[发明专利]一种高速公路交通流元胞机仿真方法

说明书

本发明公开了一种高速公路交通流元胞机仿真方法，是融合多路段车辆密度和车道个数变化的高速公路交通流元胞机仿真方法，建立一个基于真实的高速公路的流量情况，多路段不同道路特征、车辆情况建立的元胞机的仿真模型。将检测到的流量，映射到道路密度进行道路的状态仿真，做真实的测量数据和元胞机的车辆数的映射；并提出了元胞机的新的一种边界条件，考虑高速公路车道个数变化，多个路段的密度不一样，并且涉及到车道之间的车辆信息传递的一些工作，经过检验，交通流仿真结果更为精确，能够模拟实际的交通流的数据。

技术领域

本发明涉及交通系统规划技术领域，特别是一种高速公路交通流元胞机仿真方法。

背景技术

交通流理论的研究目标是建立一套能描述交通一般特性的交通流模型，寻找交通流动的基本规律，以揭示交通拥堵产生的机理。根据研究方法的不同，可以将各种交通流模型分为微观车辆跟驰模型和元胞机模型，以及宏观连续模型和中观气体动理论模型。元胞机在20世纪80年代提出，20世纪90年代得到迅猛发展。人们把元胞机理论应用于交通流的研究，采用离散的时空和状态变量,规定车辆运动的演化规则，并通过大量的样本平均来揭示交通运行规律。由于交通元素从本质上来说是离散的。用元胞机理论研究交通，避免了离散-连续-离散的近似过程，因此其具有独持的优越性。与其他模型相比，元胞机在保留交通这一复杂系统的非线性行为和其他物理特征的同时，更易于计算机操作，并能灵活地修改其规则以考虑各种真实交通条件，如路障、高速公路出入匝道、驾驶员过度反应引起的随机慢化等。

目前的元胞机模型对于车辆初始化的仿真没有考虑到真实流量和密度的对应关系，多个路段情况下的车道个数变化，车辆密度变化带来的影响；如何利用真实的交通道路的数据，去尽可能真实的反应到元胞机模型中是目前现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，而提供一种高速公路交通流元胞机仿真方法，通过扩展元胞机的道路模型，发明了一种可以用于高速公路路况的元胞机的边界条件，并通过仿真结果拟合的方式得到元胞机中交通流量，交通流密度，平均车速三者的关系，使得我们可以通过真实的交通流测量数据得到一个比较适合元胞机的交通流密度，使得交通流仿真结果更为精确。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种高速公路交通流元胞机仿真方法，包括以下步骤：

步骤一、初始化车辆规格参数数据和真实路段的参数数据；

步骤二、使用元胞机位置更新规则和边界条件规则进行仿真，以得到每一个路段的真实车辆密度；

步骤三、对步骤二得到的每一个路段的真实车辆密度再次利用步骤二的元胞机位置更新规则和边界条件规则，得到元胞机中每个路段的每一辆车的在每个时刻的位置情况；

步骤四、根据步骤三得到的元胞机中每个路段的每一辆车的在每个时刻的位置情况，生成能够表现出车道个数变化和路段间的数据交互的时空分布图。

作为本发明所述的一种高速公路交通流元胞机仿真方法进一步优化方案，所述车辆规格参数数据包括车辆长度car_length、最大行驶速度car_{max_velocity}、随机慢化概率car_slow、慢启动概率car_{slow_launch}和极大巡航概率car_{high_drive}，真实路段的参数数据包括每个路段的长度path_length、车道个数path_lanes和真实车流量计数path_flow；根据初始化车辆参数数据和真实路段数据生成元胞机模型。

作为本发明所述的一种高速公路交通流元胞机仿真方法进一步优化方案，所述真实车流量计数是指单位时间经过该路段的车辆数。