一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法与流程

本发明属于智能交通，涉及一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法。

背景技术：

1、随着智能交通发展，高速公路作为北斗、5g、大数据、物联网、云计算、人工智能等新技术深度融合和创新的试验场地，是传统基础设施与新基建融合发展的代表，也是公路交通未来发展趋势所在。在实际生产过程中，直接采用新技术在现场进行试验会导致实施成本高、安全隐患大等问题。仿真技术是一种通过模型推演来复现实际系统中演变的本质过程，从而分析不同设备、方案在高速公路的应用效果的有效手段。

2、随着高速公路规模增长、环境复杂化、场景多样化，高速公路微观交通仿真计算负荷不断增加，常规仿真计算效率无法满足应用场景需求，存在一定的局限。

3、现有技术如申请公开号为cn202310913874.5的中国发明专利申请公开的基于sumo的高速路网实时微观交通仿真方法和系统，其通过利用实时融合数据实现交通流与车辆行为模型的动态更新,以提高sumo仿真模型的时间有效性,并输出单车级和交通流指标数据。

4、现有技术如申请公开号为cn202310132182.7的中国发明专利申请公开的基于微观交通仿真的高速公路瓶颈动态预测方法及系统，其通过利用vi ss im仿真软件对高速公路基础路段和匝道路段进行绘制，车流量和车辆流向比例的输入，进行数据的评价和输出，并根据预测的未来交通需求评估未来瓶颈点的状态，从而提升高速公路瓶颈预测的准确性。

5、现有技术又如申请公开号为cn202211654602.x的中国发明专利申请公开的基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法，其通过利用微观交通仿真进行路段拥堵分析,对拥堵路段进行精准管控,提高了高速公路整体运行效率,实现了高速公路整体运行状体和服务水平的提升。

6、上述现有技术虽然均能够解决各自对应场景的一些问题，但是均无法解决大规模高速公路微观交通仿真效率不充足的问题。

技术实现思路

1、鉴于此，为解决上述背景技术中所提出的问题，现提出一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：本发明提供一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，该方法包括以下步骤：步骤一、仿真启动：配置仿真路网数据、仿真流量数据、天气参数和仿真参数。

3、步骤二、车群分解和更新：提取各路段的车辆序列实时数据，据此进行车群分解以及进行车群更新。

4、步骤三、车群分布式仿真推进：对各车群中的车辆状态进行实时更新。

5、步骤四、仿真结束判断：设置仿真结束条件，若满足仿真结束条件，结束仿真。若不满足仿真结束条件，返回步骤二。

6、于本发明一优选实施例，所述仿真路网数据包括路段长度、路段限速、路段车道数出入口匝道位置和路段节点位置。

7、于本发明一优选实施例，所述配置仿真路网数据的具体配置过程如下：按照路段节点位置将路网划分为若干个连续路段，并构建连续路段区域集合a。

8、定义各个连续路段对应的空间区域xs，s表示各连续路段的编号，s＝1,2,......n。

9、于本发明一优选实施例，所述仿真流量数据包括路网入口流量、入口匝道流量、出口匝道流量。

10、于本发明一优选实施例，所述配置天气参数，具体配置过程如下：根据不同天气环境的界限，将连续路段区域集合a进行天气标注，并据此更新各个连续路段对应的空间区域xs。

11、于本发明一优选实施例，所述仿真参数包括仿真时长、单个车群容量上限和仿真步长。

12、于本发明一优选实施例，所述步骤二的具体执行过程如下：b1、更新各连续路段的车辆路段序列ids。

13、b2、按照单个车群容量上限将各连续路段的车辆路段序列ids分解为若干个车群序列，并构建各连续路段的的车群序列集合fs，同时将各连续路段对应的各车群序列记为ids,m，m表示各车群序列，m＝1,2,......m，m∈fs，第s个连续路段内的所有车群序列等价于车辆路段序列ids，ids,1∪ids,2∪......ids,m＝ids。

