一种路段可变车道分配模型的构建方法及装置

本发明涉及交通信号控制工程，尤其涉及一种路段可变车道分配模型的构建方法及装置。

背景技术：

1、随着中国经济的迅猛发展，机动车保有量急剧上升。

2、通勤出行所引发的潮汐拥堵问题仍是一项尚未解决的城市病灶，严重制约着城市交通系统的健康运行与稳态发展，可变车道技术是缓解这一现象的有效措施。

3、然而，可变车道研究方面，前提是路网中所有路段都具备设置可变车道的适配性交通条件，忽略了潮汐交通流在路网中的空间分布特点和可变车道设置要求。

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种路段可变车道分配模型的构建方法及装置，用以解决可变车道开启时未考虑潮汐交通流在路网中的空间分布特点和可变车道设置要求的技术问题。

2、为了解决上述问题，本发明提供一种路段可变车道分配模型的构建方法，包括：

3、构建可变车道分段切换的元胞传输模型，以模拟路段可变车道切换前后交通流传输过程；

4、建立干道车道分配评价机制，基于所述干道车道分配评价机制，构建以路径总行程延误最小为优化目标的目标函数，并对所述目标函数设定约束条件；

5、基于所述目标函数以及约束条件对所述可变车道分段切换的元胞传输模型进行优化后，构建路段可变车道分配模型，以确定路段的可变车道分配方案。

6、在一种可能的实现方式中，所述构建可变车道分段切换的元胞传输模型，包括：

7、确定路段的上行方向以及下行方向，其中，所述上行方向为重交通流方向，所述下行方向为轻交通流方向；

8、将所述路段划分为多个元胞，以确定重交通流方向元胞以及轻交通流方向元胞；

9、基于路段vctm元胞传输模型，确定重交通流方向元胞的车道数、重交通流方向元胞的车流密度、重交通流方向元胞的流入率以及轻交通流方向元胞的车道数、轻交通流方向元胞的车流密度、轻交通流方向元胞的流入率，基于所述重交通流方向元胞的车道数、重交通流方向元胞的车流密度、重交通流方向元胞的流入率以及轻交通流方向元胞的车道数、轻交通流方向元胞的车流密度、轻交通流方向元胞的流入率，构建可变车道分段切换的元胞传输模型。

10、在一种可能的实现方式中，所述重交通流方向元胞的车道数的计算式为：

11、

12、

13、其中，nk,p,i(t)为t时刻重交通流方向元胞的车道数，nk为路段rk,p初始时刻重交通流方向车道数，nk,p为预切换的车道数，c(t)为t时刻清空路段长度，c(t+δt)为t时刻之后的一个时间步长的清空路段长度，lk,p,i为路段rk,p元胞的长度，ik,p为路段rk,p的最末元胞编号，δt为时间步长，i为元胞编号，t0为开启潮汐车道走廊时刻的仿真步长，t为某一时刻，为轻交通流车辆驶离速度。

14、在一种可能的实现方式中，所述重交通流方向元胞的车流密度的计算式为：

15、

16、

17、其中，kk,p,i(t)为路段rk,p重交通流方向元胞i在t时刻的车流密度，c(t-δt)为t时刻之前的一个时间步长的清空路段长度，nk,p,i(t-δt)为t时刻前一个时间步长的重交通流方向元胞i在可变车道开启后的车道数，kk,p,i(t-δt)为路段rk,p重交通流方向元胞i在t时刻前一个时间步长的车流密度，li为元胞i的长度，qi+1(t-δt)为路段rk,p重交通流方向元胞i+1在t-δt时刻的流入率，qi(t-δt)为路段rk,p重交通流方向元胞i在t-δt时刻的流入率。

18、在一种可能的实现方式中，所述重交通流方向元胞的流入率的计算式为：

19、

20、其中，qk,p,i(t)为路段rk,p重交通流方向元胞i在t时刻的流入率，sk,p,i-1(t)为路段rk,p重交通流方向元胞i的上游元胞i-1的发送能力，rk,p,i(t)为路段rk,p重交通流方向元胞i的接收能力。

21、在一种可能的实现方式中，所述轻交通流方向元胞的车道数的计算式为：

22、

23、其中，n′k,p,i(t)为t时刻轻交通流方向元胞的车道数，n′k为路段rk,p初始时刻轻交通流方向车道数，nk,p为预切换的车道数，lk,p,i为路段rk,p元胞i的长度，ik,p为路段rk,p的最末元胞编号。

