一种研究微观交通流的时空分析法制造技术

本发明专利技术是在专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”（专利申请号为201811172485.7）中建立的时空化交通容量概念的基础上，应用现代物理学量子论的思维方法，以道路交通为例，融合现有的微观交通流理论，分析交通单元占用的时空化交通容量，从而建立交通单元的时空容量子模型。从应用范围上看，本方法从时空化的角度建立的交通单元时空容量子模型，可广泛应用于各类交通运输领域，包括道路交通、水面交通等二维平面交通运输，也包括航空航天、水下等三维立体交通运输，具有重大的应用价值。

A Spatio-temporal Analysis Method for Micro-traffic Flow Research

The invention is based on the concept of spatio-temporal traffic capacity established in the patent application \A spatio-temporal analysis method for studying the relative variation of traffic congestion and capacity\ (patent application No. 201811172485.7). It applies the thinking method of modern physics quantum theory, takes road traffic as an example, integrates the existing microscopic traffic flow theory, and analyses the spatio-temporal occupancy of traffic units. Traffic capacity is used to establish the space-time capacity sub-model of traffic unit. From the perspective of application scope, the space-time capacity sub-model of traffic unit established by this method from the perspective of spatio-temporal can be widely used in various transportation fields, including two-dimensional plane transportation such as road traffic and surface traffic, as well as three-dimensional three-dimensional transportation such as aerospace and underwater transportation, which has great application value.

【技术实现步骤摘要】
一种研究微观交通流的时空分析法
本专利技术是在交通拥塞相关的专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)中建立的时空化交通容量概念的基础上，用量子化的方式，研究建立一种基于交通单元微观交通流的时空分析法，又称时空容量子分析法，适用于各类交通领域。
技术介绍
量子理论是现代物理学的一块奠基石，量子的概念最早是普朗克在1900年提出的，他用量子化的方法假设黑体辐射中的辐射能量是不连续的，对于一定频率ν的辐射，物体只能以hν为能量单位吸收或发射它，h是一个自然常数。后来的研究表明，不但能量表现出这种不连续的分离化性质，其他物理量诸如角动量、自旋、电荷等也都表现出这种不连续的量子化现象。这同以牛顿力学为代表的经典物理有根本的区别。量子化现象主要表现在微观物理世界。描写微观物理世界的物理理论是量子力学。如今，量子理论成为了科学史上能最精确地被实验检验的理论，是科学史上最成功的理论。而宏观物体是由微观世界建构而成的，因此量子物理学不仅是研究微观世界结构的工具，而且在深入研究宏观物体的微结构和特殊的物理性质中也发挥着巨大作用。交通流理论是运用物理与数学的定律来描述交通特性的一门边缘科学，是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，其目的是为了阐述交通现象形成的原理。现有的交通流理论主要包含四种理论方法，即概率论方法、跟驰理论、交通波理论和排队论，从描述交通系统的精细程度分类，这些交通流理论分属于宏观、中观和微观三种模型。其中，交通波理论属于宏观模型，它分析车流波的传播速度来寻求车流流量和密度同车速之间的关系；跟驰理论属于微观模型，它是运用动力学方法研究交通单元列队在无法超车的单一通道上行驶时，后车跟随前车的行驶状态；概率论方法属于中观模型，它研究车流的分布规律；排队论也属于中观模型，它主要研究交通等待时间，排队长度的概率分布，以便合理协调"服务对象"与"服务系统"之间的关系，使之既能满足"服务对象"的要求，又能最大限度地节省服务系统的经费。基于以上分析，既然交通流理论是运用物理与数学的定律来描述交通特性的一门边缘科学,是研究交通流随时间和空间变化规律的模型和方法体系，那么使用现代物理学先进的时空化方法和量子化方法来研究交通问题，就是交通流理论科学发展的必然选择。
技术实现思路
专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)利用时空化的方法研究了交通拥塞和交通容量等宏观交通现象之间的相对变化关系，其中，该时空分析法建立了一种时空容量单位，即以交通道横截面上的通道数*时间的这种物理时空化的方式来衡量交通通行能力，计量单位设定为通道*小时、通道*分钟、通道*秒，等等。假设交通道横截面的时空容量是可以量子化的，如同物理学中可以量子化的能量、角动量、自旋、电荷等物理量一样。由于宏观交通是由微观交通组成的，宏观上通过交通道横截面的交通流都是由一个个交通单元组成的，所以横截面的时空化交通容量也有了量子化分析的物理基础。以下将以交通道路和交通车辆为例进行分析。应用专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”中的方法，建立基于道路横截面的时空化排队服务系统之后，以空间*时间的时空方式分析，当交通车辆通过道路横截面时，交通车占用的时空化的交通道业务量c，也是交通车容量子大小，如公式(1)所示，c＝x2*t(1)其中，c表示时空化的交通道业务量，x2表示交通车的占用的空间分量，t表示交通车占用时间分量。空间分量分析当交通车辆通过道路横截面时，以车道数为单位，计量交通车辆占用的空间情况，交通车在横截面上占用的空间分量x2，与交通车的行为有关，包括：当交通车辆通过道路横截面时，沿着车道正常行驶，一般车辆占用的空间分量x2等于1条车道；当交通车辆通过道路横截面时，发生变换1条车道行为，车辆占用的空间分量x2等于2条车道；当交通车辆通过道路横截面时，发生横穿道路行为时，如果道路横截面的车道数为1，则车辆占用的空间分量x2等于1条车道，如果道路横截面的车道数大于1，则交通车辆占用的空间分量x2大于等于2条车道，小于等于道路横截面上的最大车道数。时间分量分析以下关于时间分量的分析，主要讨论交通车辆通过道路横截面时，沿着车道正常行驶的状态下，即占用的车道数交通车占用时间分量t。在现有的交通流理论中，跟驰理论属于微观模型，它是运用动力学方法研究交通单元列队在无法超车的单一通道上行驶时，后车跟随前车的行驶状态，可用来开展交通车容量子模型中的时间分量分析。当交通车辆通过道路横截面时，交通车占用时间分量t，就是其安全通过横截面的最小时长t0，参考交通流微观分析理论——跟驰理论，如果考虑车前点的间距L，且前后车制动距离相同时，两车不发生碰撞的条件是，停车后车前点的间距L满足以下条件，L≥L0(2)其中，停车后车前点的最小间距L0如公式(3)所示，L0＝l1+l2(3)其中，l1为安全距离，l2为前车车身长度。在交通车容量子模型中，所有的物理量都应该和交通车自身有关。而停车后车前点的间距方法中，涉及到前车车身的长度，不能满足要求，如果调整为停车后车后点的间距，就可满足交通车容量子模型的要求了。如果考虑车后点的间距，同理，安全停车的条件公式(2)中停车后车前点的最小间距L0就要调整为，L0＝l1+l3(4)其中，l1为安全距离，l3为本车车身长度。在基于交通道横截面的时空化排队服务系统中，如果L＝L0，可以获得车辆安全通过横截面的最小时长t0，如公式(5)所示，其中，T为驾驶员安全反应时长，时间单位常用秒来表示；L0为车辆自身长度与安全距离之和；v(t)表示车辆通过横截面时的速度，由交通工程学理论可知，车辆速度v(t)主要受以下几种因素影响，比如道路因素，车流密度，车辆性能，驾驶员等等。一般情况下，每辆交通车通过横截面时占用一条车道，参考公式(1)，可得单个车辆通过横截面时占用的时空容量c，如公式(6)所示，c＝1*t0＝t0(6)其中，t0是交通单元安全通过横截面的最小时长，其单位常常为秒，计算方法如公式(19)所示。同理可得，当交通车辆通过道路横截面时，发生变换1条车道行为，车辆占用的空间分量x2等于2条车道时，参考公式(1)，可得单个车辆通过横截面时占用的时空容量c，如公式(7)所示，c≈2t0(7)当交通车辆通过道路横截面时，发生横穿道路行为时，一般车辆占用的空间分量x2大于等于2条车道，小于等于道路横截面上的车道数，参考公式(7)，可得单个车辆通过横截面时占用的时空容量c需要具体分析，一般情况下，c≥2t0(8)公式(6)说明，当交通车辆通过道路横截面，沿着车道正常行驶时，车辆占用的时空容量c主要取决于车辆安全通过横截面的最小时长t0，如果t0的单位是秒，则每辆交通车通过横截面时占用的时空容量c就是t0通道*秒，或者为t0/3600通道*小时，这样就证明了前面的假设，即交通道横截面的时空容量是可以量子化的一个物理量，这个假设是成立的。将道路交通容量子模型推广为一般的交通单元容量子模型，可以表述为，在交通道横截面的时空化排队服务系统中，通过交通道横截面的交通流是由一个个交通单元组成的，每个交通单元通过横截面本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究微观交通流的时空分析法，其特征在于：应用专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)中的方法，以道路交通为例，建立基于交通道横截面的时空化排队服务系统，以空间*时间的时空方式，分析交通单元通过横截面时占用的时空化的交通容量，建立交通单元的时空容量子模型，该方法适用于所有的交通运输领域。

