一种研究路段的交通容量与拥塞率相对变化的时空分析法制造技术

本发明专利技术建立的一种研究交通路段的时空容量与拥塞率相对变化的方法，通过应用专利申请“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”（申请号为201811172485.7）的研究方法和研究成果，在新型交通时空观的指导下，以欧式空间几何和闵氏空间几何为工具，演绎出路段的实际时空容量与交通拥塞相对变化的关系，为科学评估交通道路的通行能力、寻找交通拥塞的控制与解决方案，提供了一种新的思路。从应用范围上看，本方法从时空化的角度开展的路段时空容量与拥塞分析，可广泛应用于各类交通运输领域和相关电子信息领域，具有重大的应用价值。

A Spatio-temporal Analysis Method for Studying the Relative Change of Traffic Capacity and Congestion Rate of Road Section

The invention establishes a method for studying the relative changes of space-time capacity and congestion rate of traffic sections. By applying the patent application \A spatio-temporal analysis method for studying the relative changes of traffic congestion and capacity\ (Application No. 201811172485.7), under the guidance of the new concept of space-time of traffic, it takes Euclidean space geometry and Min's space geometry as examples. Tools deduce the relationship between the actual space-time capacity of the exit section and the relative changes of traffic congestion, which provides a new way to scientifically evaluate the traffic capacity of the road and find the control and solution of traffic congestion. From the perspective of application scope, this method can be widely used in various transportation and related electronic information fields, and has great application value.

