǎo)致的交通流隨機(jī)振蕩。微觀模擬模型將交通流中的個(gè)體車輛看作單個(gè)個(gè)體，通過個(gè)體間相互作用實(shí)現(xiàn)對(duì)不同尺度下交通流的模擬，對(duì)交通流的非線性特性有一定的揭示作用。基于規(guī)則和狀態(tài)的跟馳模型雖然考慮了個(gè)體的異質(zhì)性，但仍存在演化方程或迭代規(guī)則缺乏通用性的局限。振子模型是描述長程交通流隨機(jī)振蕩的理想模型之一，但經(jīng)典振子模型需要準(zhǔn)確獲取車輛速度、位置等精確狀態(tài)信息，并通過大量的邊界條件約束求解描述經(jīng)典彈簧振子的二階微分方程。

近期研究表明，長程交通流中的隨機(jī)振蕩更近似于振子過程而非流體動(dòng)力過程，并據(jù)此發(fā)展了彈簧振子跟馳模型、質(zhì)量—振子模型和彈簧—質(zhì)量—阻尼振子模型等經(jīng)典彈簧振子模型。然而，這些經(jīng)典彈簧振子模型需要車輛速度、位置等精確狀態(tài)信息，并通過大量的邊界條件約束求解描述彈簧振子的二階微分方程。但實(shí)際長程高速交通流只能獲得出/入口處的交通流總量，無法對(duì)交通流中的駕駛員自主決策和車輛相互作用過程進(jìn)行連續(xù)跟蹤，導(dǎo)致現(xiàn)有彈簧振子模型只能通過經(jīng)驗(yàn)參數(shù)對(duì)整個(gè)交通流的平均狀態(tài)進(jìn)行近似擬合，難以直接應(yīng)用于長程高速交通流的精準(zhǔn)模擬及其內(nèi)部隨機(jī)振蕩結(jié)構(gòu)的揭示。因此，基于經(jīng)典彈簧振子模型，本專利從不確定性視角出發(fā)，利用量子態(tài)描述不可觀測條件下的車輛狀態(tài)信息的動(dòng)態(tài)演化過程，通過出/入口處的交通流總量實(shí)現(xiàn)不可觀測的中間過程的最優(yōu)逼近，進(jìn)而揭示長程交通中流隨機(jī)振蕩的特征、機(jī)理及其與交通流之間的相互作用關(guān)系。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明提出一種模擬個(gè)體粒度長程高速交通流隨機(jī)振蕩的量子諧振子的方法，對(duì)于中間個(gè)體存在多種策略和狀態(tài)且難以觀測的交通流建模具有借鑒意義。

技術(shù)方案：本發(fā)明提出一種模擬個(gè)體粒度長程高速交通流隨機(jī)振蕩的量子諧振子的方法，具體包括以下步驟：

(1)用量子疊加態(tài)描述車輛速度和位置，構(gòu)建量子諧振子能量本征方程以表征車輛的運(yùn)動(dòng)過程；

(2)基于能量本征方程構(gòu)造n階厄米多項(xiàng)式，構(gòu)建多駕駛策略混疊模式下的長程交通流隨振蕩模擬的量子諧振子模型，并優(yōu)化求解模型；

(3)構(gòu)建概率與交通流量間的映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)交通流量擬合。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)實(shí)現(xiàn)過程如下：