【技术特征摘要】
1.一种研究微观交通流的时空分析法，其特征在于：应用专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)中的方法，以道路交通为例，建立基于交通道横截面的时空化排队服务系统，以空间*时间的时空方式，分析交通单元通过横截面时占用的时空化的交通容量，建立交通单元的时空容量子模型，该方法适用于所有的交通运输领域。2.根据权利要求1所述的时空分析法，在应用专利申请“一种研究交通拥塞与通行能力相对变化性质的时空分析法”(专利申请号为201811172485.7)中的方法，建立基于交通道横截面的时空化排队服务系统时，以空间*时间的时空方式，将交通道横截面的时空容量进行量子化处理的方法，在道路交通中，当交通车辆通过道路横截面时，单辆交通车占用的时空化的交通道业务量如(1)所示，c＝x2*t(1)式(1)也是交通车的时空容量子模型公式，适用于各类交通单元，其中，c表示时空化的交通道业务量，x2表示交通车通过道路横截面时占用的空间分量，以车道数为单位，t表示交通车通过道路横截面时占用时间分量。3.根据权利要求1所述的时空分析法，分析交通车辆通过道路横截面时占用的空间分量的方法，以车道数为单位，计量交通车辆占用的空间的情况，交通车在横截面上占用的空间分量x2，与交通车的行为有关，包括：a.当交通车辆通过道路横截面时，沿着车道正常行驶，一般车辆占用的空间分量x2等...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为忠，陈锦媛，陈锦宇，陈锦帆，
申请(专利权)人：林夏珊，
类型：发明
国别省市：福建,35