【技术实现步骤摘要】
一种研究路段的交通容量与拥塞率相对变化的时空分析法
本专利技术涉及一种研究路段的交通容量与拥塞率相对变化的时空分析法，是一种结合传统的道路时空消耗法，将专利申请“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”（申请号为201811172485.7）中研究交通道横截面上时空容量与拥塞率的相对变化关系的分析方法和研究成果，应用于交通路段的时空容量分析中，建立路段时空容量与拥塞率的相对变化关系，适用与交通运输领域和相关电子信息领域。
技术介绍
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，以下简称宏观时空分析法）通过研究交通拥塞的时间和空间本质，参考物理学的牛顿时空观和相对论时空观，建立了交通特色的时空观，运用闵氏时空几何、运筹学等数学工具，用时空方程的形式揭示了在交通横截面上，交通拥塞与时空化通行能力之间相对变化的规律，反映了交通流的宏观特性。由于道路网络是由一段段的路段组成的，以下研究结合传统的分析宏观道路网承载能力路易斯·马尚时空消耗法，将专利申请“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”（申请号为201811172485.7）中研究交通横截面上时空容量与拥塞率相对变化的规律，推广到路段的时空容量与拥塞的相对变化分析中。
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）中，建立的新型交通时空观的主要观点如下：a.时间和空间彼此独立，互不关联，且不受物质或运动的影响；b.交通容量与时间和空间都有关，其值不是固定的，是相对变化的。依据以上新型交通时空观，时空化的路段容量不是固定不变的，也是相对变化的。为简化分析，先选择路段中通道数一定的交通道片段进行分析。路段的时空容量分析参考专利申请“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）对交通横截面上的时空容量与拥塞率分析方法，对路段的时空容量分析，分别从空间和时空角度进行，并对变化的实际时空容量进行了假设。欧式空间分析如图1所示，将一段交通道放置在欧式几何的三维坐标系中，x轴、z轴单位为通道数，y轴单位为长度国际单位制的米或千米。交通道纵向位于xy平面上，交通道横截面位于xz平面上。可以用一个质点Q(x1,y1,z1)来描述一条宽度为x1条车道、高度为z1条车道、长度为y1米路段。分析平面交通运输时，z1固定为1，图1所示欧式几何的三维立体坐标系，可以转化为图2所示二维平面坐标系，交通道横截面就转化为x轴方向的交通道横截线，交通道的纵向为y轴方向，其中x轴单位为通道数，y轴单位为长度国际单位制的米或千米。这时，可以用一个质点Q(x1,y1)来描述一条宽度为x1条车道、长度为y1米路段。闵氏空间分析将图2所示的欧式空间中平面交通路段放置在闵氏时空的三维坐标系中分析，如图3所示，闵氏时空坐标系的设定如下，x轴、y轴和时间轴t轴组成了闵氏时空的三条坐标轴，x轴单位为通道数，y轴单位为长度国际单位制的米或千米，t轴单位为时间国际单位制的秒、分钟或小时。路段质点Q(x1,y1)随着时间变化的世界线为一条直线，如果起始时间为0，截至时间为t1，则路段质点Q(x1,y1,t1)占据的时空容量C1，也是路段的最大时空容量，如公式(1)所示，(1)。传统时空消耗法的不足法国路易斯·马尚的时空消耗法在计算路网的时空容量时，一维模型以道路的有效运营长度与运营时间的乘积作为路段的时空总资源，二维模型以道路的有效运营面积与运营时间的乘积作为路段的时空总资源。使用图3所示的闵氏时空几何来描述路易斯·马尚之时空消耗法的分析过程，如图4所示，在分析路段时空容量的时候，先计算图中阴影表示道路的有效运营长度（面积），然后按照时间方向进行积分。这种方法的不足之处在于，只能获得如公式(1)所示的路段时空容量最大值，不能获得与拥塞程度对应的路段时空容量相对值。路段的实际时空容量分析假设路段的距离足够长，随着路段拥塞程度的增加，路段提供的时空容量C2是变化的，如公式(2)所示，(2)其中,k是待定的路段容量系数，无量纲，数值大于0，并且小于等于1。公式(2)中，当k等于1时，路段的时空容量C2等于最大值C1，就是路易斯·马尚的时空消耗法中的路段容量，即公式(2)变成了公式(1)。假设，(3)公式(3)中，k为无量纲的系数，数值介于0至1之间，k*x1*t1的单位为空间*时间，a2就可表示为通过该路段内任一横截面的时空流量。将公式(3)进行转化，当t1等于1时，如公式(4)所示，(4)公式(3)中，a2为通过该路段内任一横截面的时空流量，x1为横截面的宽度，单位为车道数，参考专利申请“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），这时，k等效为道路横截面上的时空密度ρ。将公式(3)代入公式(2)，则路段的时空容量C2如公式(5)所示，(5)公式(5)中，C2为路段的时空容量，a2为通过该路段内任一横截面的时空流量，y1为路段的长度。公式(5)说明，交通路段时空容量的计算，可以转化为交通道横截面时空化通行能力与路长的乘积计算，使用图3所示闵氏时空图来表示分析过程，如图5所示，即公式(4)在分析路段时空容量的时候，先计算图中阴影表示道横截面时空化通行能力，然后乘以路段的纵向长度。路段拥塞率的计算假设交通路段中，任一横截面的时空化排队服务系统都是M/M/s等待制排队服务系统，平均到达率为λ，平均服务率为μ，且交通单元的到来服从参数为λ的泊松过程，每个交通单元的服务时间服从参数为μ的负指数分布，则交通单元需要等待的概率（又称时间延误率，或者拥塞率）与通行能力之间的相对变化规律，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”（申请号为201811172485.7）中描述时空化通行能力a与交通拥塞率B相对变化关系的时空方程，如公式(6)所示，(6)公式(6)中，B为交通拥塞率，a为通过该路段内任一横截面的时空流量，s表示横截面处的车道数，p0表示排队系统中没有车辆的概率。将公式(3)中车道数x1值和时空化通行能力a2值代入公式(6)，可得路段的交通拥塞率B。利用公式(5)和公式(6)，就可以获得路段的时空化交通容量与拥塞率的相对变化关系，实现了路段交通容量和拥塞率的相对性关系分析，克服了传统路网容量理论不能对路段交通容量与拥塞程度进行分析的不足。技术应用如果一个单向路段的车道数s等于2，道路长度为1千米，通行时间不受限制，且等待位置足够长，利用公式(1)，可得一个小时内，该路段的最大时空容量C1，如公式(7)所示，(7)在交通路段中，将任一横截面的时空化排队服务系统都作为M/M/s等待制排队服务系统，其平均到达率为λ，平均服务率为μ，且交通单元的到来服从参数为λ的泊松过程，每个交通单元的服务时间服从参数为μ的负指数分布。如果单位时间内交通流通过观测面时占用的时空化容量a等于0.86，利用公式(5)，可得路段的实际时空容量C2，如公式(8)所示，(8)利用交通流通过观测面时占用的时空化容量a和路段的车道数，由公式(6)可得1小时内，路段的交通拥塞率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种研究路段的交通容量与拥塞率相对变化的时空分析法，参考专利申请“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”（申请号为201811172485.7）的研究方法进行研究，其特征是，包括：步骤一：对路段进行空间分析，获得其空间特征；使用欧式空间几何方法，对一段道路分析，获取道路的三维形状，以及二维简化形状，在欧式空间几何的三维坐标系中，用一个质点Q(x1,y1,z1)来描述路段的空间占用情况，其中横截面所在xz平面的两条坐标轴长度单位以通道数来表示，道路纵向y轴以常用的国际长度单位来表示（比如米和千米，等等），如附图1所示；如果是在道路交通、水面运输等平面交通运输中，道路的z1坐标值通常固定为1，附图1所示欧式几何的三维立体坐标系，可以转化为二维平面坐标系的方式进行简化分析，用一个质点Q(x1,y1)来描述路段的空间占用情况，如附图2所示；步骤二：对路段进行时空分析，获得其最大时空容量；使用闵氏时空几何方法，对以上欧式空间xy平面上路段的时空容量进行分析，用一个质点Q(x1,y1,t)来描述路段的时空占用情况，其中，道路横向的x轴的长度单位以通道数表示，道路纵向的y轴以常用的国际长度单位表示（比如米和千米，等等），时间t轴以常用的时间单位表示，如附图3所示，由于路段的质点Q是静止不动的，质点Q随着时间的变化世界线是一条直线，单位时间t1内，路段的最大时空容量，等于附图3中的实线、虚线和3条坐标轴所构成的长方体的体积大小，如公式(1)所示，...

