模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，该方法包括以下步骤：(1)确定元胞的总数和仿真车辆的个数，初始化仿真系统；(2)仿真系统按照如下步骤进行演化：根据驾驶人的最大期望速度，对车辆进行加速操作；根据交通状况对车辆进行速度调整操作；根据交通状况，对车辆进行随机慢化操作；更新车辆在下一仿真时刻的位置；(3)计算交通流的密度、速度和流量关键交通参数。本发明专利技术在速度调整操作和随机慢化操作等关键技术环节更加真实地考量了驾驶人的主观感知与反应特征，使得模型能够更好地分析驾驶人的主观因素对交通流运行的影响，为道路交通系统的规划、设计与管理提供支持。

【技术实现步骤摘要】
模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法
本专利技术涉及交通流微观仿真方法，具体涉及一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法。
技术介绍
道路交通系统是一个由人、车、路和环境相互作用的复杂巨系统，具有很强的随机性、动态性和多因素的强耦合性，很难运用现有的数学工具进行准确的分析。依托于计算机的微观交通仿真技术给道路交通系统的研究提供了一个极好的工具，使得道路交通问题的分析和研究更加接近真实的交通情形，极大地推进了交通系统的规划、设计与管理水平的提升。元胞自动机模型具有时间和空间的离散性、算法的简单性和灵活性以及易于实施等优点，被广泛地应用于仿真各种交通系统。与连续型模型相比，元胞自动机模型更加简单和便捷。此外，元胞自动机模型可以对交通流非线性特征的复杂性进行建模，生成直观的物理图像，有助于理解交通流演化的复杂过程。现有的基于元胞自动机模型的仿真方法很少考虑驾驶人主观心理活动的复杂性，元胞的微观演化规则过于简单，不能很好地体现驾驶心理的复杂变化以及由此导致的复杂多样的交通流特征。专利技术人在长期的研究中发现，在复杂多变的交通环境下，驾驶人的主观感知与反应受到多种因素的影响，需要构建更加灵活、机动的元胞自动机演化规则予以模拟，以便取得更加逼真的仿真效果。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，该方法可以解决元胞的微观演化规则过于简单、不能很好地体现驾驶心理的复杂变化以及由此导致的复杂多样的交通流特征的问题。技术方案：本专利技术所述的基于模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，该方法包括。一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)选取实际交通流中的一个样本，计算所述样本中第i辆车的实际长度lveh(i)和所述每辆车实际长度的均值均方差s和单个元胞对应的实际道路长度lcell；(2)根据所述单个元胞对应的实际道路长度lcell和需要仿真的道路系统的实际长度Len计算元胞总数其中，Int()代表取整函数，将一个数值向下取整为最接近的整数；根据实际交通流中的最大车速vmax，计算所述仿真系统的最大车速(3)设定所述仿真系统中仿真车辆的总数M、仿真时长T；(4)创建包含N个元胞的交通仿真系统，并对所述仿真系统进行初始化，所述初始化包括紧密状态初始化和均匀状态初始化：所述紧密状态初始化时，首先选取所述元胞系统中的前M个元胞，并对每个所述元胞赋予数值1；对于第m个元胞，将其速度vm(0)赋予数值0，其中，1≤m＜M；对于第M个元胞，将其速度VM(0)赋予所述仿真系统的最大车速Vmax；所述均匀状态初始化时，首先等间距选取M个元胞，每个元胞赋予数值1，每个元胞的速度vm(0)赋予最大车速Vmax，其中，1≤m≤M；(5)对于某一仿真时刻t，其中，1≤t≤T，根据所述元胞系统中的仿真车辆m的位置xm(t)和其前车m+1的位置xm+1(t)，计算两车之间的距离；若xm(t)＜xm+1(t)，则两车之间的距离dm(t)＝xm+1(t)-xm(t)-1；否则，两车之间的距离dm(t)＝N+xm+1(t)-xm(t)-1；对所述仿真车辆m进行以下操作：加速操作：仿真车辆在下一仿真时刻的速度vm(t+1)＝min(vm(t)+1,Vmax)；速度调整操作：仿真车辆在下一仿真时刻的速度其中，rm(t)表示驾驶人的风险承受能力，表示前车m+1在下一仿真时刻t+1的预估速度；随机慢化操作：根据仿真车辆在下一仿真时刻的速度vm(t+1)以及其与前车的距离dm(t)，计算仿真车辆m的慢化概率其中，0＜p1＜p2＜1，τ＞0是慢化概率计算公式中的三个模型参数；位置更新操作：计算仿真车辆在下一仿真时刻的位置xm(t+1)＝xm(t)+vm(t+1)；如果xm(t+1)>N，xm(t+1)＝xm(t+1)-N。(6)计算所述元胞系统在仿真时刻t时的平均密度、平均速度和平均流率；若达到设定的仿真时长T即t≥T，停止计算并输出仿真结果；否则，进入下一仿真时刻t＝t+1，返回步骤(5)。优选的，所述步骤(1)中，所述每辆车实际长度的均值表示为：其中，lveh(i)表示第i辆车的实际长度，n为所述选取的一个样本中包含的车辆总数；所述样本的均方差s，表示为：所述单个元胞对应的实际道路长度lcell，表示为：优选的，所述步骤(5)中，风险承受能力rm(t)，表示为：其中，vm(t+1)为所述加速操作后的所述仿真车辆m的速度值，Vmax为所述元胞系统初始化后赋予的最大速度值，α，β均为参数，α≥0，0≤β≤1。