基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法技术

本发明专利技术公开了一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，包括如下步骤：步骤一、建立信号交叉口施工区交通流模型；步骤二、对信号交叉口施工区进行数据采集；步骤三、搭建仿真平台对真实施工区交通流进行仿真；步骤四、利用步骤二采集的数据对信号交叉口施工区交通流模型参数进行标定；步骤五、利用步骤二采集的数据和仿真结果对信号交叉口施工区交通流模型进行验证。本发明专利技术提出的模型能够更好的反映交通流的异质性。与传统的微观交通流模型相比，所提出的基于社会力的模型在针对于无车道划分的交通流时更加适用。本发明专利技术首先改进现有的社会力模型，然后标定新提出的模型，并利用标定后的模型对交通流进行仿真分析。

【技术实现步骤摘要】
基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法
本专利技术涉及一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法。
技术介绍
近年，国内大力建设新的交通设施，高速公路和城市干线上施工频繁。特别是在城市道路上，交叉口上广泛存在施工区，施工区的设置降低了车辆在信号交叉口的通行效率，造成大量排队从而增加了汽车能耗及尾气排放，这对大气造成了严重的污染。由于城市道路上车辆异质性明显，并在设置施工区后道路特性发生改变，这使得交通流建模及排放研究变得较困难。虽然对于施工区进行了大量研究，但大多数研究集中在高速公路，城市道路施工区的研究相对较少。因为城市道路车辆异质性明显，汽车，大型车辆，行人，非机动车的行驶很难找到一个统一的规则。此外，存在施工区的交叉口具有无车道划分、行驶边界不规则等特性，一些传统的交通流模型并不适用这种复杂的交通场景。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述缺点，本专利技术提出了一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，包括如下步骤：步骤一、建立信号交叉口施工区交通流模型；步骤二、对信号交叉口施工区进行数据采集；步骤三、搭建仿真平台对真实施工区交通流进行仿真；步骤四、利用步骤二采集的数据对信号交叉口施工区交通流模型参数进行标定；步骤五、利用步骤二采集的数据和仿真结果对信号交叉口施工区交通流模型进行验证。与现有技术相比，本专利技术的积极效果是：本专利技术新建模型对施工区或非施工区内的异质交通流建模提供了新的参考，相比传统的车辆跟驰模型和车辆换道模型，本专利技术提出的社会力模型在交叉口施工区交通流建模有一些优势。第一，提出的模型能够更好的反映交通流的异质性。如果使用跟驰理论来研究异质交通流，就需要对不同类型的车辆应用不同的规则，例如汽车，重型车辆，行人，非机动车，但是很难找到一个统一的规则。但是在社会力模型的概念中，人群受力是由力控制而不是车辆跟驰模型中相似的行为规则控制，不同种类的车辆是可以用相同的模型的。根据观察发现，我国城市道路通常是由小汽车，公交车，铰链公交车，货车、非机动车和行人等不同类型的对象所组成，交通流具有很高的异质性。第二，常规的跟驰模型和换道模型被设计用于有车道划分的情景，因此它们不能直接应用于无车道划分的情景。在城市交叉路口，如果没有施工区存在，车辆可以在没有设置车道线的情况下遵循隐形车道来驾驶。然而，一旦存在施工区，压缩的可通行空间使得车辆不能跟随隐形车道移动并且变成完全的基于非车道的情况。与传统的微观交通流模型相比，所提出的基于社会力的模型在针对于无车道划分的交通流时更加适用。第三，社会力模型可以用于可通行区域的任何边界形状，因为边界对车辆的影响可以通过边界力来表示，而跟驰模型和换道模型仅适用于直线型边界。由于施工区的存在，交叉口的可通行区域具有不规则的边界，在这种情形下，社会力模型是更好地选择。但是，现有的社会力模型不能完全反映交叉口施工区的交通流特征，因此本专利技术首先改进现有的社会力模型，然后标定新提出的模型，并利用标定后的模型对交通流进行仿真分析。在理论研究方面，本专利技术主要关注的是城市道路施工交通流建模问题，并提出了采用社会力理论的方法来描述信号交叉口施工区的交通流特征，建立了城市道路信号交叉口施工区交通流模型。通过模型可分析施工区对城市道路信号交叉口的交通流量及车辆平均通过速度的作用机理，从而总结出施工区各因素对城市道路交通流的影响规律。这弥补了现有在城市道路施工区基于社会力建模的空白，为城市道路施工区交通流建模的研究提供了一种新思路。在实践应用方面，由于国内外对城市道路施工区交通流建模的研究较少，导致城市道路施工区建模缺少必要的理论支撑，这使得施工区内相关交通管控措施具有很大的盲目性。因此，利用本专利技术可制定相关交通管控措施用以缓解施工区地段的交通拥堵，降低施工区交叉口交通事故发生率，提高施工区内车辆通行能力。通过对施工区交叉口交通排放的研究分析，可以制定相关的措施来减少交通排放量，从而减少交通排放对于大气的污染。附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为信号交叉口横跨式施工区交通流模型示意图；图2为汽车二维示意图；图3为信号交叉口施工区仿真流程图；图4为不同D值下的速度流量图；图5为不同W值下的速度流量图；图6为不同PH值下的速度流量图；图7为不同λN值下的速度流量图。具体实施方式一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，包括如下内容：(一)模型建立考虑到道路上交通流的异质性、边界不规则性以及无车道划分等特性，建立了不同于传统的微观交通流模型。所建立的信号交叉口施工区交通流模型是基于社会力理论的，并且在本专利技术的仿真系统中承担着重要角色，系统以新建交通流模型为核心，旨在研究该模型在信号交叉口施工区交通流模拟中的表现。交叉口内的车辆向前移动，首先需要感知车辆周围环境等信息，获取相关信息之后，调用所建立的交通流模型，计算出目标车辆所受到的社会力，系统便可对车辆的速度、加速度、位置等信息进行更新。针对进行案例分析的交叉口，将使用标定后的社会力模型分析横跨式施工区的交通流特性，最后通过统计结果结合有关图形分析各因素对横跨式施工区交通流的影响。信号交叉口施工区交通环境具有特殊性，本模型将车辆的社会力进一步细化的同时，将车辆分为头车j与中间车辆i。头车是指正前方没有车辆，按照驱动力方向向前行驶的车辆，中间车辆是指由跟驰力或者间隙力促使它向前行驶的车辆。如图1所示，中间车辆i远离双向隐形边界不受异向车辆影响时，同时受到横向的力有：j对i的前车跟驰力、n与j的间隙所产生的左侧间隙力、j车与空隙之间对i的右侧间隙力和纵向的边界排斥力、车辆m对i的边侧车排斥力，此时通过相关计算得出前车跟驰力、左侧间隙力、右侧间隙力的大小并取最大值最为促使车辆向前行驶的力。但是中间车辆通过判断若受对向车辆影响时，要受到一个对向车辆给它的横向力促使车辆在运动方向减速，这个力称为异向车摩擦力，其他的受力情况和之前的分析一样。车辆所受社会力示意图如图1所示，以下将对各个力进行详细阐述。1、车辆形状设置在所建立的异质交通流社会力模型中，车辆受力或者位置判定时不能忽略车辆本身的长度、宽度等产生的影响。本专利技术所建立的模型中，每辆车的受力点都在车辆的重心，为了方便分析，本专利技术将每辆车都看做一个由四个点所围成的矩形。如图2所示，将车辆置于一个二维空间内，车辆的长度、宽度决定着其所占用的面积大小。目标车辆的受力方向、受力的大小与车辆的位置都通过横纵坐标实现。在本实施例中，本专利技术涉及的地点是城市道路的信号交叉口，所以在模型中本实施例考虑了不同车型，比如说：小汽车，公交车，铰链公交车，电瓶车等，每种车型都有不同的尺寸。根据城市道路工程设计规范CJJ37-2012，本实施例的各种车型所取的尺寸数值大小如表1所示：表1-车辆维度统计2、前向自驱动力根据目标效益最大化的原理，个体都具有以最短时间到达目的地的心理，但是因为道路交通环境存在一系列不能控制的复杂的影响因素并且车辆在行驶过程中难免存在着刹车减速的动作，所以一般情况下头车车辆j在某一时刻t的实际速度与期望速度存在差距。驾驶者在这个时候会进行加速来缩小这本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立信号交叉口施工区交通流模型；步骤二、对信号交叉口施工区进行数据采集；步骤三、搭建仿真平台对真实施工区交通流进行仿真；步骤四、利用步骤二采集的数据对信号交叉口施工区交通流模型参数进行标定；步骤五、利用步骤二采集的数据和仿真结果对信号交叉口施工区交通流模型进行验证。

