城市道路机动车交通信号控制的元胞仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种城市道路机动车交通信号控制的元胞仿真方法，其包括以下步骤：S1、根据实际城市道路网构造仿真路网的拓扑结构；S2、设置仿真路网上所有连线及交叉口的几何参数；S3、设计仿真路网上所有连线的二维元胞划分方案：S4、设置仿真路网的交通流特征参数、仿真路网上所有交叉口的信号控制参数、仿真参数；S5、进行仿真过程。本发明专利技术实现准确地估计机动车流在信号控制交叉口进口的左转和直行方向上的排队长度、排队延误、停车次数等评价指标或优化目标，用于城市道路交叉口信号协调控制方案优化与仿真过程。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种仿真方法，特别是涉及ー种。
技术介绍
Daganzo C. F.提出的兀胞传输模型(Cell Transmission Model, CTM)认为路段上交通流參数的空间变化主要发生在连线纵向上，而连线横向上的交通流空间变化可以忽略，认为同一个元胞内的交通流參数只随时间变化。元胞传输模型十分适合于模拟高速公路上的连续交通流的运行特征。元胞传输模型也可应用于城市道路交通流运行仿真。但是，如果像在高速公路上那样，仍然沿着车流前进方向将路段划分为多个ー维元胞的方法存在不足，具体有两个方面ー是不能有效描述车流在四相位交通信号控制交叉口上的运行规 律，ニ是不能准确估计交叉ロ进ロ的左转和直行方向上机动车流的排队长度、排队延误、停车次数等优化目标或评价指标。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供ー种，其建立用于模拟信号控制路网上交通流运行规律的ニ维元胞传输方案与模型，以实现准确地估计机动车流在信号控制交叉ロ进ロ的左转和直行方向上的排队长度、排队延误、停车次数等评价指标或优化目标，用于城市道路交叉ロ信号协调控制方案优化与仿真过程。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的ー种，其特征在于，其包括以下步骤SI、根据实际城市道路网构造仿真路网的拓扑结构；S2、设置仿真路网上所有连线及交叉ロ的几何參数；S3、设计仿真路网上所有连线的ニ维元胞划分方案S4、设置仿真路网的交通流特征參数、仿真路网上所有交叉ロ的信号控制參数、仿真參数；S5、进行仿真过程。优选地，所述步骤SI包括以下具体步骤S1. I将实际城市道路网上的所有连线编号；S1. 2对实际城市道路网上的所有交叉ロ进口上的车流流向进行编号，车流流向包括左转、直行、右转流向；SI. 3建立实际城市道路网上的所有交叉ロ进口上的车流流向编号与对应的流入连线编号和流出连线编号之间的对应关系。优选地，所述步骤S2包括以下具体步骤S2. I对于连线设置几何參数，几何參数包括连线类型和连线长度，连线类型包括边界流入连线、边界流出连线、内部连线；S2. 2对于交叉ロ设置几何參数，几何參数包括进ロ道的长度、进ロ道车流流向的类型、进ロ道车流流向上的车道数，进ロ道车流流向包括左转、直行、右转流向。优选地，所述步骤S3包括以下具体步骤S3. I对于边界流出连线，仅划分为一维元胞序列；S3. 2对于边界流入连线和内部连线，划分为二维元胞网格。优选地，所述步骤S4包括以下具体步骤S4. I设置仿真路网的交通流特征参数54.I. I对于交叉口，设置每个进口上车流流向的车流比例；S4. I. 2对于边界流入连线，设置进入边界流入连线的实际流量与可进入连线的最大流量的比值；S4. 2设置仿真路网上所有交叉口的信号控制参数S4. 2. I设定各个交叉口的信号相位方案及所包含相位的编号，设定所有车流方向(左转、直行、右转)所在的信号相位方案编号及相位编号；S4. 2. 2设定所有信号相位方案的时间参数，时间参数包括周期时长、相位差、相位绿灯时间、相位黄灯时间、相位全红时间；S4. 3设置仿真参数，具体包括仿真步长、仿真时长、动态获取评价指标的步长。优选地，所述步骤S5包括以下具体步骤交通信号仿真、路网交通流运行仿真、动态获取优化目标或评价指标三个具体步骤。 优选地，所述交通信号仿真步骤包括以下具体步骤S5. I. I设置当前相位；55.I. 2绿灯时间向前推进一个仿真步长，并判断是否到达设定绿灯时间若为真，则转向步骤S5. I. 3 ;若为假，则转向步骤S5. I. 2 ；S5. I. 3黄灯时间向前推进一个仿真步长，并判断是否到达设定黄灯时间:若为真，则转向步骤S5. 