[发明专利]城市路网可容纳最大车辆数的计算方法

权利要求书

1.城市路网可容纳最大车辆数的计算方法，其特征在于：所述方法具体过程为：

步骤一、确定等效车道；具体过程为：

根据交叉口进口道的数量及绿信比，将交叉口受信号控制的间断车流等效为连续释放车流，即将交叉口进口道等效为相应数量的连续释放车流的车道，转换后的车道即为等效车道；

等效前后车道数发生变化，平均行程速度不变；而对于无信号控制的连续释放车道，则称为非等效车道；

根据等效前后交通量不变的原则，等效车道的计算公式为：

式中：C_n为第n个信号交叉口的周期，单位为s；g_pn为第n个信号交叉口第p个相位的绿灯时间，单位为s；表示在路段ij上为g_pn分配的实际车道数，单位为条；表示在路段ij上为g_pn分配的等效车道数，单位为条；s_pn,ij表示路段ij上与g_pn对应的饱和流率，单位为辆/小时；

步骤二、划分交通基本单元；具体过程为：

路网是由各个链路组成的；

其中，链路是指从上游交叉口停车线到下游交叉口停车线之间的路段，将其定义为路网的交通基本单元；交通基本单元包括路段行驶区和交叉口行驶区；

步骤三、基于等效车道和交通基本单元，计算基本单元时瞰容量；

步骤四、基于基本单元时瞰容量，计算路网时瞰容量；

所述步骤三中基于等效车道和交通基本单元，计算基本单元时瞰容量；具体过程为：

步骤三一、构建基本单元行程时间模型；具体过程为：

将基本单元的行驶过程分为两个部分，即自由行驶过程和层叠释放过程；

其中，路段和交叉口内部的道路合称为等效路段，车辆层叠释放的位置称为层叠区域；

车辆在基本单元行驶的总行程时间T^u包括自由行驶时间和层叠释放时间两个部分，具体计算公式如下：

式中：L^u表示路网中第u个基本单元的长度，单位为m；表示路网中第u个基本单元的平均行程速度，单位为km/h；表示路网中第u个基本单元上以自由流速度行驶的距离，单位为m；表示路网中第u个基本单元的自由流速度，单位为km/h；

步骤三二、计算基本单元时瞰容量；具体过程为：

基本单元时瞰容量的计算公式为：

式中：A^u表示路网中第u个基本单元的时瞰容量，单位为辆；表示路网中第u个基本单元中等效车道的时瞰容量，单位为辆；表示路网中第u个基本单元中非等效车道的时瞰容量，单位为辆；

所述步骤三二中计算基本单元时瞰容量；具体过程为：

步骤三二一、计算等效车道时瞰容量；

步骤三二二、计算非等效车道时瞰容量；

步骤三二三、基于等效车道时瞰容量和非等效车道时瞰容量计算基本单元时瞰容量；

所述步骤三二一中计算等效车道时瞰容量；具体过程为：

计算公式如下：

式中：表示路网中第u个基本单元的层叠区的时瞰容量，单位为辆；表示路网中第u个基本单元的等效路段的时瞰容量，单位为辆；表示在第u个基本单元中，路段ij上与第n个信号交叉口第p个相位对应的平均饱和车头时距，单位为s；表示路网中第u个基本单元等效路段上的期望车头间距，单位为m；表示在第u个基本单元中，在路段ij上为g_pn分配的等效车道数，单位为条；P_u表示路网中第u个基本单元所包含的总相位数；pn表示第n个信号交叉口的第p个相位；

所述公式(7)中，路网中第u个基本单元等效路段上的期望车头间距计算公式如下：

式中：最小安全间距d₀为2m，安全车头时距T_safe为1.6s，限定最高车速V_o为90km/h，减速度指数δ为4，车辆平均长度为5m；

结合公式(7)和(8)，等效车道的时瞰容量可转换为：

所述步骤三二二中计算非等效车道时瞰容量；具体过程为：

非等效车道时瞰容量的计算公式为：

式中：表示第u个基本单元上非等效车道中的车流所占的交通流量比例；表示第u个基本单元上等效车道中的车流所占的交通流量比例；

所述步骤三二三中基于等效车道时瞰容量和非等效车道时瞰容量计算基本单元时瞰容量；具体过程为：

综合公式(9)和(10)，基本单元时瞰容量的计算公式(6)可转换为：

等效路段和层叠区域两种环境下的平均车头时距应该相等，又结合车头时距与车头间距之间的关系，公式(11)转换为：

式中：为层叠区域车辆的车头时距，单位为s；

所述步骤四中基于基本单元时瞰容量，计算路网时瞰容量；具体过程为：

在期望的路网平均行程速度下，路网时瞰容量的计算公式为：

约束条件为：

式中：表示路网的平均行程速度，单位：km/h；V_min,net、V_max,net分别表示路网中平均行程速度可取的最小值和最大值，单位：km/h；表示在第u个基本单元中，在路段ij上为g_pn分配的实际车道数，单位.条；g_pn,min、g_pn,max分别表示信号交叉口绿灯时间可取的最小值和最大值，单位.s；C_n,min、C_n,max分别表示信号交叉口周期时长可取的最小值和最大值，单位.s；B表示路网中基本单元的总数；

当公式(13)中g_pn、C_n为变量时，利用遗传算法对公式(13)进行求解，得出路网时瞰容量；

当给定了公式(13)中的g_pn、C_n，则直接计算得出路网时瞰容量；

所述公式(7)中，在第u个基本单元中，路段ij上与第n个信号交叉口第p个相位对应的平均饱和车头时距根据速度与车头时距的二元分布模型进行求解，具体过程为：

首先根据公式(15)构建速度与车头时距的二元分布模型，当速度值给定后，即可确定出车头时距的分布，进而利用车头时距分布的期望值就可得到在第u个基本单元中，路段ij上与第n个信号交叉口第p个相位对应的平均饱和车头时距

式中，表示速度和车头时距的二元分布的概率密度函数，γ为标量系数，且|γ|≤1，分别是关于速度和车头时距的边缘概率密度函数，分别为速度和车头时距的边缘累积分布函数；为车头时距中的任一个；为车辆行程速度中的任一个。