[发明专利]一种基于元胞传输模型的匝道流量管控效果仿真预测方法

说明书

本发明公开一种基于元胞传输模型的匝道流量管控效果仿真预测方法，首先将元胞划分为三类，然后根据流量守恒理论建立高速路网元胞传输理论模型，然后再用历史数据对元胞传输理论模型的基本参数进行标定，并估算因事件引起的道路剩余通行能力，然后再对匝道分流区、合流区的流量比例进行估算，对匝道管控方案实施后交通需求进行预测；最后基于标定的所有参数，运行S2的高速路网元胞传输理论模型，对路网交通状态的演变进行仿真，输出仿真结果。本发明的方法可作为匝道流量管控方案的制定与选择的基础依据。

技术领域

本发明涉及交通仿真技术领域，尤其涉及一种基于元胞传输模型的匝道流量管控效果仿真预测方法。

背景技术

高速公路作为公路网的重要组成部分，对交通运输经济的发展起着重要的作用。当高速某路段发生一起或多起交通事件时，高速公路管理部门需采取多种交通治理措施以缓解事件造成的拥堵，其中，对事件发生上游匝道流量进行管控，以减少进入事件发生路段的车流量，被认为是一种行之有效的方法。理论上来说，当管控后的上游流量小于或等于事件路段的通行能力时，可达到抑制拥堵扩散的效果；但当管控流量过小时，可能导致收费站车辆排队溢出至城市道路，进而导致进入收费站的城市道路的拥堵，则会造成进入收费站的城市道路的拥堵。然而，在实际应用中，制定合理的匝道管控方案难度较大，其主要原因是缺乏对匝道管控方案下发后的预测与评估方法。

元胞传输模型是以流体动力学为基础的LWR 宏观交通流模型的离散化近似，其基本思想为：将路段划分为一系列首尾相连的元胞，根据流量守恒定律、最大容量约束与元胞的当前状态计算元胞的输入和输出交通流量，由此确定元胞的下一个状态，如此不断迭代，便可获得元胞的动态交通特征。高速公路场景中，元胞传输模型在实际使用中需考虑匝道分合流区的问题，也需要对模型的参数进行标定。

发明内容

首先，本发明的基于元胞传输模型的匝道流量管控效果仿真预测方法，构建一种以事件为终止位置、包括匝道的建模方法，对现有元胞传输模型进行改进，设计针对匝道合流区的元胞划分和建模方法；

其次，匝道管控效果仿真预测方法，提出的交通宏观基本图模型参数标定方法、剩余通行能力估算方法、匝道分合流区流量比例估算方法，解决了元胞传输模型仿真在实际应用中的参数标定问题。本发明的基于元胞传输模型的建模方法及匝道管控效果仿真预测方法，可作为匝道管控方案的制定与选择的基础依据。

一种基于元胞传输模型的匝道流量管控效果仿真预测方法，该方法具体包括如下步骤：S1：以事件发生地点为终止位置，起始位置为事件发生地点上游，起始终止位置之间路段包括距离事件发生地点为终止位置最近的上匝道、下匝道，对上述高速路网路段进行元胞划分，根据有无匝道，分为无匝道元胞，有上匝道元胞和有下匝道元胞三类；元胞划分需满足的原则：（1）同一个元胞内最多只有一个上匝道或下匝道；（2）所述的有上匝道元胞的起始位置位于上匝道入口的上游，所述的有下匝道元胞的终止位置位于下匝道出口位置的下游；

S2：基于流量守恒理论，建立S1得到的三类元胞的高速路网元胞传输模型；

S3：基于高速主线上起始终止路段中的ETC门架和匝道的卡口检测器获取的历史交通数据，采用基于最小二乘法的元胞传输模型参数标定方法对高速路网元胞传输理论模型的基本参数进行标定；并估算因事件引起的道路剩余通行能力；

S4：对匝道分流区、合流区的流量比例进行估算，并对匝道管控方案实施后的上匝道交通需求进行预测；

S5：基于S3和S4标定的所有参数，运行S2的高速路网元胞传输理论模型，对路网交通状态的演变进行仿真，输出仿真结果。

进一步的，所述S2具体通过如下的子步骤来实现：

S2.1基于流量守恒理论，元胞i车密度随时间变化的更新公式如下：

1