【技术特征摘要】
1.一种基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、建立信号交叉口施工区交通流模型；步骤二、对信号交叉口施工区进行数据采集；步骤三、搭建仿真平台对真实施工区交通流进行仿真；步骤四、利用步骤二采集的数据对信号交叉口施工区交通流模型参数进行标定；步骤五、利用步骤二采集的数据和仿真结果对信号交叉口施工区交通流模型进行验证。2.根据权利要求1所述的基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，其特征在于：步骤一所述信号交叉口施工区交通流模型为：头车所受合力为：跟驰车辆所受合力：其中：(1)前向自驱动力按如下公式计算：式中，为头车j对应的最大加速度(m/s2)；分别为头车j的期望速度和实际速度(m/s)；τj为头车j的适应时间(s)；表示头车j的期望运动方向；(2)前车跟驰力按如下公式计算：式中，amax为保证车辆安全通过道路施工区的最大加速度；ds为行驶过程中前后车的安全距离；dij代表车辆之间的实际距离；为车辆i指向车辆j的标准矢量；vs为车辆安全跟驰速度；(3)间隙力按如下公式计算得到：式中，为存在可插间隙时吸引力的作用强度；gc为可插间隙；d为目标车与可插间隙的纵向距离；dw为车身宽；△d为车顺利通过的安全间距；dl为车辆的车身长度；车头中点指向可插间隙的中点；(4)边侧车排斥力按如下公式计算得到：式中，为边侧车排斥力的作用强度；dji为i车到j车的边侧距离；Bj为第j辆车的社会排斥力作用范围；表示与j车车身边界方向垂直并指向i车的标准矢量；(5)边界排斥力按如下公式计算得到：式中，为边界力的作用强度；dib为i车到边界的距离(m)；Bi为边界力作用范围；表示与边界垂直并指向i车的标准矢量；(6)异向车摩擦力按如下公式计算得到：式中，为摩擦强度系数，为常数；L是车辆i、j的车身长度之和；是车辆i、的中心水平距，是车辆i、j的垂直距离；是车辆i、j的切向相对速度；是指切向方向。3.根据权利要求2所述的基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，其特征在于：头车j的期望运动方向按如下公式计算得到：式中，和分别表示t时刻头车j的实际位置坐标和期望位置坐标。4.根据权利要求2所述的基于社会力的交叉口横跨式施工区交通流模型建立方法，其特征在于：车辆安全跟驰速度vs按如下公式计算得到：式中，vj为前方车辆j的车速，vi为后方车辆i的车速，ds为行驶过程中前后车之间的安全距离；bi是后方车辆i的最大减速度；bj是前方车辆j的最大减速度；δi是...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨达，周小霞，贾冰梅，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51