[发明专利]一种研究微观交通流的时空分析法

说明书

本发明是在专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”（专利申请号为201811172485.7）中建立的时空化交通容量概念的基础上，应用现代物理学量子论的思维方法，以道路交通为例，融合现有的微观交通流理论，分析交通单元占用的时空化交通容量，从而建立交通单元的时空容量子模型。从应用范围上看，本方法从时空化的角度建立的交通单元时空容量子模型，可广泛应用于各类交通运输领域，包括道路交通、水面交通等二维平面交通运输，也包括航空航天、水下等三维立体交通运输，具有重大的应用价值。

技术领域

本发明是在交通拥塞相关的专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)中建立的时空化交通容量概念的基础上，用量子化的方式，研究建立一种基于交通单元微观交通流的时空分析法，又称时空容量子分析法，适用于各类交通领域。

背景技术

量子理论是现代物理学的一块奠基石，量子的概念最早是普朗克在1900年提出的，他用量子化的方法假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h是一个自然常数。后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。如今，量子理论成为了科学史上能最精确地被实验检验的理论，是科学史上最成功的理论。而宏观物体是由微观世界建构而成的，因此量子物理学不仅是研究微观世界结构的工具，而且在深入研究宏观物体的微结构和特殊的物理性质中也发挥着巨大作用。

交通流理论是运用物理与数学的定律来描述交通特性的一门边缘科学，是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，其目的是为了阐述交通现象形成的原理。

现有的交通流理论主要包含四种理论方法，即概率论方法、跟驰理论、交通波理论和排队论，从描述交通系统的精细程度分类，这些交通流理论分属于宏观、中观和微观三种模型。其中，交通波理论属于宏观模型，它分析车流波的传播速度来寻求车流流量和密度同车速之间的关系；跟驰理论属于微观模型，它是运用动力学方法研究交通单元列队在无法超车的单一通道上行驶时，后车跟随前车的行驶状态；概率论方法属于中观模型，它研究车流的分布规律；排队论也属于中观模型，它主要研究交通等待时间，排队长度的概率分布，以便合理协调服务对象与服务系统之间的关系，使之既能满足服务对象的要求，又能最大限度地节省服务系统的经费。

基于以上分析，既然交通流理论是运用物理与数学的定律来描述交通特性的一门边缘科学,是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，那么使用现代物理学先进的时空化方法和量子化方法来研究交通问题，就是交通流理论科学发展的必然选择。

发明内容

专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)利用时空化的方法研究了交通拥塞和交通容量等宏观交通现象之间的相对变化关系，其中，该时空分析法建立了一种时空容量单位，即以交通道横截面上的通道数* 时间的这种物理时空化的方式来衡量交通通行能力，计量单位设定为通道*小时、通道*分钟、通道*秒，等等。

假设交通道横截面的时空容量是可以量子化的，如同物理学中可以量子化的能量、角动量、自旋、电荷等物理量一样。

由于宏观交通是由微观交通组成的，宏观上通过交通道横截面的交通流都是由一个个交通单元组成的，所以横截面的时空化交通容量也有了量子化分析的物理基础。

以下将以交通道路和交通车辆为例进行分析。

应用专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”中的方法，建立基于道路横截面的时空化排队服务系统之后，以空间*时间的时空方式分析，当交通车辆通过道路横截面时，交通车占用的时空化的交通道业务量c，也是交通车容量子大小，如公式(1)所示，