【技术特征摘要】
1.一种研究路段的交通容量与拥塞率相对变化的时空分析法，参考专利申请“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”（申请号为201811172485.7）的研究方法进行研究，其特征是，包括：步骤一：对路段进行空间分析，获得其空间特征；使用欧式空间几何方法，对一段道路分析，获取道路的三维形状，以及二维简化形状，在欧式空间几何的三维坐标系中，用一个质点Q(x1,y1,z1)来描述路段的空间占用情况，其中横截面所在xz平面的两条坐标轴长度单位以通道数来表示，道路纵向y轴以常用的国际长度单位来表示（比如米和千米，等等），如附图1所示；如果是在道路交通、水面运输等平面交通运输中，道路的z1坐标值通常固定为1，附图1所示欧式几何的三维立体坐标系，可以转化为二维平面坐标系的方式进行简化分析，用一个质点Q(x1,y1)来描述路段的空间占用情况，如附图2所示；步骤二：对路段进行时空分析，获得其最大时空容量；使用闵氏时空几何方法，对以上欧式空间xy平面上路段的时空容量进行分析，用一个质点Q(x1,y1,t)来描述路段的时空占用情况，其中，道路横向的x轴的长度单位以通道数表示，道路纵向的y轴以常用的国际长度单位表示（比如米和千米，等等），时间t轴以常用的时间单位表示，如附图3所示，由于路段的质点Q是静止不动的，质点Q随着时间的变化世界线是一条直线，单位时间t1内，路段的最大时空容量，等于附图3中的实线、虚线和3条坐标轴所构成的长方体的体积大小，如公式(1)所示，(1)；步骤三：寻找路段的实际时空容量方程；假设，路段的距离足够长，随着路段拥塞程度的增加，路段提供的实际时空容量C2是变化的，如公式(2)所示，(2)其中,k是待定的路段容量系数，无量纲，数值大于0，并且小于等于1，当k等于1时，路段的时空容量C2等于最大值C1，然后再次假设，如公式(3)所示，(3)公式(3)中，由于k为无量纲的系数，数值介于0至1之间，k*x1*t1的单位为空间*时间，因此a2就可表示为通过该路段内任一横截面的时空流量，当t1等于1小时，公式(3)进行转化为下式，如公式(4)所示，(4)公式(4)中，a2为通过该路段内任一横截面的时空流量，x...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈为忠，
申请(专利权)人：厦门迅优通信科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35