优选的，所述平均密度表示为ρ＝M/N，其中，M为所述仿真系统中仿真车辆的总数，N为所述仿真系统中元胞的总数；平均速度表示为：其中，vm(t)为所述元胞系统中的非零元胞在仿真时刻t的速度；平均流率表示为：优选的，所述对前车m+1速度的预估表示为：其中，dm+1(t)为仿真车辆m+1与其前车的距离，vm+1(t)为仿真车辆m+1的速度值，Vmax为所述元胞系统初始化后赋予的最大速度值。有益效果：本专利技术与现有技术相比，其显著优点是：1、本专利技术在速度调整操作和随机慢化操作等关键技术环节更加真实地考量了驾驶人的主观感知与反应特征，使得模型能够更好地分析驾驶人的主观因素对交通流运行的影响，为道路交通系统的规划、设计与管理提供支持；2、本专利技术设计了更多的控制车辆运动状态的模型和参数，可以更加机动、灵活、方便地模拟现实交通流的各种情形，呈现交通波的产生与传播、亚稳态、回滞、渐变与突变等真实交通流的多种现象，为道路交通系统的规划、设计与管理提供支持。附图说明图1为模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法流程图；图2是在仿真系统的平均密度ρ取不同值时的时空演化图，其中图2a为ρ＝0.05的仿真系统时空演化图，图2b为ρ＝0.10的仿真系统时空演化图，图2c为ρ＝0.15的仿真系统时空演化图，图2d为ρ＝0.20的仿真系统时空演化图；图3为仿真系统的平均密度ρ取不同值时仿真系统的平均速度(AverageVelocity)和时间(Time)的关系图，其中图3a为ρ＝0.05时仿真系统的平均速度(AverageVelocity)和时间(Time)的关系图，图3b为ρ＝0.10时仿真系统的平均速度(AverageVelocity)和时间(Time)的关系图，图3c为ρ＝0.15时仿真系统的平均速度(AverageVelocity)和时间(Time)的关系图,图3d为ρ＝0.20时仿真系统的平均速度(AverageVelocity)和时间(Time)的关系图；图4为仿真系统的流率与密度的关系实验数据图，其中图4a为流率(Flux)与密度(Density)的关系实验数据全局图，图4b为流率(Flux)与密度(Density)的关系实验数据局部放大图。具体实施方式如图1所示，本专利技术提供的模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，该方法包括以下步骤：S01根据仿真的要求创建仿真系统，确定元胞的总数N、仿真车辆的个数M、仿真时长T、最大车速Vmax，并对系统进行初始化；S02对于每一个仿真车辆m，即非空元胞进行如下操作：加速操作：驾驶人根据当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)选取实际交通流中的一个样本，计算所述样本中第i辆车的实际长度lveh(i)和所述每辆车实际长度的均值

【技术特征摘要】
1.一种模拟驾驶人主观感知与反应的交通流微观仿真方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)选取实际交通流中的一个样本，计算所述样本中第i辆车的实际长度lveh(i)和所述每辆车实际长度的均值均方差s和单个元胞对应的实际道路长度lcell；(2)根据所述单个元胞对应的实际道路长度lcell和需要仿真的道路系统的实际长度Len，计算元胞总数其中，Int()代表取整函数，将一个数值向下取整为最接近的整数；根据实际交通流中的最大车速vmax，计算所述仿真系统的最大车速(3)设定所述仿真系统中仿真车辆的总数M、仿真时长T；(4)创建包含N个元胞的交通仿真系统，并对所述仿真系统进行初始化，所述初始化包括紧密状态初始化和均匀状态初始化：所述紧密状态初始化时，首先选取所述元胞系统中的前M个元胞，并对每个所述元胞赋予数值1；对于第m个元胞，将其速度vm(0)赋予数值0，其中，1≤m＜M；对于第M个元胞，将其速度VM(0)赋予所述仿真系统的最大车速Vmax；所述均匀状态初始化时，首先等间距选取M个元胞，每个元胞赋予数值1，每个元胞的速度vm(0)赋予最大车速Vmax，其中，1≤m≤M；(5)对于某一仿真时刻t，其中，1≤t≤T，根据所述元胞系统中的仿真车辆m的位置xm(t)和其前车m+1的位置xm+1(t)，计算两车之间的距离；若xm(t)＜xm+1(t)，则两车之间的距离dm(t)＝xm+1(t)-xm(t)-1；否则，两车之间的距离dm(t)＝N+xm+1(t)-xm(t)-1；对所述仿真车辆m进行以下操作：加速操作：仿真车辆在下一仿真时刻的速度vm(t+1)＝min(vm(t)+1,Vmax)；速度调整操作：仿真车辆在下一仿真时刻的速度其中，rm(t)表示驾驶人的风险承受能力，表示前车m+1在下一仿真时刻t+1的预估速度；随机慢化操作：根据仿真车辆在下一仿真时刻的速度vm(t+1)以及其与前车的距离dm(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国强，陈峻，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32