一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法技术

本发明专利技术提供一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，包含以下步骤：S1：在格子流体力学模型的基础上，设计一个带有鸣笛效应下连续通量差的控制函数项，该项函数通过当前连续通量差来判断鸣笛环境下司机是否应该调整速度，使交通流仿真贴近于真实交通流；S2：利用控制理论分析，研究鸣笛效应下连续通量差对交通流的影响。通过考虑了鸣笛效应下连续通量差以使得系统更加符合实际的交通流，可以有效缓解交通拥堵，使交通流更加均匀及稳定，让司机拥有一个更加安全及舒适的行驶体验。验。验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法


[0001]本专利技术涉及物理科学与工程
，尤其涉及一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法。

技术介绍

[0002]随着全球城市化进程的加速和交通需求的快速发展，交通形势日益恶化，交通拥堵问题已成为现代交通理论的一个重要问题。为了解决这个问题，国内外各方学者提出了各种交通流模型，如汽车跟随模型、元胞自动机模型、广义力模型、格子流体力学模型等。汽车跟随模型被广泛应用于用速度、位置、加速度等信息描述交通流的个别特征。而格子流体力学模型通过密度、通量和速度等变量之间的变分关系来研究交通流特征。
[0003]近年来，控制理论在交通流模型中得到了广泛的应用，同时格子流体力学模型因其宏观和微观特性而受到高度关注。学者们从密度差异、通量差异、格子点位置和预期效应等方面提出了格子流体力学模型，以证明其模型的优势。2000年，Keiji Konishi等人首先用分散式延迟反馈控制方法研究了汽车跟随模型的交通堵塞抑制问题。自此研究者们用控制理论提出了许多扩展的汽车跟随模型。受汽车跟随模型控制方法发展的启发，格子流体力学模型的现代控制理论引起了极大的关注。2015年，葛红霞等人利用通量差作为反馈信号来抑制交通堵塞。李永福等人提出了一种新的具有密度变化率差的控制信号。岑冰玲等人提出了一种次近邻交互控制方法，同时为了分析长期的交通行为，还研究了密度波的抗扭结类型。彭光含等人将历史演变信息与反馈控制信号相结合来推导交通流的稳定性条件，其数值模拟结果表明反馈控制信号和历史演化信息都可以缓解交通拥堵，但反馈控制信号在交通流上比历史演化信息起着更重要的作用。因此如何选取反馈控制信号及如何选择合理的参数值对交通流的稳定性控制相当重要。
[0004]在实际交通中，当后面的车辆鸣笛时，前面的车辆总是会调整当前车的速度。在以往的文献中，大部分研究者们都是基于格子流体力学模型收集前后车辆的有用信息，并将这些信息作为反馈控制信号控制交通系统。因此，彭光含等人充分考虑了鸣笛环境下当前通量与最大通量的差值对交通流影响，其仿真结果表明，采用最大通量与当前通量差值的控制方法可以有效地提高交通流的稳定性。此外，还研究了鸣笛效应下个体差异对交通流的影响。近年来，研究者们基于格子流体力学模型中反馈控制信号及不同环境中的反馈控制信号，对交通流稳定性进行控制理论分析，研究了鸣笛环境下驾驶员个体差异、当前通量与最大通量的差值等反馈信号，但未考虑鸣笛效应下连续通量差对交通流的影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中的仿真结果未考虑到鸣笛效应下连续通量差对交通流的影响的问题，而提出的一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法。
[0006]一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，其特征在于：包含以下
步骤：
[0007]S1：在格子流体力学模型的基础上，设计一个带有鸣笛效应下连续通量差的控制函数项，该项函数通过当前连续通量差来判断鸣笛环境下司机是否应该调整速度，使交通流仿真贴近于真实交通流；:
[0008]S2：利用控制理论分析，研究鸣笛效应下连续通量差对交通流的影响。
[0009]优选的，所述S1包含以下步骤：
[0010]步骤1.1：确定格子流体力学模型的微分方程：
[0011][0012][0013]步骤1.2：构建一个考虑鸣笛效应下连续通量差的函数项为：
[0014][0015]其中μ为反馈增益，τ为鸣笛效应的反应时间，q
m
为最大通量，k为通量强度系数，b为常量参数，当k＝0时，(1+k)q
j+1
‑
q
j
为实际通量差；