24、在一种可能的实现方式中，所述轻交通流方向元胞的车流密度的计算式为：

25、

26、其中，k′k,p,i(t)为路段rk,p轻交通流方向元胞i在t时刻的车流密度，n′k,p,i(t-δt)为t时刻前一个时间步长的轻交通流方向元胞i在可变车道开启后的车道数，k′k,p,i(t-δt)为路段rk,p轻交通流方向元胞i在t时刻前一个时间步长的车流密度，li为元胞i的长度，q′i(t-δt)为路段rk,p轻交通流方向元胞i在t-δt时刻的流入率，q′i-1(t-δt)为路段rk,p轻交通流方向元胞i-1在t-δt时刻的流入率。

27、在一种可能的实现方式中，所述轻交通流方向元胞的流入率的计算式为：

28、

29、其中，q′k,p,i(t)为路段rk,p轻交通流方向元胞i在t时刻的流入率，s′k,p,i+1(t)为路段rk,p轻交通流方向元胞i的上游元胞i+1的发送能力，r′k,p,i(t)为路段rk,p轻交通流方向元胞i的接收能力。

30、在一种可能的实现方式中，所述目标函数的计算式为：

31、

32、

33、dk,p,i(t)＝δt·(kk,p,i(t)·lk,p,i-qk,p,i+1(t)·δt)，

34、

35、其中，mindtotal为目标函数，dk,p,i(t)为单个元胞单位时间内的车辆延误，dk,p为干道k第p条路段在潮汐走廊开启时段内的总出行延误，dk,1为干道k第1条路段在潮汐走廊开启时段内的总出行延误，f((k,p-1),(k,p))为干道车道分配评价机制，nk+nk,p为路段rk,p的重交通流方向车道分配数，nk+nk,p-1为路段rk,p前一路段rk,p-1重交通流方向车道分配数，te为可变车道关闭时的时间步长，qk,p,i+1(t)为路段rk,p重交通流方向元胞i的上游元胞i+1在t时刻的流入率，lk,p,i为路段rk,p元胞i的长度；

36、所述约束条件至少包括干道重交通流方向的饱和度、干道重交通流方向平均饱和度、干道轻交通流方向的饱和度以及干道轻交通流方向平均饱和度，所述约束条件的计算式为：

37、

38、

39、

40、

41、其中，xk(t)为t时刻干道k重交通流流向的饱和度，为干道k重交通流方向平均饱和度，qk,p,max为路段rk,p重交通流方向元胞的最大允许流入率，x′k(t)为t时刻干道k轻交通流方向的饱和度，为干道k轻交通流方向平均饱和度。

42、另一方面，本发明还提供一种路段可变车道分配模型的构建装置，包括：

43、元胞传输模型构建模块，用于构建可变车道分段切换的元胞传输模型，以模拟路段可变车道切换前后交通流传输过程；

44、目标函数构建模块，用于建立干道车道分配评价机制，基于所述干道车道分配评价机制，构建以路径总行程延误最小为优化目标的目标函数，并对所述目标函数设定约束条件；

45、可变车道分配模型建立模块，用于基于所述目标函数以及约束条件对所述可变车道分段切换的元胞传输模型进行优化后，构建路段可变车道分配模型，以确定路段的可变车道分配方案。

46、本发明的有益效果是：考虑潮汐交通流在路网中的空间分布特点和可变车道设置要求，构建可变车道分段切换的元胞传输模型，通过模拟路段可变车道切换前后交通流传输过程，为路段可变车道分配模型提供数据输入条件，建立干道车道分配评价机制，使路径上同一干道的车道分配方案趋于一致，基于干道车道分配评价机制，构建以路径总行程延误最小为优化目标的目标函数，并对目标函数设定约束条件，通过引入元胞车辆出行延误的定义，以路径总延误最小为目标对路段车道进行统一分配，基于目标函数以及约束条件对可变车道分段切换的元胞传输模型进行优化，以建立路段可变车道分配模型，对整条路径上多路段的车道分配方案进行综合考虑后，确定路段的可变车道分配方案，适用于可变车道动态切换场景下路段延误的计算，保障了干道交通流行车稳定性。