中微观一体化交通仿真车流加载方法技术

一种虚拟仿真技术领域的中微观一体化交通仿真车流加载方法，通过设定交通网络中的交通发生吸引点作为形心点，求出最短路径并通过最小车头时距验证，再配合发车的时间分布和初始车辆的速度分布，则可以产生供微观和中观交通仿真所需的仿真车辆，便于中观交通仿真向微观交通仿真过渡的中微观中微观一体化交通仿真车流加载方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种虚拟仿真
的方法，具体是一种中微观一体化交通仿 真车流加载方法。
技术介绍
交通仿真是复现交通流时间空间变化的现代计算机技术，也是通过建立交通系统 的数学模型来分析复杂交通现象的一种手段，属于计算机数字仿真的范畴。交通仿真按仿 真模型所描述系统的细致程度和侧重角度可以分为微观交通仿真、中观交通仿真、宏观交 通仿真。宏观交通仿真着重从全局角度来研究交通系统的特性；中观交通仿真对交通流的 描述往往以若干辆车构成的队列为单元，能够描述队列在路段和节点的流入流出行为；微 观交通仿真对交通系统的要素及行为的细节描述程度很高。例如微观交通仿真对交通流 的描述是以单个车辆为基本单元，车辆在道路上的跟车、超车及车道变换等微观行为都能 得到较真实的反映。结合上述三类交通仿真的特点，在进行交通仿真时，可将中微观交通仿 真一体化，这样既能分析微观层面的排队长度和延误等详细交通状态指标，又能模拟中观 层面的交通量特性、路径选择行为，特别适用于大中型路网的交通仿真。而对交通仿真而 言，生成车流是交通流模拟的第一步，也是至关重要的一步。任何一个交通仿真平台，都是 把发车作为整个仿真的起始点。在现实的交通流中，车辆的到达是随机的，并且到达车辆的车头时距在不同流量 情况下符合不同的概率分布。目前，在交通仿真研究中交通流的生成主要是采用操作系统 提供的随机数函数或用单一的概率分布如负指数分布来获取。系统内的随机数函数是一 种简单的均勻分布，采用某一概率分布的随机数也是在这种均勻分布随机数的基础上获得 的。经过对现有技术的检索发现，雷斌等人于2005年在计算机与数字工程发表的“车 辆产生仿真模型”；以及邝先验等人于2006年在江西理工大学学报发表的“微观交通仿真车 辆随机生成模型分析与设计”，对检索文献进行总结，现有交通仿真发车方法主要有两种， 一种方法是在车辆产生处设定发车流量，然后在交叉口处设置车辆驶向各个方向的转向比 例。例如，在Transmodeler中，系统通过矩阵或车辆出行列表来描述网络上或起点和终点 之间的交通量，用路径列表或路径选择模型来表示车流在路网上的分配。用户通过设定转 弯处的交通量比例或是通过路径生成工具人工添加行驶路径。另一种方法是设定车辆产生 及出现的位置和驶向何处是随机的，且每辆车产生时就决定了它在各个路口的行驶方向。 例如，在Vissim中，用户用行驶路径决策模式设定行驶路径决策起点和行驶路径终点来进 行路径选择，仿真运行期间，没有行驶路径信息的车辆在通过设定的行驶路径决策点时被 分配到一条行驶路径上。上述方法在小规模微观交通仿真中具有其实用价值，但在大规模中微观结合的交 通仿真环境中存在局限性(1)上述两种方法难以用于评估不同的路径选择方案；(2)上述 两种方法无法仿真对特定车辆实施的路径诱导；(3)上述两种方法难以处理突发性交通事故和拥挤问题；(4)当仿真规模较大时，发车点和转向比例的设置非常繁琐，并且和中观及 宏观交通仿真模型结合较为困难，不太适合于中微观一体化的交通仿真环境。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的上述不足，提供一种，通过设定交通仿真区域起点和终点，求出最短路径并通过最小车头时距验证，再配合 发车的时间分布和初始车辆的速度分布，则可以产生供微观和中观交通仿真所需的仿真车 辆，便于中观交通仿真向微观交通仿真过渡的中微观。本专利技术是通过以下技术方案得以实现的，本专利技术包括以下步骤第一步、获取交通流量并采用统计方法检验样本车头时距是否符合概率分布，若 符合概率分布则执行第二步，否则重新计数；所述的获取交通流量是指首先确定交通仿真区域起点和终点，通过计数获得每 组起点及其对应终点之间的交通流量，在仿真周期内，记录从每一对起点至终点所发车辆 的时间间隔作为样本车头时距作为交通流量；第二步、采用混合线性同余法产生在w，i]上均勻分布的随机数，再依据每一对 起点和终点之间的交通流量，采用逆变化法产生随机变量，作为仿真车头时距。所述的随机数的个数与起点或终点的个数相同；所述的随机变量符合每一对起点和终点间车辆发出时间间隔概率分布；第三步、对仿真车头时距进行异常值剔除处理，生成虚拟待发车队列、待发车头时 距及其仿真车辆；所述的异常值剔除处理是指当仿真车头时距中的车头时距与初始行驶速度不匹配，或；当仿真车头时距小于下限阈值时，该仿真车头时距为异常并置于虚拟待发车队列中。