[发明专利]基于元胞自动机的港区道路弯道圆曲线要素设计方法

说明书

技术领域

本发明属于港区道路设计技术领域，具体涉及一种港区弯道设计方法。

背景技术

线形是道路的骨架，是决定车辆的行车安全、舒适、经济及港区道路的通行能力的重要因素，因此线形设计是港区道路设计的关键因素之一，线形设计的好坏是港区道路总体设计及其设计质量高低的重要评价标准。

港口由于地理位置及功能的特殊性，与之关联的港区道路的交通特性有别于一股城市道路，主要体现在以下几个方面：

1)港区大、中型车辆比例高。港内道路交通车辆构成复杂，包括客车、集装箱卡车、中型货车、大型货车、油罐车等。以天津市为例，根据实际交通调查，港口各主要路段加长集装箱车、大中型货车等所占比例较大，在50％-90％之间，远远高于城市道路大中型车辆比例30％-40％，大、中型车辆比例高是港内道路车辆构成主要特征。由于大型车辆具有车型大、车身长、惯性大等特点，在弯道行驶时表现出与小汽车截然不同的动特性，因此要求在港区道路平面线形设计中要考虑到道路车型对各种控制参数的影响。

2)港区道路车速较快。港区内的车辆运行规律和特性很大程度由港区内作业流程及其运输需要决定的，港区道路中集装箱卡车、大中型货车占有较大比例，行驶特性具有显著特点，以天津港新港四号路为例，根据交通调查数据，车辆平均车速46.2km/h，比天津市区平车车速高出约30％，这就要求在对港区道路线形设计时，合理调整各种线形参数，满足在车辆行驶速度偏高时对道路线形安全性、舒适性的要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足，结合港区交通特点，提出一种港口货运专用道路弯道圆曲线设计方法，为此本发明采用的方案如下：

一种基于元胞自动机的港区道路弯道圆曲线要素设计方法，包括下列步骤：

第一步：初步确定所要设计圆曲线半径的取值范围和弧长范围；

第二步：出于安全性和舒适性分析，确定车辆的最大车速和加、减速概率，具体步骤如下：

根据公式确定防止侧滑的最大车速，根据公式

确定考虑甩尾现象的最大车速，根据公式确定在圆曲线最小长度限制下的最大车速，根据公式考虑驾驶舒适性的加速度干扰的最大车速，其中，R是圆曲线半径；V为行车速度km/h；μ为横向力系数，其极限值为路面跟轮胎之间的横向摩阻系数；i_h为超高横坡度；L_C为半挂车的长度；L表示圆曲线弧长，单位m；

并对上述的安全性边界条件，采用下列的两种约束方法进行处理：

1)如果车辆在圆曲线弯道上行驶速度i＝1，2，3，4，则v：＝v-ω1，其中，表示车型j的最大减速度；

2)如果车辆在圆曲线弯道上行驶速度i＝1，2，3，4，则其中，表示第p时刻驾驶员的加速概率表示第p时刻驾驶员的减速欲望，

第三步：建立元胞自动机仿真模型：将元胞的长度设计为1m，加、减速度可为多个元胞的长度，由上述分析确定车辆的最大车速，加、减速概率，并设计车辆的跟驰规则和换道规则，跟驰规则如下：

1)加速规则：如果V(t)≤V_max，如果则V(t+1)＝min(V_max，V(t)+a)，a取整且a∈[1，a_max]；

2)减速规则：由公式确定行驶车辆的安全距离，式中，V和A_max为当前车辆的速度和所能达到的最大减速度，V′和A′_max为前导车的速度和所能达到的最大减速度；

3)随机规则：如果V(t+1)＝max(0，V(t+1)-1)；

4)位移规则：x(t+1)＝x(t)+V(t+1)；

换道规则如下：

1)当前车辆与前导车辆的距离(d)小于最大速度(V_max)，即d＜V_max；

2)当前车辆与前导车辆的距离(d)不足以使车辆再加速，即d＜V+a；

3)当前车辆与旁边道路的前方车辆的距离(D_other)大于d且大于或等于V_max，即D_other＞d，D_other≥V_max；

4)当前车辆与旁边道路的后方车辆的距离(D_back)大于安全距离(D_safe)，即D_back＞D_safe；