1.4 ;若为假，则转向步骤S5. 1.3 ；S5. 1.4全红时间向前推进一个仿真步长，并判断是否到达设定全红时间若为真，则转向步骤S5. I. I ;若为假，则转向步骤S5. 1.4。优选地，所述路网交通流运行仿真步骤包括以下具体步骤S5. 2. I以均匀分布生成各个边界流入连线在仿真时段内所有仿真步长的进入车辆数；S5. 2. 2设置每个元胞的初始状态；S5. 2. 3推进一个仿真步长，并计算每个元胞内存在的车辆数及流出的车辆数；S5. 2. 4判断仿真时间是否达到预设的仿真时长，若为真，则结束仿真过程；若为假，则转向步骤 S5. 2. 3。优选地,所述动态获取优化目标或评价指标步骤包括以下具体步骤S5. 3. I计算每个元胞的状态，即元胞是否处于阻塞状态，如果元胞流出车辆数为零且元胞内存在的车辆数大于零，则元胞处于阻塞状态，否则元胞处于畅通状态；S5. 3. 2每个仿真步长根据元胞状态计算车辆排队长度、排队延误、停车次数等评价指标；S5. 3. 3当仿真时间为动态获取评价指标的步长的整数倍时，输出评价指标。本专利技术的积极进步效果在于(I)本专利技术能有效模拟机动车流在二相位及多相位(包括四相位)交通信号控制交叉口上的运行规律。(2)本专利技术能够准确估计机动车流在信号控制交叉口进口的左转、直行、右转(如果受信号控制)方向上的排队长度、排队延误、停车次数等评价指标或优化目标。(3 )与一维元胞传输模型相比，本专利技术获得的评价指标的相对误差更小，对优化目标或评价指标的估计更为准确。(4)本专利技术可以仿真排队溢出和车道阻塞现象。附图说明图I为本专利技术的流程图。图2为本专利技术进行验证实验所用到的一个十字交叉口示意图。图3 (a)为一维划分方案示意图，图3 (b)为二维划分方案示意图。图4 (a)为平均延误的对比示意图，图4 (b)为平均延误的相对误差的对比示意图，图4(c)为平均延误的绝对相对误差的对比示意图，图4 (d)为平均绝对相对误差的对比示意图。图5 (a)为一条连线上的直行车辆排队示意图，图5 (b)为一维元胞η与其三个后继虚拟二维元胞(1，η’)、(2，η’)(3，η’)之间的关系示意图，图5 (c)为二维元胞(1，η)、(2，η)、(3，η)与其三个后继虚拟二维元胞(1，η’)、(2，η’)、(3，η’)之间的关系示意图，图5 (d)为一维元胞划分方法对于直行车流排队的估计示意图，图5 (e)为二维元胞划分方法对于直行车流排队的估计结果示意图。具体实施例方式下面结合附图给出本专利技术的流程和较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图I所示，本专利技术包括以下步骤 步骤(I)根据实际城市道路网构造仿真路网的拓扑结构(1. I)将实际城市道路网上的所有连线编号；(I. 2)对实际城市道路网上的所有交叉口进口上的车流流向进行编号，车流流向包括左转、直行、右转流向；(I. 3)建立实际城市道路网上的所有交叉口进口上的车流流向编号与对应的流入连线编号和流出连线编号之间的对应关系；步骤(2)设置仿真路网上所有连线及交叉口的几何参数(2. I)对于连线设置几何参数，几何参数包括连线类型和连线长度，连线类型包括边界流入连线、边界流出连线、内部连线；(2. 2)对于交叉口设置几何参数，几何参数包括进口道的长度、进口道车流流向的类型、进口道车流流向上的车道数，进口道车流流向包括左转、直行、右转流向；步骤(3)设计仿真路网上所有连线的二维元胞划分方案(3. I)对于边界流出连线，仅划分为一维元胞序列；(3. 2)对于边界流入连线和内部连线，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种城市道路机动车交通信号控制的元胞仿真方法，其特征在于，其包括以下步骤：S1、根据实际城市道路网构造仿真路网的拓扑结构；S2、设置仿真路网上所有连线及交叉口的几何参数；S3、设计仿真路网上所有连线的二维元胞划分方案：S4、设置仿真路网的交通流特征参数、仿真路网上所有交叉口的信号控制参数、仿真参数；S5、进行仿真过程。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高云峰，胡华，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：