一种实时在线微观交通仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种实时在线微观交通仿真方法及系统，系统包括仿真时间控制模块：用于对实时在线仿真过程中进行各类数据输入与输出时间节点控制；交通生成模块：用于按照预定的数据输入与输出时间节点，在微观仿真模型中的车辆输入点生成与路网外部点实时交通数据相应的交通流量，并对车辆进行速度控制；路线决策模块：用于根据路网内部点实时交通数据推算交叉口各进口道转向比例，修改微观仿真模型中各路线决策点的相对交通流量；信号控制匹配模块：用于同步交叉口未联网信号机的信号控制方案；输出展示模块：用于通过可视化手段呈现上述仿真结果。本发明专利技术可全天自主运行并实时输出评价结果，便捷性、时效性大大提升，对路网交通管理、组织优化具有重要意义。

A real-time online micro traffic simulation method and system

【技术实现步骤摘要】
一种实时在线微观交通仿真方法及系统
本专利技术涉及一种实时在线微观交通仿真方法及系统，属于智能交通

技术介绍
交通仿真技术是运用计算机技术再现实际交通系统的特性、分析复杂条件下的可能行为以寻求交通问题最优解的一种手段，是支撑交通规划和管理的重要途径。与离线交通仿真相比，实时交通仿真优势在于可再现当前路网状态和变化趋势，有助于路网在线监测并及时有效选取管控方案，提升科学决策能力。国内关于实时在线交通仿真系统研发和应用主要集中在宏观、中观层面，而基于微观仿真模型的实时仿真较少，主要原因是微观仿真模型描述精度高、计算量大，所需的数据采集与运算成本均较高。但随着智慧城市、智慧交通的发展，交通管理的需求越来越大，对交通系统在计算机世界再现的要求越来高，而宏观、中观仿真存在一定的局限性，其采用聚集度高的流体模型来描述交通流的时空变化，更多的关注是车流或车队整体的移动规律，缺乏像微观仿真模型一样以单个车辆为基本单元可进行车辆行为描述的特性。因此，在实时精细化的智慧交通管理平台上，运用微观仿真模型是必然趋势。而如何将外场实时交通信息同步有效传入微观仿真模型进行专业实时仿真分析，仍是难点，尤其是路网级别的数据交互，具体技术不足表现在：(1)微观仿真模型在运行过程中不能进行数据输入输出，手动干预会造成大量时间延误，从而严重影响实时性；(2)交通出行生成随机，交通流分布随机，同步路网输入输出以及各路段流量较为困难，导致仿真结果准确难以保障；(3)联网信号机可直接与仿真模型进行交互，但仍存在断网或离线信号机，无法实时持续在线同步，对仿真中交叉口车辆行为同步有较大影响。总体而言，尚且缺少成熟而又成体系、同步性较好、与实际交通环境相匹配的实时在线微观交通仿真系统。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种实时在线微观交通仿真方法及系统，解决现有技术中路网级交通实时仿真外场数据与微观仿真模型交互困难、同步性较差、导致交通仿真输出结果无法与实际交通环境相匹配的技术问题。为解决上述问题，本专利技术是采用下述技术方案实现的：一方面，本专利技术提供了一种实时在线微观交通仿真方法，所述方法包括如下步骤：采集路网外部点实时交通数据及路网内部点实时交通数据；按照预设的数据输入与输出时间节点，在微观仿真模型中的车辆输入点生成与路网外部点实时交通数据相应的交通流量，并给予车辆实际的初始速度；根据路网内部点实时交通数据推算交叉口各进口道转向比例，修改所述微观仿真模型中各路线决策点的相对交通流量；定时抽取仿真结果、评价数据，并通过可视化手段展现。进一步的，所述方法还包括如下步骤：当进行中断仿真控制时，采用下述迭代算法计算各交通仿真实际中断时间及下一次交通仿真运行速率：第一次：交通仿真运行时长为t1＝Δt，第一次交通仿真运行速率v1＝1，交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl1＝Tq1-T1-Δt，则第二次交通仿真运行速率其中t2＝Δt-tl1，T1为首个时间间隔开始交通仿真运行的时刻，Tq1为首个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；第二次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl2＝Tq2-T1-2Δt，则第三次交通仿真运行速率其中t3＝Δt-tl2；Tq2为第二个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