[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

摘要

本发明属于港区道路设计技术领域，涉及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：初步确定所要设计圆曲线半径的取值范围和弧长范围；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，并对安全性边界条件进行处理；建立元胞自动机仿真模型，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；简化港区车辆的车型，并将各种车辆换算为单一车种，再根据所建立的元胞自动机仿真模型，通过改变港区道路弯道圆曲线半径和弧长，对港区的交通进行仿真，并对其结果进行评价，考察设计方案是否能到达通行能力的要求。与传统方法相比，采用本发明法人设计方法得到的港区弯道线形设计方案更为符合港区交通特性。

主权项

1.一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；第四步：简化港区车辆的车型，并将各种车辆换算为单一车种，再根据所建立的元胞自动机仿真模型，通过改变港区道路弯道圆曲线半径和弧长，对港区的交通进行仿真，并对其结果进行评价，考察设计方案是否能到达通行能力的要求；第五步：若不能达到要求，则重新选择圆曲线的半径和弧长范围，返回第二步，直至达到设计要求。