[0016]步骤1.3：定义一个带有最大速度和局部密度的最优速度函数项为：
[0017][0018]其中v
max
为最大速度，ρ
c
为局部密度；
[0019]步骤1.4：考虑鸣笛效应下连续通量差的格子流体力学模型为：
[0020][0021][0022][0023]优选的，所述步骤2的具体步骤为：
[0024]步骤2.1：假设稳态均匀交通流是[ρ
n
,q
n
]T
，期望密度和通量为[ρ
*
,q
*
]T
且[ρ
n
,q
n
]T
＝[ρ
*
,q
*
]T
，在格子流体力学模型中添加小扰动[ρ0,q0]，并对格子流体力学模型进行线性化，得到：
[0025][0026]其中
[0027]步骤2.2：对两式进行拉普拉斯变换，并忽略其中的高次项，得到：
[0028][0029][0030]其中P
j+1
(s)＝L(ρ
j+1
)，Q
j+1
(s)＝L(q
j
)，Q
j+1
(s)＝L(q
j+1
)，L(
·
)为拉普拉斯变换函数，s为复数频率；
[0031]步骤2.3：通过对考虑鸣笛效应下连续通量差的格子流体力学模型消除项P
j+1
(s)后，得到通量方程为：
[0032][0033]其中特征多项式为
[0034]步骤2.4：令传递函数G(s)为构建Q
j+1
(s)和Q
j
(s)的关系式为：
[0035]Q
j
(s)＝G(s)Q
j+1
(s)
[0036]步骤2.5：假设μ/τ为正数，当a+b＞0、时，特征多项式D(s)保持稳定状态。当D(s)处于稳定状态且传递函数G(s)满足||G(s)||
∞
≤1时，车流量系统中不发生交通拥堵现象，即交通流处于稳定状态。
[0037]步骤2.6：假设s＝jω，得到：
[0038][0039]步骤2.7：假设则交通流的充分性条件转化为g(ω)≤1，即：
[0040][0041]步骤2.8：忽略ω2项后，交通流的充分性条件简化为：
[0042][0043]优选的，所述S1中的通量强度系数k取值范围为[
‑
1,1]。
[0044]上述所述的基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，其考虑了鸣笛效应下连续通量差以使得系统更加符合实际的交通流，通过运用数值仿真模拟交通流的过程
中发现，反馈增益与鸣笛效应的反应时间的比值的增加或通量的强度系数的降低都会对交通流的稳定有明显的促进作用，相比于仅考虑鸣笛效应或当前通量与最大通量的差值的控制方法，本专利技术的基于鸣笛效应下连续通量差的新型控制方法，可以有效缓解交通拥堵，使交通流更加均匀及稳定，让司机拥有一个更加安全及舒适的行驶体验。
附图说明
[0045]图1为本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，其特征在于：包含以下步骤：S1：在格子流体力学模型的基础上，设计一个带有鸣笛效应下连续通量差的控制函数项，该项函数通过当前连续通量差来判断鸣笛环境下司机是否应该调整速度，使交通流仿真贴近于真实交通流；S2：利用控制理论分析，研究鸣笛效应下连续通量差对交通流的影响。2.根据权利要求1所述的基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，其特征在于：所述S1包含以下步骤：步骤1.1：确定格子流体力学模型的微分方程：步骤1.1：确定格子流体力学模型的微分方程：步骤1.2：构建一个考虑鸣笛效应下连续通量差的函数项为：其中μ为反馈增益，τ为鸣笛效应的反应时间，q
m
为最大通量，k为通量强度系数，b为常量参数，当k＝0时，(1+k)q
j+1
‑
q
j
为实际通量差；步骤1.3：定义一个带有最大速度和局部密度的最优速度函数项为：其中v
max
为最大速度，ρ
c
为局部密度；步骤1.4：考虑鸣笛效应下连续通量差的格子流体力学模型为：步骤1.4：考虑鸣笛效应下连续通量差的格子流体力学模型为：步骤1.4：考虑鸣笛效应下连续通量差的格子流体力学模型为：3.根据权利要求1所述的基于鸣笛效应下连续通量差的改良交通流分析方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤为：步骤2.1：假设稳态均匀交通流是[ρ
n
,q
n
]
T
，期望密度和通量为[ρ*,q*]
T
且[ρ
n
,q
n
]
T
＝[ρ*,q*]
T
，在格子流体力学模型中添加小扰动[ρ0,q0]，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵敏，黄欣，覃文智，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：