；…第n-2次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl(n-2)＝Tq(n-2)-T1-(i-2)·Δt，则第n-1次交通仿真运行速率其中tn-1＝Δt-tl(n-2)；Tq(n-2)为第n-2个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；第n-1次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl(n-1)＝Tq(n-1)-T1-(n-1)·Δt，若n·Δt＝Pk,n＝1,2,3,…，则第n次交通仿真运行速率其中tn＝Δt-tl(n-1)；否则，下次仿真运行速率其中tn＝Pk-(n-1)·Δt-tl(n-2)，Pk为第k次采用停止仿真控制前交通仿真时长；Tq(n-1)为第n-1个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；第n次：无下次仿真运行，不作计算。进一步的，所述方法还包括如下步骤：根据预构建的停止仿真控制时间序列对交通仿真进行停止仿真控制，在结束交通仿真时更新信号控制方案并在下一次交仿真开始前输入本次仿真结束时的所有交通运行状态，以形成连续仿真；所述交通运行状态包括车辆运行位置、车速信息以及信号控制状态；所述停止仿真控制时间序列的构建方法包括如下步骤：统计信号控制方案开始时刻集合或结束时刻集合Φs＝{S1,S2,…,Sk,…,Sn}，并按时间先后顺序排列，其中S1＝00:00:00，Sn＝23:59:59，Sk为第k个信号控制方案开始时刻或k-1个信号控制方案结束时刻；假设交通仿真开始时刻TS∈[Si,Si+1)，交通仿真结束时刻TE∈(Sj,Sj+1]，若i＝j，则停止仿真控制时间序列为{P1}，其中P1＝TE-TS；若i≠j，则停止仿真控制时间序列为{P1,P2,…,Pk,…,Pm}，其中P1＝Si+1-TS,Pk＝Si+k-Si+k-1,Pm＝TE-Sj,m＝j-i+1；Pk为第k次采用停止仿真控制前交通仿真时长，k＝1,2,…,m。进一步的，交叉口各进口道转向比例的推算方法如下：通过检测器实时采集各车道的交通流量，根据车道转向信息确定交叉口各进口道转向比例。进一步的，所述方法还包括：同步交叉口未联网信号机的信号控制方案，以匹配实际交叉口的车辆放行顺序与时间。进一步的，同步交叉口未联网信号机的信号控制方案的方法包括：识别交叉口信号灯运行信息，包括当前时间、信号灯灯色、倒计时；判别当前时间所运行的控制方案及其所处周期的时间位置，从而获得在运行信号控制方案的绝对相位差；根据绝对相位差，批量设置微观仿真模型中各信号机的信号控制方案及其启动相位差。另一方面，本专利技术提供了一种实时在线微观交通仿真系统，所述系统包括：仿真时间控制模块：用于对实时在线仿真过程中进行各类数据输入与输出时间节点控制；交通生成模块：用于按照预定的数据输入与输出时间节点，在微观仿真模型中的车辆输入点生成与路网外部点实时交通数据相应的交通流量，并对车辆给予车辆实际的初始速度；路线决策模块：用于根据路网内部点实时交通数据推算交叉口各进口道转向比例，修改所述微观仿真模型中各路线决策点的相对交通流量；信号控制匹配模块：用于同步交叉口未联网信号机的信号控制方案，以匹配实际交叉口的车辆放行顺序与时间；输出展示模块：定时抽取仿真结果、评价数据，并通过可视化手段展现。进一步的，所述信号控制匹配模块包括：信号状态时间获取子模块：用于识别信号灯运行信息，包括当前时间、信号灯灯色、倒计时；信号状态判别子模块：用于判别当前时间所运行的控制方案及其所处周期的时间位置，从而获得在运行信号控制方案的绝对相位差；信号控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时在线微观交通仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：/n采集路网外部点实时交通数据及路网内部点实时交通数据；/n按照预定的数据输入与输出时间节点，在微观仿真模型中的车辆输入点生成与路网外部点实时交通数据相应的交通流量，并对车辆进行速度控制；/n根据路网内部点实时交通数据推算交叉口各进口道转向比例，修改所述微观仿真模型中各路线决策点的相对交通流量；/n同步交叉口未联网信号机的信号控制方案，以匹配实际交叉口的车辆放行顺序与时间；/n定时抽取仿真结果、评价数据，并通过可视化手段展现。/n

