[发明专利]考虑汇入车流的干道车队判别方法

权利要求书

1.一种考虑汇入车流的干道车队判别方法，其特征在于，所述的考虑汇入车流的干道车队判别方法的步骤如下：

1)确定临界车头时距：

(1)获取等效车头时距

首先将某路段上的多条车道看作一条等效车道，该路段上的车流即可等效为一个车队，然后在下游的等效车道上确定等效断面，则在该断面上测量的车头时距即为等效车头时距；

(2)确定车流集中度

所谓车流集中度是指用来表示路段上一股车流中车辆相对集中程度的度量值；采集得到等效车头时距后，根据总体平均累计车头时距概率与车头时距的关系可拟合出能够显著表达为曲线变化规律的函数；然后对拟合函数进行一次和二次求导，得到该曲线转折点所对应的概率，即为车流集中度；

(3)选取临界车头时距

以得到的车流集中度为标准，绘制不同情况下的累计车头时距概率曲线图，图中累计车头时距概率为车流集中度时对应的车头时距即为临界车头时距；

2)计算支路流量和干道路段长度与临界车头时距的关系：

(1)确定支路流量与临界车头时距的关系

通过分析各个等效断面的临界车头时距随支路流量的变化趋势和规律，经过拟合，得到临界车头时距与支路流量可以用高斯函数表示，即：

h_k＝f*exp(-0.5*((q₁-g)/h)²) (4)

式中：h_k为临界车头时距，单位s；

q₁为支路流量,单位veh/h；

f,g,h为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

(2)确定干道路段长度与临界车头时距的关系

a.通过对仿真得到的数据进行分析，干道路段长度对临界车头时距的影响，在变化规律和曲线趋势上无明显影响，其主要影响是在不同的干道路段长度，曲线的极值点和曲线的变化率有明显的变化；

b.从数据的变化中可以明显地看出随着干道路段长度的增加，临界车头时距在不断的减小，且服从线性的关系；

(3)确定支路流量和干道路段长度与临界车头时距的关系

通过对仿真得到的数据进行分析，临界车头时距和干道路段长度、支路流量有着显著的函数关系；临界车头时距与支路流量的关系符合高斯公式，临界车头时距与干道路段长度符合负相关的关系，因此，综合三者之间的关系，通过拟合得到以下函数关系，具体公式如下所示：

h_k＝i+j*l₁+k*exp(-0.5*((q₁-m)/n)²) (5)

式中：l₁为干道路段长度，单位m；

q₁为支路流量,单位veh/h；

i,j,k,m,n为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

3)计算支路流量和支路位置与临界车头时距的关系:

(1)确定支路流量与临界车头时距的关系

分析各个等效断面的临界车头时距随支路流量的变化趋势和规律，经过拟合，得到临界车头时距与支路流量可以用高斯函数表示，即：

h_k＝f*exp(-0.5*((q₁-g)/h)²) (4)

式中：h_k为临界车头时距，单位s；

q₁为支路流量,单位veh/h；

f,g,h为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

(2)确定支路位置与临界车头时距的关系；

a.将干道流量为2100veh/h、干道路段长度为500m记作情况A，将干道流量为2350veh/h、干道路段长度为300m记作情况B；

b.对两种情况分别进行仿真得到临界车头时距；

c.通过对仿真得到的数据进行分析，支路位置与临界车头时距属于负相关的线性关系，随着支路位置的增加，临界车头时距不断地减小；

(3)确定支路流量和支路位置与临界车头时距的关系；

综合考虑三者之间的关系，通过拟合得到三者之间的函数关系为：

h_k＝o+p*l₂+q*exp(-0.5*((q₁-r)/s)²) (6)

式中：l₂为支路位置，单位m；

q₁为支路流量,单位veh/h；

o,p,z,r,s为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

4)计算支路流量和干道流量与临界车头时距的关系:

(1)确定支路流量与临界车头时距的关系

经过拟合，得到临界车头时距与支路流量可以用高斯函数表示，即：

h_k＝f*exp(-0.5*((q₁-g)/h)²) (4)

式中：h_k为临界车头时距，单位s；

q₁为支路流量,单位veh/h；

f,g,h为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

(2)确定干道流量与临界车头时距的关系

通过拟合得到临界车头时距与干道流量之间的函数关系，具体公式如下所示：

h_k＝u*exp(-0.5*((q₀-v)/w)²) (7)

式中：q₀为干道流量，单位veh/h；

u,v,w为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

(3)确定支路流量和干道流量与临界车头时距的关系

临界车头时距h_k分别随着干道流量与支路汇入流量的增大而减小，通过对三者关系的拟合分析，临界车头时距h_k与干道流量和支路汇入流量的关系可以用高斯公式来表示，具体公式如下所示：

h_k＝a₁*exp(-0.5*(((q₀-b₁)/c₁)²+((q₁-d₁)/e₁)²)) (8)

式中：a₁,b₁,c₁,d₁,e₁为待定参数，可根据实际数据进行参数标定得到；

5)建立车队判别指标模型：

(1)计算临界车头时距与各影响因素之间的关系

综合考虑车队判别模型表示为支路位置、干道路段长度、支路流量、干道流量与量临界车头时距之间的函数关系，具体公式如下所示：

h_k＝f(l₁,l₂,q₀,q₁) (9)

式中：h_k为临界车头时距，单位s；l₁为干道路段长度，单位m；l₂为支路位置，单位m；q₁为支路流量,单位veh/h；q₀为干路流量,单位veh/h；

(2)车队判别模型的确定

结合道路的实际情况，对于具体的通行道路来讲，与其相连接的支路位置和干道路段长度是固定不变的，故将支路位置和干道路段长度这两个影响因素的作用值间接用常数来替代，从而车队的判别模型为临界车头时距h_k与干道流量q₀和支路流量q₁的函数关系，具体公式如下所示：

h_k＝f(q₀,q₁) (10)

即：

式中：h_k为临界车头时距，单位s；

q₀为干道流量，单位veh/h；

q₁为支路流量,单位veh/h；

a,b,c,d,e为待定参数，根据实际数据进行参数标定得到；

6)车队的确定：

(1)车队判别模型的参数标定

根据调查地点的实际数据进行参数标定；在进行参数标定时，以模型计算值与实际值的均方根误差(RMSE)最小为判断标准来标定参数，即在均方根误差最小时，所对应的参数值就是该道路情况下的模型参数值；

本文参数标定时借助MATLAB软件，通过使用最小梯度法多次迭代，从而求得均方根误差(RMSE)最小时对应的参数值；

(2)车队的确定

将标定好的参数带入公式中，即可得到该道路情况下的车队判别模型，得到该路段的临界车头时距，则不同等效断面之间等效车头时距为该参数值的车队，为不同的车队。