[发明专利]交通指数驱动高速公路拥堵场景仿真与投影沙盘展示方法

权利要求书

1.一种交通指数驱动高速公路拥堵场景仿真与投影沙盘展示方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，给定某一高速公路路网，利用交通仿真软件构建虚拟路网；设置仿真基本参数，包括路网总长度L、车道数N_road以及车辆运行参数；

在所述虚拟路网中设置车流量产生源点以及源点产生的流量值；从t＝0开始进行交通仿真，仿真方法为：车流量产生源点按照所述流量值不断向虚拟路网投入车辆，从而使路网车辆数从0开始不断增加直至路网饱和；在路网车辆数从0开始不断增加直至路网饱和的过程中，设置采样时间间隔，每达到采样时间时，检测所述虚拟路网的实际交通指数值和实际路网车辆密度值；由此得到多个实际交通指数值和对应的实际路网车辆密度值；

以所述实际路网车辆密度值为横坐标，以所述实际交通指数值为纵坐标，拟合得到实际路网车辆密度与实际交通指数之间的初始关系函数；

步骤2，给定离散的目标交通指数TPI_given＝i，其中，i＝{r₁,r₂,…,r_s}；s为离散的目标交通指数的数量，对于每一个目标交通指数TPI_given，均执行以下步骤2.1-步骤2.3：

步骤2.1，通过下式计算流量V_input：

其中：N_car代表路网车辆数，N_car＝Density_given×L×N_road；t_init为仿真评价时间段的起始时间；

Density_given为路网车辆密度值，通过以下方式获得：查找步骤1得到的所述初始关系函数，得到与所述目标交通指数TPI_given对应的路网车辆密度值Density_given；

步骤2.2，设置定义域[V_input-ΔV,V_input+ΔV]，其中，ΔV为流量变化量，为初始已知值；

在所述定义域中均匀选取u个流量值，分别为V₁,V₂,…,V_s，对于每个选取到的流量值V_k，其中，K∈(1,2,…,S)，均执行以下步骤2.2.1-步骤2.2.3：

步骤2.2.1，首先进入初始化仿真阶段；在初始化仿真阶段，路网车辆只进不出，在初始化阶段，车流量产生源点按流量值V_k产生流量，使仿真得到的路网交通指数逼近目标交通指数TPI_given；

步骤2.2.2，然后进入稳定运行仿真阶段，在稳定运行仿真阶段，按路网内车辆输入流量等于输出流量或路网内车辆不进不出的原则进行仿真运行；在稳定运行仿真阶段，选取仿真评价时间段[t_init,t_end]，其中，t_init为仿真评价时间段的起始时间，t_end为仿真评价时间段的终止始时间；在仿真评价时间段[t_init,t_end]中，设置Δt为时间采样间隔，N_t为采样数量，则：t_end＝t_init+(N_t×Δt)；

在仿真评价时间段[t_init,t_end]中，以Δt为时间间隔进行采样，并计算每个时间间隔的路网交通指数TPI_j，j＝1,2,…,N_t；

步骤2.2.3，设置仿真场景的路网交通指数TPI_j与目标交通指数TPI_given差异的评价函数：O＝||TPI_j-TPI_given||₂ (1)

由此得到仿真评价时间段[t_init,t_end]仿真场景的路网交通指数与目标交通指数TPI_given差异的目标函数：

将步骤2.2.2计算得到的TPI_j代入公式(2)，得到与选取的流量值V_k对应的仿真场景的路网交通指数与目标交通指数TPI_given差异值；

因此，在所述定义域中共选取u个流量值，分别为V₁,V₂,…,V_s；V₁,V₂,…,V_s分别计算得到对应的仿真场景的路网交通指数与目标交通指数TPI_given差异值；

步骤2.3，求解满足最小化目标函数的初始流量输入最优值：

即：V₁,V₂,…,V_s分别计算得到对应的仿真场景的路网交通指数与目标交通指数TPI_given差异值，最小差异值所对应的流量值即为初始流量输入最优值

步骤3，因此，对于给定离散的目标交通指数TPI_given＝i，其中，i＝{r1,r₂,…,r_s}；分别计算得到仿真所需设置的初始流量输入最优值

步骤4，拟合目标交通指数TPI_given与仿真场景设置的初始流量输入最优值之间的关系函数：即给定交通指数，可得到仿真出该交通指数运行场景所需设置的初始流量输入最优值；

步骤5，设置需要被仿真的交通指数，利用步骤4得到的关系函数，得到与需要被仿真的交通指数对应的初始流量输入最优值；然后，以初始流量输入最优值为初始值，仿真出对应交通指数的高速公路交通运行场景；

步骤6，将步骤5仿真得到的高速公路交通运行场景以数字投影沙盘的方式进行直观的虚实融合三维动态展示。