[发明专利]一种城市道路交通拥堵持续时间和空间扩散预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种城市道路交通拥堵状态分析预测方法。

背景技术

通拥堵已成为困扰大城市的主要社会问题之一，逐渐成为社会可持续发展的瓶颈。交通拥堵是指某一时空下交通需求和供给产生矛盾引起交通流滞留现象，即道路交通设施提供的交通容量接近或小于当下的交通需求量而又得不到及时疏导。而交通拥堵作为一种典型交通状态，是一个随时间动态变化的过程。分析交通拥堵在时间尺度和空间尺度的演变机理，从而正确理解和把握交通拥堵的产生、传播和消散规律，对及时预防和缓解交通拥堵和提高有限道路资源的通行效率有着重要作用。而元胞传输模型(CTM)能模拟交通流的一些典型动力学特征，如激波、拥堵形成以及多路段组合节点动态演化规律等。CTM是把路段划分成多个元胞(cell)，并将时间离散若干个单位时间步长，每个元胞的长度就等于自由交通流在单位时间步长δ内行驶的距离。CTM所描述元胞之间的流量流动必满足：

q＝min{vρ，q_max，w(ρ_j-ρ)}(1)

其中0＜ρ＜ρ_j；v为自由流速度；w为交通拥挤时车流波反向传播速度；q_max：最大交通流量；ρ_j：阻塞密度。当低密度的交通状态时，自由流速度v是一个常量，在高密度下向后传播的拥挤波速w也是一个常量，并且v＞w。

元胞之间的流量传输示意图如图2所示，其中y_i(k)为第k个时间步长内元胞i的流入量，N_i(k)为第k个时间步长内元胞i的最大承载能力。n_i(k)第k个时间步长内元胞i上的车辆数。

y_i(k)＝q_i(k)δ＝min{vρ_i-1(k)δ，q_i.max(k)δ，ω(ρ_j-ρ_i(k))δ}(2)

其中q_i(k)为第k个时间步长元胞i上的流入率；q_i.max(k)为第k个时间步长元胞i上的最大流入率。

由于元胞内的车辆数与密度的存在如下关系：n_i(k)＝ρ_i(k)vδ，因此推出相邻元胞之间流量的传播关系由式3所示：

y_i(k)＝min{n_i-1(k)，Q_i(k)，ω(N_i(k)-n_i(k))/v}(3)

其中Q_i(k)为第k个时间步长元胞i上的最大流入量。

而后将其离散化，得到元胞传输模型的流量守恒方程为

n_i(t+1)＝n_i(t)+y_i(t)-y_i+1(t)(4)

但作为交通拥堵两方面内容：交通拥堵空间扩散估计和交通拥堵的持续时间预测，目前是被作为相对独立的研究点，并没有建立一种交通拥堵演变机理的分析方法。

发明内容

为了克服已有的城市交通拥堵分析方法的不能有效预测拥堵持续时间和空间扩散估计、实用性较差的不足，本发明提供一种能有效预测拥堵持续时间和空间扩散估计、实用性良好的城市道路交通拥堵持续时间和空间扩散预测方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种城市道路交通拥堵持续时间和空间扩散预测方法，所述预测方法包括以下步骤：

1)根据初始拥堵发生后道路交通流特性，将目标区域路段分为：目标路段：指当前处于拥堵交通状态的路段；上游路段：指按交通流传播方向处于目标路段的上游位置的路段，该路段的交通流将在下个时刻进入目标路段，具有交通生成特性；下游路段：指按交通流传播方向处于目标路段的下游位置的路段，该路段在下个时刻接受目标路段驶离交通流；

依照CTM模型，划分目标路段及上、下游路段所组成的区域的元胞，尾元胞定义为处于路段的下游出口渠化区的元胞，分别对应左转尾元胞、直行尾元胞和右转尾元胞；

取单一行驶方向任意路段，由m个普通元胞组成及一组尾元胞组成，i＝1，2，...，m，并且按交通流方向路段起点由1开始升序编号；定义如下常用变量：在第k个时间步长路段两类元胞的关键参数的相对应的变量如下表1所述：

表1

2)初始化各个元胞的各个关键参数；