[发明专利]一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法

说明书

本发明公开一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法，包括：以城市高密度路网区域作为建模对象，以道路边界端作为交通流输入位置和输出位置，输入位置与输出位置之间的路段包括城市快速路基本路段、出入匝道和互通立交，以及城市非快速路基本路段和交叉口，对所述输入位置与输出位置之间的路段进行元胞划分，对元胞建立混合混合交通流元胞传输模型，对城市道路路网状态进行仿真预测。本发明综合考虑城市快速路与城市非快速路的交通流，将城市快速路元胞与城市非快速路元胞进行了有效衔接，并且对交织区和交叉口的元胞划分以及建模方法进行设计与改进，有利于综合研究城市路网区域的交通流变化以及针对交通流管控的交通流状态仿真预测。

技术领域

本发明涉及交通仿真与交通状态预测领域，特别涉及一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法。

背景技术

城市快速路是现代城市道路系统中常见的交通基础设施，是设有中央分隔、全部或部分采用立体交叉与控制出入，供车辆以较高的速度行驶并且能够连续通行的道路。城市快速路由于具有突出的优点，对交通流的吸引力更强，高峰时期内的交通流往往会更倾向聚集于城市快速路，路网地面高容量道路并没有得到充分利用，基本上都处于低密度状态，为快速路分担高强度出行交通流的作用也就未被充分发挥。因此，以快速路为主体的城市路网的交通流分布处于一种极度不均衡的状态，交通拥堵也随之生成。

因此，需要对城市路网区域的交通流进行管控。理论上来说，通过合理的管控方法可以实现将交通流均衡地分配到整个区域路网，使城市路网区域的通行效率处于最佳状态附近，同时提高未利用高容量道路地利用率，从而避免通行能力骤降以及严重拥堵的发生。

元胞传输模型是一种新兴的交通流仿真模型，它是一个将流体动力学系统演化演化的时间和和空间以离散的形式再现的一种重要方法。元胞传输模型可以捕捉到网络交通流中的不连续变化现象，清晰地描述排队的物理效应，可以较好地模拟出交通动力学特性。但是，元胞传输模型的仿真对象一般只针对单一种类的路网，如城市快速路路网、高速路路网或城市非快速路路网等，对于包括城市快速路和非快速路的混合城市道路路网的仿真缺少研究与实践，不能很好地实现快速路交通流和非快速路交通流之间的交换以及交叉口区域交通流的更新。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明目的是提供一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法，综合考虑城市快速路和非快速路组成的混合路网，以混合元胞传输模型为基础，研究城市道路路段、道路交织区和道路交叉口的元胞划分与建模方法，并据此实现交通流的仿真与预测。

技术方案：本发明的一种城市高密度路网混合交通流元胞传输仿真预测方法，包括：以城市高密度路网区域作为建模对象，以路网区域内道路的边界端作为交通流输入位置和输出位置，输入位置与输出位置之间的路段包括城市快速路基本路段、出入匝道和互通立交，以及城市非快速路基本路段和交叉口，对所述输入位置与输出位置之间的路段进行元胞划分，分为路段元胞、交织元胞和交叉口元胞三种元胞，对所述三种元胞建立混合交通流元胞传输模型，根据所述混合交通流元胞传输模型对城市道路路网状态进行仿真预测。

进一步，根据交通流量守恒理论，所述混合路网元胞传输模型包括元胞i内的交通流密度ρ_i更新公式以及车辆数n_i随时间变化的更新公式，分别为：

n_i(k+1)＝ρ_i(k+1)*l_i

式中，ρ_i(k)表示元胞i在第k个时间步长内的交通流密度；表示元胞i在第k个时间步长内的交通流输入量；表示元胞i在第k个时间步长内的交通流输出量；ΔT表示元胞更新的时间步长时间值；l_i表示元胞i的长度；n_i(k+1)表示元胞i在第k+1个时间步长内所包含的车辆数。

进一步，所述交织元胞分为分流元胞或合流元胞。