[發(fā)明專利]一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110661390.7
• 申請(qǐng)日: 2021-06-15
• 公開（公告）號(hào): CN113704956A
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張鹍鵬;鄭天堯;黃昌沛;黃靜;李學(xué)偉;陳曉達(dá);陳建軍;羅玲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 湖南楚墨知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43268
• 代理人: 王磊

本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：對(duì)不確定因素的短時(shí)交通參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用數(shù)字孿生技術(shù)及其智能分段算法實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)聯(lián)交通信號(hào)下的逐段分解；基于相關(guān)性分析交通擁堵判別與預(yù)警；通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)城市道路在線緩堵誘導(dǎo)的動(dòng)態(tài)交通進(jìn)行分配建模，基于擁堵關(guān)聯(lián)區(qū)域判別方法建立的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)；對(duì)計(jì)及參數(shù)預(yù)測(cè)不確定性的城市道路交通誘導(dǎo)策略進(jìn)行優(yōu)化。本發(fā)明能夠利用數(shù)字孿生技術(shù)，為交通部門管理日益復(fù)雜的城市交通網(wǎng)絡(luò)提供緩堵策略的決策支持，有利于縮小復(fù)雜網(wǎng)路交通控制研究的問(wèn)題規(guī)模，降低了平臺(tái)的二次開發(fā)難度，解決了交通應(yīng)用場(chǎng)景多樣化產(chǎn)生的矛盾。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及交通仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

交通仿真指用仿真技術(shù)來(lái)研究交通行為，是一門對(duì)交通運(yùn)動(dòng)隨時(shí)間和空間的變化進(jìn)行跟蹤描述的技術(shù)，交通仿真是智能交通運(yùn)輸系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，是計(jì)算機(jī)技術(shù)在交通工程領(lǐng)域的一個(gè)重要應(yīng)用。

隨著城市的進(jìn)一步發(fā)展,城市交通擁堵已成為世界各國(guó)尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家面臨的日益嚴(yán)重的問(wèn)題，交通微觀仿真技術(shù)為解決城市交通問(wèn)題提供了有效的途徑，通過(guò)交通仿真,可以在不改變現(xiàn)有交通基礎(chǔ)設(shè)施的情況下,對(duì)各種交通規(guī)劃方案進(jìn)行合理的評(píng)估,并根據(jù)評(píng)估結(jié)果制定相應(yīng)的措施,從而達(dá)到改善交通狀況、節(jié)省成本的目的，但是交通系統(tǒng)是非線性系統(tǒng),一個(gè)細(xì)微的參數(shù)波動(dòng)都可能帶來(lái)“蝴蝶效應(yīng)”, 具有強(qiáng)不確定性，因此許多現(xiàn)象無(wú)法用確定性分析方法來(lái)研究,而應(yīng)該引入不確定分析方法，這種分析方法又是一個(gè)動(dòng)態(tài)開放系統(tǒng),與模型無(wú)法完全覆蓋的外部世界聯(lián)系緊密,存在系統(tǒng)局部之間、內(nèi)部與外部之間的關(guān)聯(lián)互動(dòng),離線、固化、基于特定模式的方法不能適應(yīng)交通運(yùn)行的快速變化,需要選用更具魯棒性的在線分析算法，根據(jù)工況變化不斷刷新模型及參數(shù),傳統(tǒng)仿真框架的封閉性并不適合對(duì)在線分析算法的研究。

所以，需要提出一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)來(lái)解決上述問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

基于背景技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)。

本發(fā)明提出的一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的城市道路在線微觀仿真方法及系統(tǒng)，包括以下步驟：

S1，對(duì)不確定因素的短時(shí)交通參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，利用數(shù)字孿生技術(shù)及其智能分段算法實(shí)現(xiàn)多個(gè)關(guān)聯(lián)交通信號(hào)下的逐段分解，同時(shí)利用小波分解方法從交通參數(shù)中提取趨勢(shì)和細(xì)節(jié)分量信息，進(jìn)行趨勢(shì)線收斂性判別，并通過(guò)ARMA方法構(gòu)建可能預(yù)測(cè)趨勢(shì)集；

S2，基于相關(guān)性分析交通擁堵判別與預(yù)警，構(gòu)建擁堵判別指標(biāo)和可應(yīng)用于概率預(yù)測(cè)結(jié)果的擁堵概率判別指標(biāo)，并利用趨勢(shì)和細(xì)節(jié)相關(guān)度的不同組合狀態(tài)對(duì)道路擁堵情況進(jìn)行分析，將目標(biāo)網(wǎng)路分割為多個(gè)交通狀態(tài)相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域；

S3，通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)對(duì)城市道路在線緩堵誘導(dǎo)的動(dòng)態(tài)交通進(jìn)行分配建模，基于擁堵關(guān)聯(lián)區(qū)域判別方法建立的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)，建立用于動(dòng)態(tài)交通分配模型參數(shù)估計(jì)的迭代搜索算法，通過(guò)動(dòng)態(tài)O-D參數(shù)的攝動(dòng)逐步降低各區(qū)主要道路的仿真與實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)誤差；

S4，對(duì)計(jì)及參數(shù)預(yù)測(cè)不確定性的城市道路交通誘導(dǎo)策略進(jìn)行優(yōu)化，建立系統(tǒng)最優(yōu)的誘導(dǎo)優(yōu)化目標(biāo)和開環(huán)交通仿真模型，基于目標(biāo)函數(shù)變化量關(guān)于誘導(dǎo)策略攝動(dòng)量的靈敏度構(gòu)建緩堵誘導(dǎo)措施的智能優(yōu)化算法，接著在道路速度預(yù)測(cè)值區(qū)間內(nèi)攝動(dòng)未來(lái)路況的誘導(dǎo)值，并推導(dǎo)出道路速度的變化量；

S5，對(duì)城市交通擁堵情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真，構(gòu)建滿足動(dòng)態(tài)性、交互性、開放性和可擴(kuò)展性的交通擁堵動(dòng)態(tài)仿真平臺(tái)，在支撐層中進(jìn)行調(diào)度、顯示、消息等基礎(chǔ)共性功能，并通過(guò)繼承、服務(wù)等OOT、SOA工具實(shí)現(xiàn)相互支撐和功能重用，解決交通應(yīng)用場(chǎng)景多樣化產(chǎn)生的矛盾。

優(yōu)選地，所述數(shù)字孿生技術(shù)在微觀仿真中所實(shí)現(xiàn)的功能主要為以下幾點(diǎn)：