【技术特征摘要】
1.一种实时在线微观交通仿真方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
采集路网外部点实时交通数据及路网内部点实时交通数据；
按照预定的数据输入与输出时间节点，在微观仿真模型中的车辆输入点生成与路网外部点实时交通数据相应的交通流量，并对车辆进行速度控制；
根据路网内部点实时交通数据推算交叉口各进口道转向比例，修改所述微观仿真模型中各路线决策点的相对交通流量；
同步交叉口未联网信号机的信号控制方案，以匹配实际交叉口的车辆放行顺序与时间；
定时抽取仿真结果、评价数据，并通过可视化手段展现。


2.根据权利要求1所述的实时在线微观交通仿真方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
当进行中断仿真控制时，采用下述迭代算法计算各交通仿真实际中断时间及下一次交通仿真运行速率：
第一次：交通仿真运行时长为t1＝Δt，第一次交通仿真运行速率v1＝1，交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl1＝Tq1-T1-Δt，则第二次交通仿真运行速率其中t2＝Δt-tl1，T1为首个时间间隔开始交通仿真运行的时刻，Tq1为首个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；
第二次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl2＝Tq2-T1-2Δt，则第三次交通仿真运行速率其中t3＝Δt-tl2；Tq2为第二个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；
…
第n-2次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl(n-2)＝Tq(n-2)-T1-(i-2)·Δt，则第n-1次交通仿真运行速率其中tn-1＝Δt-tl(n-2)；Tq(n-2)为第n-2个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；
第n-1次：交通仿真运行数据输入输出所损耗的时间为tl(n-1)＝Tq(n-1)-T1-(n-1)·Δt，
若n·Δt＝Pk,n＝1,2,3,…，则第n次交通仿真运行速率其中tn＝Δt-tl(n-1)；否则，下次仿真运行速率
其中tn＝Pk-(n-1)·Δt-tl(n-2)，Pk为第k次采用停止仿真控制前交通仿真时长；Tq(n-1)为第n-1个时间间隔结束交通仿真运行的时刻；
第n次：无下次仿真运行，不作计算。


3.根据权利要求1所述的实时在线微观交通仿真方法，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：
根据预构建的停止仿真控制时间序列对交通仿真进行停止仿真控制，在结束交通仿真时更新信号控制方案并在下一次交仿真开始前输入本次仿真结束时的所有交通运行状态，以形成连续仿真；所述交通运行状态包括车辆运行位置、车速信息以及信号控制状态；
所述停止仿真控制时间序列的构建方法包括如下步骤：
统计信号控制方案开始时刻集合或结束时刻集合Φs＝{S1,S2,…,Sk,…,Sn}，并按时间先后顺序排列，其中S1＝00:00:00，Sn＝23:59:59，Sk为第k个信号控制方案开始时刻或k-1个信号控制方案结束时刻；
假设交通仿真开始时刻TS∈[Si,Si+1)，交通仿真结束时刻TE∈(Sj,Sj+1]，
若i＝j，则停止仿真控制时间序列为{P1}，其中P1＝TE-TS；
若i≠j，则停止仿真控制时间序列为{P1,P2,…,Pk,…,Pm}，其中P1＝Si+1-TS,Pk＝Si+k-Si+k-1,Pm＝TE-Si...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴岚，王维锋，蒋中阳，丁闪闪，刁含楼，万剑，王嘉竞，
申请(专利权)人：中设设计集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32