[發(fā)明專利]基于排隊(duì)論的過飽和狀態(tài)下交通系統(tǒng)多尺度供需關(guān)系的系統(tǒng)建模方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110350726.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-31
• 公開（公告）號(hào): CN113204734A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉志遠(yuǎn);程啟秀;張宏剛;張奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/11
• 分類號(hào): G06F17/11;G06Q10/04;G06Q10/06;G06Q50/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 周科技

1.基于排隊(duì)論的過飽和狀態(tài)下交通系統(tǒng)多尺度供需關(guān)系的系統(tǒng)建模方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)通過引入動(dòng)力系統(tǒng)方程來描述具有虛擬隊(duì)列演化過程的確定性隊(duì)列模型；

(2)根據(jù)確定性隊(duì)列模型，并基于多項(xiàng)式函數(shù)近似逼近的到達(dá)率，獲取交通系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度、時(shí)變延遲、總延遲、平均延遲、物理隊(duì)列長(zhǎng)度和時(shí)變路段通行時(shí)間，構(gòu)建交通系統(tǒng)性能模型；

(3)確定過飽和因子的取值范圍，根據(jù)過飽和因子不同的取值范圍確定基于多項(xiàng)式函數(shù)近似逼近的到達(dá)率所適用的不同飽和程度的排隊(duì)系統(tǒng)；

(4)采集道路上的傳感器數(shù)據(jù)，以離開率、虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度、時(shí)變延遲和時(shí)變達(dá)到率非負(fù)為約束，同時(shí)考慮過飽和因子的取值范圍，對(duì)步驟(2)中構(gòu)建的交通系統(tǒng)性能模型的參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，并與實(shí)際的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中，通過如下一系列的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)方程來描述具有虛擬隊(duì)列演化過程的確定性隊(duì)列模型：

約束條件：

λ(t₀)＝μ(t₀),λ(t₂)＝μ(t₂),Q(t₀)＝0,Q(t₃)＝0

λ(t)-μ(t)0,t₀tt₂,λ(t)-μ(t)0,t₂tt₃

其中λ(t),μ(t)和Q(t)分別表示時(shí)變的到達(dá)率，時(shí)變的離開率以及在任意時(shí)間t時(shí)的虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度，λ(t)-μ(t)表示在時(shí)間t時(shí)的凈流率，A(t),D(t)和W(t)分別表示累計(jì)到達(dá)數(shù)、累計(jì)離開數(shù)以及從t₀到t時(shí)的總延遲，t₀,t₁,t₂和t₃分別表示到達(dá)率第一次超過離開率的時(shí)間即排隊(duì)開始的時(shí)間，到達(dá)率為最大時(shí)的時(shí)間，隊(duì)列長(zhǎng)度達(dá)到最大時(shí)的時(shí)間以及隊(duì)列完全消散時(shí)的時(shí)間。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，基于多項(xiàng)式函數(shù)近似逼近的到達(dá)率，確定虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度函數(shù)Q(t)，時(shí)變延遲函數(shù)w(t)，總延遲函數(shù)W(t₃)，平均延遲函數(shù)w，物理隊(duì)列長(zhǎng)度函數(shù)Q^p(t)以及時(shí)變路段通行時(shí)間函數(shù)tt；具體方法如下：

(2-1)擁堵時(shí)期的到達(dá)率函數(shù)λ(t)表示為一個(gè)三次多項(xiàng)式函數(shù)，表達(dá)式為：

其中γ_i表示第i階變量的系數(shù)；在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)方程中存在邊界條件λ(t₀)＝λ(t₂)＝μ，則到達(dá)率用凈流率函數(shù)的因式分解形式為：其中是除了t₀和t₂之外的三次凈流率函數(shù)的一個(gè)根，μ表示離開率，為常數(shù)，γ為三次多項(xiàng)式函數(shù)的形狀參數(shù)；

(2-2)虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度函數(shù)為：

其中m表示過飽和因子，通過隊(duì)列開始形成到隊(duì)列長(zhǎng)度達(dá)到最大時(shí)的所用時(shí)間與整個(gè)擁堵期的總時(shí)間的比值來定義，其定義式如下：

(2-3)通過虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度函數(shù)，得到時(shí)變延遲函數(shù)為：

(2-4)對(duì)虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度函數(shù)進(jìn)行積分，得到整個(gè)擁堵期t₀到t₃時(shí)的總延遲函數(shù)為：

W(t₃)＝γ·g(m)·(t₃-t₀)⁵

(2-5)將平均延遲定義為w＝W/D，其中W表示總延遲，D表示在整個(gè)高峰期間的總出行需求；交通擁堵的持續(xù)時(shí)間為t₃-t₀＝D/μ，則得到平均延遲函數(shù)為：

(2-6)基于中觀層次下車輛在時(shí)空平面上的行駛軌跡，計(jì)算物理隊(duì)列長(zhǎng)度Q^p(t)：

其中Q(t)為虛擬隊(duì)列長(zhǎng)度，v_f為自由流速度，v_μ為實(shí)際的行駛速度；

(2-7)在整個(gè)高峰期內(nèi)車輛在道路上的時(shí)變路段通行時(shí)間tt為：

其中t_f表示自由流時(shí)間。