14、b3、当车群序列ids,m中包含设定特殊车辆，对该车群序列进行标注，将该车群序列进行单独分解，并将ids,m扩展为ids,m-1、ids,m-2和ids,m-3，ids,m-2为包含设定特殊车辆的车群，同时更新连续路段的的车群序列集合fs。

15、于本发明一优选实施例，所述车辆路段序列的更新规则如下：当车辆位置进入连续路段空间区域xs时，判定该车辆位于第s个连续路段内，即添加该车辆序号至第s个连续路段对应的车辆路段序列ids中。

16、当车辆位置离开连续路段空间区域xs时，判定该车辆不位于连续路段位于第s个连续路段内，从第s个连续路段对应的车辆路段序列ids中删除该车辆序号。

17、于本发明一优选实施例，所述对各车群中的车辆状态进行实时更新，包括：按照车辆跟驰模型对所有连续路段的车群序列对所有连续路段的车群序列ids,m中的车辆进行纵向位置的同步更新。

18、按照车辆换道模型对所有连续路段的车群序列对所有连续路段的车群序列对所有连续路段的车群序列ids,m中的车辆进行横向位置的同步更新。

19、于本发明一优选实施例，所述仿真结束条件为累计仿真步长小于仿真时长。

20、相较于现有技术，本发明的有益效果如下：(1)本发明通过车群分解的方式降低高速公路微观交通仿真问题规模，并通过分布式仿真加快计算速度，有效解决了当前大规模高速公路微观交通仿真效率不充足的问题，满足高速公路微观交通仿真大规模、高复杂度的需求。

21、(2)本发明通过利用车群分解的方式实现对高速路网所有在途车辆的分组，并根据车辆所在路段和具体位置将所有车辆划分为若干个车群，降低了仿真问题规模，从而提升了仿真的便捷性和可操作性。

22、(3)本发明通过利用分布式仿真框架对所有车群的车辆状态进行同步更新，实现路网所有车辆状态推演，并且有效降低每一步仿真计算时长，从而大幅度提升了仿真效率。

23、(4)本发明通过根据天气参数进一步细化车群分解方法，进而配置每一车群所处的天气环境，增强仿真的真实性，并且通过对特殊车辆车群进行了单独划分，从而实现特殊车辆的仿真环境单独配置，实现精细化仿真，实现了车群的精细化分解，从而增强了仿真的真实性和准确性。

技术特征：

1.一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述仿真路网数据包括路段长度、路段限速、路段车道数出入口匝道位置和路段节点位置。

3.根据权利要求2所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述配置仿真路网数据的具体配置过程如下：

4.根据权利要求1所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述仿真流量数据包括路网入口流量、入口匝道流量、出口匝道流量。

5.根据权利要求3所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述配置天气参数，具体配置过程如下：

6.根据权利要求3所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述仿真参数包括仿真时长、单个车群容量上限和仿真步长。

7.根据权利要求6所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述步骤二的具体执行过程如下：

8.根据权利要求7所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述车辆路段序列的更新规则如下：

9.根据权利要求7所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述对各车群中的车辆状态进行实时更新，包括：

10.根据权利要求6所述的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，其特征在于：所述仿真结束条件为累计仿真步长小于仿真时长。

技术总结本发明属于智能交通技术领域，具体公开提供的一种基于车群分解的高速公路分布式微观交通仿真方法，该方法首先在仿真启动阶段进行仿真数据和参数的配置；然后路网状态和车辆位置将所有在途车辆分解为若干个车群；其次利用分布式仿真对所有车群的车辆状态进行同步更新；最后根据仿真时间进行仿真是否结束的判断。本发明通过将大规模仿真任务通过车群分解手段划分为多个小规模仿真任务，并通过分布式仿真进行同步计算，从而提高了仿真效率，满足高速公路微观交通仿真大规模、高复杂度的需求。并且通过在车群分解过程中考虑天气因素和特殊车辆的影响进行精细化分解，增强了仿真的真实性和准确性。技术研发人员：金波,余佳洋,汪成立,娄刃,郑亦殷,阙祖琛受保护的技术使用者：浙江省交通运输科学研究院技术研发日：技术公布日：2024/5/8