[发明专利]基于复杂网络沙堆模型的城市路网机理关联规划方法

权利要求书

1.基于复杂网络沙堆模型的城市路网机理关联规划方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：建立城市道路网单向的有向网络集合，城市道路网络被抽象成单向的有向网络集：其中V为网络节点集合，所述网络节点代表交通路口集合；

步骤(2)：根据实际情况确定城市中各段道路自身承载能力

步骤(3)：确定各段道路的动态拥堵函数y_i(t)；

步骤(4)：判断y_i(t)是否大于拥堵函数阈值

步骤(5)：建立各条道路的拥堵时间评价函数，并评价其设计的合理性；

所述步骤(2)中“各段道路自身承载能力采用以下数学模型描述：

其中，公式(1)、(2)中假设发生拥堵的路段i受后侧连接的路段的影响因子为对左转、右转影响因子为和对前方路段的影响因子为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right},n_{i_back}∈R⁺表示拥堵道路i连接的前行、左行、右行以及后方汇入的道路数量，R⁺为正整数集；

公式(3)中，各路段的承载能力为η_i，道路i的长度为l_i、单向车道数量为p_i、与道路i连接的前行、左行、右行的道路数量分别为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right}后方汇入的道路数量为n_{i_back}、红绿灯时长为

公式(4)、(5)中，l^max,t^max,p^max,表示所规划城市道路网中最长的道路长度、最久的红绿灯时长、最大单向车道数、以及各道路中连接的最多前行、后方汇入、左行、右行的道路数量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中“各段道路的动态拥堵函数y_i(t)”采用以下数学模型描述：

公式(6)中，t为仿真时间步长；

公式(7)中，为拥堵道路i的最高限速，道路i车辆平均行驶速度为当前时间段T_i(t)服从以纵坐标轴，T_i(t)为横坐标轴的正态分布函数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中“判断y_i(t) 是否大于拥堵函数阈值算法的具体方法如下：

设置拥堵函数阈值即当时认为道路i发生了道路拥堵；

道路i的全天总拥堵次数m_i＝m_i+1。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中“建立各条道路的拥堵时间评价函数”采用以下数学模型描述：

T_i^Total为道路i一天内的总拥堵时间：

T_i^Total＝m_i×t (8)；

则各条道路的拥堵时间评价函数：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用以下表达式所描述的数学模型来描述城市路网的交通状况：

T_i^Total＝m_i×t (8)

各条道路的拥堵时间评价函数

其中，公式(1)、(2)中假设发生拥堵的路段i受后侧连接的路段的影响因子为对左转、右转影响因子为和对前方路段的影响因子为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right},n_{i_back}∈R⁺表示拥堵道路i连接的前行、左行、右行以及后方汇入的道路数量，R⁺为正整数集；

公式(3)中，各路段的承载能力为η_i，道路i的长度为l_i、单向车道数量为p_i、与道路i连接的前行、左行、右行的道路数量分别为n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right}。后方汇入的道路数量为n_{i_back}、红绿灯时长为

公式(4)、(5)中，l^max,t^max,p^max,表示所规划城市道路网中最长的道路长度、最久的红绿灯时长、最大单向车道数、以及各道路中连接的最多前行、后方汇入、左行、右行的道路数量；

公式(6)中，t为仿真时间步长；

公式(7)中，为拥堵道路i的最高限速，道路i车辆平均行驶速度为当前时间段T_i(t)服从以纵坐标轴，T_i(t)为横坐标轴的正态分布函数；

公式(8)中，T_i^Total为道路i一天内的总拥堵时间；

通过表达式(1)-(9)的数学模型仿真，而优化模型中的参数；

在进行仿真前做如下准备工作：

A)、设置参数：仿真时间步长t；车辆平均行驶速度与当前时间段T_i(t)的正态分布函数，以确定表达式(7)；

B)、生成城市交通网络

C)、初始化城市交通网络的相关参数：各路段i的道路长度l_i、单向车道数量p_i、与道路i连接的前行、左行、右行的道路数量n_{i_front},n_{i_left},n_{i_right}以及后方汇入的道路数量n_{i_back}、红绿灯时长道路i的最高限速道路i的全天总拥堵次数m_i；

D)、根据表达式(1)、(2)确定起始时刻各路段i受后侧连接的路段的影响因子左转、右转影响因子和前方路段的影响因子

E)、根据表达式(3)计算起始时刻各路段的承载能力η_i，并根据(4)、(5)将其归一化为

F)、按表达式(6)计算起始时刻每条道路i的拥堵函数y_i(t)；

G)、判断如是，则该时刻道路状况为拥堵；

仿真步骤按步长t循环进行步骤D)-G)；

根据上述判断情况计算道路i的在全天内的总拥堵次数m_i，并根据表达式(8)、(9)计算道路i一天内的总拥堵时间T_i^Total和拥堵时间评价函数

根据道路i一天内的总拥堵时间T_i^Total和拥堵时间评价函数计算结果，评价城市道路设计的总体拥堵情况。