【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高速公路改扩建，具体涉及一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法。
技术介绍
1、目前，由于已有多车道高速公路的路基整体拓宽改造工程无法开展，故“复合式高速公路”的概念应运而生。所谓“复合式高速公路”，是将横断面划分“基本道(层)”与“复合道(层)”并加以物理分隔，采用平面(半)整体复合式、平面(半)分离复合式或立体复合式断面，且全部控制出入的双向多车道(一般为双向八车道及以上规模)的高速公路。而其中，立体复合式断面对于解决土地资源问题有尤为有效。
2、当下，运用仿真手段开展立体复合式高速公路改扩建中互通立交布局的优化问题，并没有形成系统的评价与优化体系。且对于仿真软件的选择、仿真输出、目标函数的选取并未形成较好的理论体系。优化问题并不同于评价推优问题，优化问题往往转换为数学寻优问题，即需要制定合理的目标函数，在可行解集合中寻找最有可行解(对于互通设计而言，各项设计指标都在规范、标准规定的区间范围内，则该方案为一可行解)。如果运用模拟驾驶的仿真手段，对于每一可行解设计方案，都需要完整地进行方案设计、三维建模、格式转换、铺设车辆行驶轨迹逻辑层与驾驶舱驾驶仿真系列步骤，虽然该仿真能结合真实的驾驶员驾驶经验与习惯，但全流程实施极其耗费时间与资源，并不适合进行多指标下的互通布局优化的仿真。
3、综上所述，基于微观仿真开展立体复合式高速公路互通立交优化布局的技术方法具有可行性，本专利技术提出以下思路：基于sumo仿真，综合研判，根据互通立交总体布局原则选取适当的目标函数指标，并通过仿真模型的输出
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于针对现有技术存在的上述问题，提供一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，为立体复合式高速公路改扩建中关键的互通节点方案提供布局优化的方法论指导，先验地对设计方案展开综合优化。
2、本专利技术的上述目的通过以下技术手段实现：
3、一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，包括以下步骤：
4、步骤1、确定复合式高速公路互通立交的改扩建方案中的立体复合式断面的改扩建方式；
5、步骤2、确定不同改扩建方式下互通立交的辐射范围区段；
6、步骤3、建立不同的改扩建方案对应的sumo微观仿真模型；
7、步骤4、确定目标函数指标的种类，确定不同改扩建方案对应的基本变量，将不同改扩建方案对应的基本变量输入到sumo微观仿真模型，获取基本变量对应的实际的目标函数指标，并将基本变量和对应的实际的目标函数指标作为输入输出样本库中的样本；
8、步骤5、确定各类目标函数指标的权重；
9、步骤6、基于输入输出样本库构建训练集和测试集，基于训练集构建各类目标函数指标对应的多元线性回归模型；
10、步骤7、基于训练集中的样本，通过多元线性回归模型获取基本变量对应的理论的目标函数指标，并构建各类目标函数指标的分值函数，并获取改扩建方案综合评价的分值函数；
11、步骤8、调整不同改扩建方案的基本变量，获取调整后的基本变量对应的理论的目标函数指标，将调整后的基本变量作为一个可行解，将改扩建方案综合评价的分值函数f作为适应度函数，采用遗传算法求取基本变量的最优解。
12、如上所述步骤4中的目标函数指标包括运行速度比fv、饱和度fv/c、冲突率fs、以及平均延误fc；基本变量包括基本道与复合道主线设计速度、转换匝道与互通匝道设计速度、节点间距、连续出入口净距、主线交通量分配、转换道交通量、以及互通节点转换交通量。
13、如上所述的步骤5包括以下步骤：
14、构建判断矩阵a：
15、
16、计算判别矩阵a对应的一致性比率cr，选取一致性比率cr<0.1时的判断矩阵a，
17、根据判断矩阵a计算各类目标函数指标的权重ωi：
18、
19、其中，aij为第i类目标函数指标相对于第j类目标函数指标的重要性，n为目标函数指标的种类数；
20、ω1、ω2、ω3、以及ω4分别为运行速度比fv、饱和度fv/c、冲突率fs、以及平均延误fc的权重。
21、其中，aij为第i类目标函数指标相对于第j类目标函数指标的重要性，
22、如上所述的步骤6具体包括以下步骤：
23、基于以下公式构建其中一类目标函数指标的多元线性回归模型：
24、
25、构建拟合目标函数ε(β)：
26、ε(β)＝||yβ(x1,x2,...,xp)-y||2＝(xβ-y)t(xβ-y)
27、
28、β＝[β0 β1 ... βp]t
29、y＝[y1 y2 ... yn]t
30、yβ(x1,x2,...,xp)＝[y1β，y2β ... ynβ]t
31、其中，x为基本变量矩阵，β为参数向量，y为实际的目标函数指标组成的向量，yβ(x1,x2,...,xp)为理论的目标函数指标的向量，yfβ是指第f个样本的基本变量代入计算后得到的理论的目标函数指标，f＝1,2,…,n，n为样本的总数，xfz为第f样本的第z个基本变量，z＝1,2,…,p，p表征基本变量的种类个数，β0β1…βp是多元线性回归模型的参数，y1 y2 ...yn为n个样本的实际的目标函数指标，
32、通过最小化拟合目标函数ε(β)确定多元线性回归模型的参数β0 β1 ... βp。
33、如上所述的步骤7中各类目标函数指标的分值函数包括：
34、运行速度比的分值函数fv(fv)：
35、
36、其中，k和b为待定系数，l为设定参数，将理论的运行速度比fv对应的理论的运行速度比评分fv替换fv(fv)，多组理论的运行速度比fv和对应的理论的运行速度比评分fv拟合获得待定系数k和b；
37、饱和度的分值函数为：
38、
39、其中，b1～b5为待定系数，将理论的饱和度fv/c对应的理论的饱和度评分fv/c替换多组理论的饱和度fv/c和对应的理论的饱和度评分fv/c拟合获得待定系数b1～b5；
40、冲突率的分值函数fs(fs)为：
41、
42、其中，c、d、以及t为待定系数，将理论的冲突率fs对应的理论的冲突率评分fs替换fs(fs)，多组理论的冲突率fs和对应的理论的冲突率评分fs拟合获得待定系数c、d、以及t；
43、平均延误的分值函数fc(fc)为：
44、fc(fc)＝g+r*logfc
45、其中，g和r为待定系数，将理论的平均延误fc对应的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述步骤4中的目标函数指标包括运行速度比Fv、饱和度FV/C、冲突率FS、以及平均延误FC；基本变量包括基本道与复合道主线设计速度、转换匝道与互通匝道设计速度、节点间距、连续出入口净距、主线交通量分配、转换道交通量、以及互通节点转换交通量。
3.根据权利要求2所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述的步骤5包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述的步骤6具体包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述的步骤7中各类目标函数指标的分值函数包括：
6.根据权利要求5所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述步骤7中的改扩建方案综合评价的分值函数F：
【技术特征摘要】
1.一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种基于微观仿真的复合高速互通立交优化布局方法，其特征在于，所述步骤4中的目标函数指标包括运行速度比fv、饱和度fv/c、冲突率fs、以及平均延误fc；基本变量包括基本道与复合道主线设计速度、转换匝道与互通匝道设计速度、节点间距、连续出入口净距、主线交通量分配、转换道交通量、以及互通节点转换交通量。
3.根据权利要求2所述一种基于微观仿真的复合高...
【专利技术属性】
技术研发人员：庄稼丰，马天奕，罗丰，熊文磊，王丽园，李正军，杨晶，
申请(专利权)人：中交第二公路勘察设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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