[發明專利]一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法

有效

• 申請號: 202111151905.5
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN113920724B
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 趙敏;黃欣
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: G08G1/01
• 分類號: G08G1/01;G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張俊俊

本發明提供一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法，屬于物理科學與工程技術領域，解決了仿真結果未考慮到混合道路切換控制器對交通流影響的問題，其技術方案為：包含以下步驟：S1：在格子流體力學模型的基礎上，設計一個切換控制函數項，該項函數體現車輛控制器會根據道路類型自動切換至相應的控制器，使交通流仿真貼近于真實交通流；S2：利用控制理論分析，研究切換控制器對交通流的影響。本發明的有益效果是：本發明設計的切換控制器會根據混合道路類型自動切換至直道或彎道控制器，使得模擬的交通系統更加貼近真實的交通流，進而可以有效減少交通擁堵現象以及穩定交通流，讓司機置身于一個更加安全及舒適的駕駛環境。

技術領域

本發明涉及物理科學與工程技術領域，尤其涉及一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法。

背景技術

隨著全球城市化快速發展和汽車數量的增長，交通環境日益惡化，交通擁堵問題已成為現代交通理論的重要研究課題。為了提高有限交通資源的效率，國內外各方研究者提出了各種交通流模型，這些交通模型一般分為兩類：宏觀和微觀交通模型。微觀模型主要關注單個車輛的動態行為，而宏觀模型忽略個體特征，用密度、流量和速度等變量來研究交通流的特征。

結合交通流模型的思想，考慮到實際交通復雜性，許多擴展的格子流體力學模型被國內外各學者提出，如雙車道、坡路、和彎道等。在轉彎時，車輛的運動軌跡易受弧度、摩擦系數、曲率半徑等因素的影響，這意味著在彎道的穩定性分析中應進一步研究更多的影響因素。2016年，周杰等人通過線性和非線性穩定性分析，提出了彎道上的格子流體力學模型。在此基礎上，周杰進一步研究了彎曲道路上的雙車道格子流體力學模型，揭示了車道變化對交通流量穩定性的影響。程榮軍等人基于駕駛員的記憶效應和最佳速度差異分析了彎道的交通流穩定性。

隨著無線通信技術和控制理論的快速發展，許多交通控制策略已應用于格子流體力學模型中。在直道框架下，反饋控制器對各種交通信息進行處理，如通量差、歷史密度差、次近鄰交互等。然而，在彎道框架下具有交通控制策略的格子流體力學模型的研究很少。雖然程榮軍等人基于直道和彎道的混合道路提出了一種新的格子流體力學模型，但在直道和彎道上車輛所使用的控制器相同。在實際交通中，不同道路應采取不同的控制策略，而近年來根據混合道路的類型自動切換相應的控制方法的交通模型未被研究。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有技術中的仿真結果未考慮到混合道路切換控制器對交通流的影響的問題，而提出的一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法。

本發明是通過如下措施實現的：一種基于混合道路切換控制器的改良交通流分析方法，其中，包含以下步驟：

S1：在格子流體力學模型的基礎上，該項函數體現了車輛控制器會根據道路類型自動切換至相應的控制器，使交通流仿真貼近于真實交通流；

S2：利用控制理論分析，研究切換控制器對交通流的影響。

所述步驟S1具體包含以下步驟：

步驟1.1：確定直道上格子流體力學模型的微分方程：

步驟1.2：確定直道上帶有最大速度和臨界密度的最優速度函數項為：

其中v_max為最大速度，ρ_c為臨界密度，ρ＝ρ_c為臨界點，最優速度V_s(ρ)隨著ρ的增大單調遞減；

步驟1.3：考慮彎道因子的密度方程：

其中r_j為彎道的局部密度，為彎道的平均密度；

步驟1.4：構建一個彎道上的最優速度函數項為：