[发明专利]一种分车道实时排队长度预测方法

权利要求书

1.一种分车道实时排队长度预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1：以某一车道绿灯放行结束时刻作为排队长度预测起始时刻，并通过观察获取起始时刻的初始排队长度，即为绿灯放行结束时剩余排队车辆数，由于交通状态的演化通常是由非饱和状态向过饱和状态过度，当从非饱和交通状态对排队长度进行估计时，此时初始排队长度为0；

步骤2：以路段行程时间为时间差，确定上游断面第一个设定间隔时间的放行时刻，其中设定间隔时间为2～5s；

步骤3：根据上游交叉口车辆行驶至下游交叉口不同车道的历史车辆数比例，预测出排队长度计算时段的各车道车流量比例，并与上游断面驶出车辆相乘，得到下游不同车道从上游断面驶出的车辆数；

步骤4：以设定间隔时间为间隔，运用Robertson车队离散模型预测下游车辆到达率；

步骤5：根据第n个信号周期停车波波速以设定间隔时间为间隔，计算其排队长度；

步骤6：考虑上一设定间隔时间结束后的累积排队长度，修正上游断面至队尾的行程时间，对当前设定间隔时间排队长度估计中Robertson车队离散模型的离散模型进行修正；

步骤7：重复步骤6，计算出车道i第n个信号周期有效红灯结束时的排队长度

步骤8：确定启动波与第n个信号周期停车波波速的相遇时刻，计算最大排队长度

步骤9：根据消散波与有效绿灯时长计算剩余排队长度，并以该排队长度作为下一周期的剩余排队长度，重复上述流程，实时对排队长度进行预测；

所述步骤3的车流量比例根据采用三阶移动平均方法的对排队长度计算时段的比例进行预测，即将过去3个间隔时段到达车辆数的平均值作为下一个时段到达车辆数的预测值，公式为：式中：—第j个统计间隔内上游车辆行驶至下游交叉口某车道的车流量比例的预测值；X_j-1—第j-1个统计间隔内上游车辆行驶至下游交叉口某车道的车流量比例，X_j-2—第j-2个统计间隔内上游车辆行驶至下游交叉口某车道的车流量比例，X_j-3—第j-3个统计间隔内上游车辆行驶至下游交叉口某车道的车流量比例；

所述步骤4包括：

式中，为第n个周期第x+t个时段的车辆到达率；为第n个周期第x+t-1个时段的车辆到达率；为第n个周期第x个时段，上游停车线断面的车辆通过率，取x为5秒的时间间隔进行计算；t为上述两个断面之间，车辆平均行驶时间的0.8倍，以时段数为单位；A为车流在运动过程中离散程度大小的一个系数，称为车流离散系数，需根据观察值修正；此外，Robertson模型假定的是从上游交叉口出来车辆全部直行，预测的是到下游交叉口全部的车辆，由于从上游断面出来的车辆中混有转向车流，而不同转向车辆的比例会影响下游交叉口不同车道的到达率，所以在预测下游交叉口车辆到达率时需考虑上游交叉口车辆行驶至下游交叉口不同车道的流量比例，通过乘以来提前估计上游不同车道的车辆通过率；

所述步骤5中，首先以设定间隔时间为间隔，确定停车波波速计算公式为：

式中，k_j为阻塞密度，为第n个周期x+t时刻的车辆到达率、车流密度，为为路段车辆的平均行驶速度；

根据Robertson模型的要求，取x为5秒的时间间隔进行计算，记x＝5h，h＝1,2,3,…，停车波波速可进一步表示为：

此时可得第n个周期每5秒时间间隔内的排队长度

步骤6中在排队长度形成时，Robertson模型的两个断面为：上游停车线断面与下游排队队尾断面，上游停车线断面固定不变，而下游排队队尾断面随着排队长度的增加向后移动，此时的t随着下游断面的移动而变化，根据排队长度与路段长度的比例关系可以得到，第h个时间间隔的行程时间为t_h：

式中，L为上下游断面之间距离，为第n个周期从排队长度预测起始时刻到最大排队长度出现时刻的时长，ROUND表示对括号里的值进行四舍五入取整；进一步的Robertson模型可表示为：

式中为第n个周期5h+t_h时刻的车辆到达率，为第n个周期5h+t_h-1-1时刻的车辆到达率，为第n个周期第5h个时段，上游停车线断面的车辆通过率，t_h-1第h-1个时间间隔的行程时间，A为车流在运动过程中离散程度大小的一个系数，称为车流离散系数，需根据观察值修正。