[发明专利]一种基于可变限速的长上坡交通流稳定性提升方法

权利要求书

1.一种基于可变限速的长上坡交通流稳定性提升方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据路段的上下游关系与坡度数据，对路段进行编码划分，并进行设备安装；包括以下子步骤：

S1.1：获取道路交通信息数据，道路信息数据包括车道数、高程与路段桩号的对应关系；

S1.2：将高程数据转化为坡度数据，并对路段进行编码划分，具体为：

首先将路段分为三大部分：区域FU、区域U、区域F；区域U为长上坡路段，区域FU为长上坡路段的下游路段，区域F为长上坡路段的上游路段；

其次，根据到区域U的距离，对区域F进行细分：上坡路段起点至上坡路段上游500米计为区域F1；上坡路段上游500米至1000米计为区域F2；上坡路段上游1000米至1500米计为区域F3；上坡路段上游1500米至2000米计为区域F4；

S1.3：在长上坡路段内以及长上坡路段上游2000米内布设交通流数据采集设备：一台设备针对一车道，探测断面间距设为500米；具体摆放位置为五个区域的分界处，一组设备负责一个区域；每隔一段时间采集监控区间内的交通信息；

S1.4：布设可变限速指令发布设备，位于区域F1与F2的交界处横断面；其中区域F1为限速区域；

S2：依托安装的设备，进行数据采集与分析，根据S1中路段的编码，得到路段不同区域的车道级交通流指标；包括以下子步骤：

S2.1：处理道路信息数据，得到长上坡路段U的长度与平均坡度；

S2.2：根据区域F的交通流数据，获取车道级交通流指标，计算水平路段的自由流速度、关键密度、拥堵密度、交通波速度、拥堵间距，构建水平路段常态下的交通流基本图；

S2.3：根据区域U的交通流数据，获取车道级交通流指标，计算上坡路段的自由流速度、关键密度、拥堵密度、交通波速度、拥堵间距，构建上坡路段常态下的交通流基本图；

S2.4：根据区域F4的交通信息数据，以预设时长为颗粒度，获取路段实时重型车辆占比与实时交通密度；

S3：依托S2中获取的车道级交通流指标，构建车辆跟驰模型，为小客车与货车分别赋予不同的参数；同时根据交通流量密度速度，确立仿真的初始条件与边界条件，搭建交通仿真环境；包括以下子步骤：

S3.1：仿真区域为区域F的起点至区域FU的终点；

S3.2：仿真中的车辆从F的起点开始生成，初始间距符合S2.2中获取的区域F的交通流密度信息；车辆的初始速度为S2.2中获取的F区域的该车型的自由流速度；车辆生成的车型分布符合S2.4中的比例；

S3.3：确定仿真车辆的初始与边界条件后，建立车道级车辆跟驰模型，动态更新车辆的位置、速度、加速度、排放；每条不同车道上的车辆单独编码，单个车道上，第一辆进入仿真区域F4的id为，从下游到上游，车辆的id依次增加；

S3.4：车道级的车辆跟驰模型如下：

其中，表示时刻，为车道上id为的车辆在时刻的位置，为仿真的步长，为拥堵间距，为自由流状态下id为的车辆预期前进的路程；

S3.5：自由流状态下车辆预期前进的路程通过求解如下微分方程组得到：

其中，为车辆在时刻的速度，为车辆的爬坡速度，为弛豫时间的倒数，为维纳过程，为扩散系数；

S3.6：车辆的爬坡速度为：

其中，无限速时，为车辆的自由流速度；有限速时，为限速值；为无量纲常数，为重力加速度常数，G为坡度；

S3.7：计算车辆排放；

S4：输出S3中车道级仿真结果，依托交通流稳定性与车辆排放的相关三项指标，选择最优可变限速情报并发布；包括以下子步骤：

S4.1：设置控制周期，每隔一段时间运行一次交通仿真；

S4.2：每条车道根据S2中处理得到的实时交通流信息，按照S3中的方法生成车辆，对无限速与不同限速场景进行车道级仿真推演；

S4.3：每次仿真结束后，得到三项指标：车道级车队间平均速度的标准差、车道级单车速度的标准差的平均值、车道级二氧化碳排放的总和；

S4.4：限速值单位为km/h，值必须为5的倍数；若S4.4中的三项指标相比无限速均提升5%以上，则应用可变限速值，否则维持无限速状态；若有多个限速值满足提升要求，则应用速度最高的限速值；可变限速值不得低于70km/h。