第四步、利用地理信息系统和全球定位系统获取仿真区域的中观交通网络，并以 中观交通网络中的道路为边，交叉口为节点，以交通网络中每个路段上的平均行程时间为 权重，采用Floyd方法计算起点和终点之间的最短路径，并将每一对起点和终点之间的最 短路径赋予到这一对起点和终点之间的车辆上，从而生成中观行驶路径图；第五步、利用中观交通网络中的车道为边，车道合流和分流处为节点生成微观交 通网络，在车辆已知其中观行驶路径前提下，节点的间距为权重，采用Floyd方法计算微观 交通网络上每两个节点之间的微观最短路径，然后判定当车辆每进入一个交叉口，则将该 交叉口和下一交叉口的微观最短路径赋予车辆，从而生成微观行驶路径图。第六步、将中观行驶路径图和微观行驶路径图分别赋予第三步得到仿真车辆，从 而使得车流能够选择最适宜的车道并能够沿道路正常运行。本专利技术引入了宏观交通仿真中OD矩阵的概念，通过一个矩阵，同时描述了路网上 的发车流量和行驶路径，并提供了一个中微观一体化的交通仿真车流加载方法。为评估不 同的路径选择方案、仿真对特定车辆实施的路径诱导、处理突发性交通事故和拥挤问题等 提供了基础框架，并且本专利技术便于大规模的微观交通仿真，同时还便于宏观或中观交通仿真往微观交通仿真的过渡。 附图说明图1是本专利技术的车辆产生流程图。图2是本专利技术的车头时距符合特性分布车辆生成的流程图。图3是本专利技术的异常车头时距判别与处理流程图。图4是本专利技术的中观和微观路径生成流程图。图5是本专利技术的中观车辆行驶路径示意图。图6是本专利技术的微观车辆行驶路径示意图。图7是本专利技术的发车加载演示图。具体实施例方式下面对本专利技术的实施例作详细说明，本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施 例。为了更好地理解本实施例提出的方法，选取上海市长宁区某三路交叉口进行中微 观一体化的车辆加载仿真分析，可应用于不同城市的不同范围路网。本实施例要求提供该 交叉口的几何线形，以GIS地图的形式表现出来，以及在仿真时间内该交叉口各个进口道 往其他出口道的交通流量和车辆出现的频率。如图1所示，本实施例包括以下步骤(1)仿真区域起点和终点间流量及起点和终点上车头时距分布调查因为是三路交叉口，所以获得的起点和终点间流量构成了三维方阵，其流量单位 为辆/小时，具体流量数据如下<table>table see original document page 5</column></row><table>在获取各个进口道往其他出口道交通流量时，注意交通流中各种类型车辆的构成 比例，在仿真车辆生成时，需要将这一比例情况反映出来。将各个进口道的车辆出现频率，分别和常用的分布形式，如离散型经验分本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种中微观一体化交通仿真车流加载方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、获取交通流量并采用统计方法检验样本车头时距是否符合概率分布，若符合概率分布则执行第二步，否则重新计数；第二步、采用混合线性同余法产生在［０，１］上均匀分布的随机数，再依据每一对起点和终点之间的交通流量，采用逆变化法产生随机变量，作为仿真车头时距；第三步、对仿真车头时距进行异常值剔除处理，生成虚拟待发车队列、待发车头时距及其仿真车辆；第四步、利用地理信息系统和全球定位系统获取仿真区域的中观交通网络，并以中观交通网络中的道路为边，交叉口为节点，以交通网络中每个路段上的平均行程时间为权重，采用Ｆｌｏｙｄ方法计算起点和终点之间的最短路径，并将每一对起点和终点之间的最短路径赋予到这一对起点和终点之间的车辆上，从而生成中观行驶路径图；第五步、利用中观交通网络中的车道为边，车道合流和分流处为节点生成微观交通网络，在车辆已知其中观行驶路径前提下，节点的间距为权重，采用Ｆｌｏｙｄ方法计算微观交通网络上每两个节点之间的微观最短路径，然后判定当车辆每进入一个交叉口，则将该交叉口和下一交叉口的微观最短路径赋予车辆，从而生成微观行驶路径图；第六步、将中观行驶路径图和微观行驶路径图分别赋予第三步得到仿真车辆，从而使得车流能够选择最适宜的车道并能够沿道路正常运行。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：隽志才，景鹏，高林杰，倪安宁，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]