[发明专利]大型枢纽立交交织区最佳距离确定方法

权利要求书

1.一种大型枢纽立交交织区最佳距离确定方法，其特征是，包括如下步骤：

1.1道路模型的建立：

立交主线设置五个平行车道，行驶在左侧直行车道上的左右转车辆需要通过交织区1换道至道路右侧的左右转车道行驶；行驶在道路右侧左右转车道上的直行车辆同样需要通过交织区1换道至道路左侧的直行车道行驶；进入匝道的左右转车辆需要根据自身左右转需要，通过交织区2换道左转匝道或右转匝道完成左右转功能；

1.2道路模型的仿真条件：

建立元胞自动机模型，主线总长度为L，交织区1长度为L_c1，左右转车道分离后主线直行道长度为L₁，匝道中，交织区2长度为L_c2；每个元胞长度为1m，每标准车占据5个元胞，仿真步长为1s。设元胞i或为空或被速度为v的车辆占据，v只能取0，1，2，…，v_max整数值，其中v_max是车辆所允许的最大速度；在匝道取限速值为v_max1；用x(i,k)与v(i,k)分别表示第i辆车在k时刻的位置和速度，d(i,k)为第i辆车在k时刻与第i+1量车之间空的元胞数，l为每辆车占据的元胞数，则有：d(i,k)=x(i+1,k)-x(i,k)-l，d(i,k)_other是第i辆车在第k时与旁车道上的前车间的空元胞数；d(i,k)_back是第i辆车在第k时与旁车道上的后车之间的空元胞数；d_safe是确保车辆不会发生撞车的安全距离；随机慢化概率p的取值范围为0到1；

1.3演化规则：

1）仿真车辆加速:

v(i,k+1)=min(v(i,k)+1,v_max)；表明驾驶员期望以最大速度在道路上行驶，

在限速时间段内,v(i,k+1)=min(v(i,k)+1,v_max1),v_max1为限速区段被限制最高车速；

2）仿真车辆减速:

v(i,k+1)=v(i,k)(v(i,k)≤v(i+1,k)+d(i,k)-dsafe)v(i+1,k)(v(i,k)≥v(i+1,k)+d(i,k)-dsafe);]]>即驾驶员为避免和前车发生碰撞并保持安全车距而采取减速措施；

3）仿真车辆以概率p随机慢化:

v(i,k+1)=max(v(i,k)-1,0)；反映现实中由各种不确定因素造成的车辆减速；

4）仿真车辆运动:

x(i,k+1)=x(i,k)+v(i,k+1)；即车辆按照调整后的速度向前行驶,进入下一仿真步；

1.4实验换道规则

涉及到4套换道机制，如下所示：

(1)在正常行驶的主线路段上,采取正常的换道机制，即:

①d(i,k)<min(v(i,k)+1,v_max)；   ②d(i,k)_other>d(i,k)；

③d(i,k)_back>v_other+d_safe；④d(i,k)_other>v_max；

⑤rand()<p₁；

p₁为正常路段上的换道概率，v_other旁车道上的后车速度；

(2)当主线车辆刚驶入交织区，在左右转车道行驶的需要直行的车辆，开始向左侧的直行车道变道；在直行车道行驶的需要左右转的车辆，开始向右侧的左右转车到变道，此时，换道机制如下所示：

①d(i,k)<min(v(i,k)+1,v_max)；      ②d(i,k)_other>d(i,k)；

③d(i,k)_back>v_other+d_safe；④d(i,k)_other>v_max；

(3)当车辆与旁道前后车辆距离满足最小安全距离时，便进行换道，此时，换道机制如下所示：

①d(i,k)_back>d_safe；②d(i,k)_other>d_safe；

(4)强制换道机制，如下所示：

①d(i,k)_back>1；②d(i,k)_other>1。

出入口条件

采取开口边界条件，入口处,采取概率与安全条件控制入口车辆。即:

①rand()<p_entrance;②x_last>l+d_safe.

p_entrance为入口进车概率；l为车长；x_last为道路上最后一辆车的车头位置所在；

当入口条件满足上述两条件时，入口处进入一辆车；出口处,车辆正常的驶出；

1.5实验仿真

设计速度为60km/h，对应设计通行能力为1400pcu/(h·ln)，最大通行能力为1800pcu/(h·ln)。在交通的实际运行中，选取道路交通量为道路最大通行能力，即交通量为1800pcu/(h·ln)；

实验中，主线总长度为L取400m，由400个元胞构成；交织区1长度L_c1取值范围为80～180m之间；左右转车道分离后主线直行道长度为L₁取值为100，由100个元胞构成，匝道中，交织区2长度L_c2取值范围为60～140m之间。v_max取值为17，对应着实际速度为60km/h；匝道最高限速v_max1取值为11，对应为40km/h，主线车辆初始速度v的大小控制在12到v_max间；

运用元胞自动机模型进行仿真；

根据仿真结果选取交织区1最佳长度值、交织区2最佳长度值。