一种雾天环境下基于CA-SIR模型的高速公路拥挤传播方法技术

本发明专利技术涉及高速公路交通流运行状态技术领域，且公开了一种在雾天环境下基于CA

【技术实现步骤摘要】
一种雾天环境下基于CA
‑
SIR模型的高速公路拥挤传播方法


[0001]本专利技术涉及高速公路交通流运行状态
，具体为一种雾天环境下基于CA
‑
SIR(CA
‑
SIR，Cellular Automata
‑
Susceptible,Infected,Removed，元胞自动机
‑
传染病)模型的高速公路拥挤传播方法。

技术介绍

[0002]高速公路由于其全程封闭、行驶速度高、出入口间距长等特点，一旦发生拥挤，持续时间长且影响严重，甚至会带来次生的交通事故，影响主线运行的可靠性，而雾天环境会对高速公路上的路面状况、车辆性能、能见度和驾驶员行为产生显著负面影响。因此分析雾天环境下不同能见度对高速公路交通拥挤传播的影响，构建拥挤传播模型并确定雾天环境下的关键参数，探究雾天环境下高速公路的拥挤传播机理，是科学制定未来交通管理与控制策略、缓解雾天时高速公路拥挤状态的有效途径。
[0003]目前存在的雾天环境相关研究，大多集中在雾天环境下能见度对驾驶行为的影响以及对交通流运行特性的影响，对于交通流拥挤，特别是在高速公路上其拥挤的形成、传播与消散等状态演化，缺乏系统深入的探究，个别涉及雾天环境下的车辆跟驰表现的研究，也局限于设定好基础条件的微观场景，没有考虑到雾天环境下不同能见度对交通流影响的差异，不能很科学的套用于整体高速公路环境，无法做到宏观上缓解雾天环境下高速公路的交通流拥挤情况，同理已有的研究模型其关键参数的标定也不具备适用性，因此本专利技术分析雾天环境下不同能见度对交通流拥挤影响的定量关系，标定宏观场景下的模型关键参数，给出雾天环境下高速公路交通拥挤传播机理以解决上述问题。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种在雾天环境下的高速公路拥挤传播方法，具备可定量分析雾天环境下不同能见度对高速公路交通流影响的优点，解决了现有技术无法做到考虑不同能见度场景的条件下，实现获取雾天环境下高速公路拥挤传播演化机理的问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述宏观上分析雾天环境下不同能见度对高速公路交通流拥挤影响的目的，本专利技术提供如下技术方案：一种雾天环境下基于CA
‑
SIR模型的高速公路拥挤传播方法，包括以下步骤：
[0008]1)、分析在雾天环境不同能见度下的元胞CA模型设置，将所述元胞CA模型设置的目标分为三个：以高速公路三车道模型为基础设定元胞(cell，1cell＝5m)数量及场景车道长度、以高速公路上行驶的限速要求规定模型车辆最大车速(cell/s)、以各能见度下限速条件设定元胞自动机模型中的限速；
[0009]2)、分析不同能见度下的场景分类问题，将场景分类阶段的目标分为两个：以雾天
能见度计算驾驶员可视距离、以不同能见度下最小行车车距判定场景分类标准，如下表所示：
[0010][0011]3)建立轻雾、中雾、大雾能见度下，场景一的跟驰换道规则：
[0012][0013]d
t,i
表示t时刻第i辆车受到前车影响，可能会进行换道；d
t,i,front
为t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车的距离(cell)；d
t,i,back
为t时刻第i辆车与相邻车道上最近后车的距离(cell)；rand()为0到1之间的随机数；v
t,i
表示t时刻第i辆车的速度(cell/s)；d
safe
表示最小安全距离；v
t,i,back
为t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的速度(cell/s)；α
n
·
v
max,i,back
为第n种能见度下t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的最大速度(cell/s)；P
change
为车辆的换道概率,取0.41(轻雾)、0.23(中雾)、0.14(大雾)。
[0014]4)、建立浓雾能见度下，场景二的随机制动概率：
[0015][0016]Δv
t,i,other
＝min(v
t,i
‑
v
t,i+1,other
)
[0017]随机制动概率P
brake
的取值受到相邻车道车辆的影响；P0表示浓雾环境下不受相邻车道影响的车辆随机制动概率；v
t,i
为车辆i在t时刻速度；车辆i的相邻车道上最近前车在t时刻速度记为v
t,i+1,other
；车辆的最大速度为v
max
；Δv
t,i,other
表示t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车速度差(cell/s)；γ＝0.4，δ＝0.5；d
t,i,other
表示t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车的距离(cell)。
[0018]5)、确定雾天环境下高速公路拥挤传播的CA
‑
SIR模型关键参数：
[0019][0020][0021][0022]λ
CA
为拥挤传播概率；μ
CA
为拥挤恢复概率；雾天环境下的速度因子α
i
根据不同能见度受到影响，取值在0
‑
1之间；表示平均拥堵传播概率，设定δ＝0.5；为平均拥堵恢复概率，设定P
change
为车辆的换道概率,取0.41(轻雾)、0.23(中雾)、0.14(大雾)；P
brake
为随机制动概率；v
i,max
为不同雾天环境下的限速值；v
max
＝7cell/s为晴朗天气下的最大速度。
[0023]6)、采用MATLAB进行仿真求解雾天环境不同能见度下的道路时空变化图，得到不同能见度下车辆拥挤排队情况及平均车速，考虑能见度对驾驶员视距及车辆限速的影响，根据车辆拥挤区域、拥挤密度、拥挤时长、消散时间等判断不同能见度下的拥挤传播规律；
[0024]7)、分析雾天环境不同能见度下的车辆速度特性，分析高速公路拥挤传播各时间点的拥挤车辆演化发展机理，完成雾天环境下基于CA
‑
SIR模型的高速公路拥挤传播。
[0025]优选的，包括根据雾天环境的限速规定对元胞自动机模型进行基础设定，根据不同能见度进行视距计算及场景分类，分别建立两种雾天场景的跟驰换道规则，确定拥挤传播规律的关键参数，获取在雾天环境下高速公路车辆道路时空变化轨迹，得到高速公路拥挤传播情况，根据雾天环境不同能见度下的车辆速度特性得出高速公路拥挤传播各时间点的拥挤车辆演化发展，构成雾天环境下的高速公路拥挤传播方法。
[0026]优选的，所述雾天环境不同能见度下的元胞CA模型设置包括设定雾天环境高速公路适用模型的元胞数量及场景车道长度、设定高速公路适用的模型车辆最大车速、设定各能见本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雾天环境下基于CA
‑
SIR模型的高速公路拥挤传播方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、分析在雾天环境不同能见度下的元胞CA模型设置，将所述元胞CA模型设置的目标分为三个：以高速公路三车道模型为基础，设定元胞(cell，1cell＝5m)数量及场景车道长度、以高速公路上行驶的限速要求规定模型车辆最大车速(cell/s)、以各能见度下限速条件设定元胞自动机模型中的限速；2)、分析不同能见度下的场景分类问题，将场景分类阶段的目标分为两个：以雾天能见度计算驾驶员可视距离、以不同能见度下最小行车车距判定场景分类标准；3)建立轻雾、中雾、大雾能见度下场景一的跟驰换道规则：d
t,i
表示t时刻第i辆车受到前车影响，可能会进行换道；d
t,i,front
为t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车的距离(cell)；d
t,i,back
为t时刻第i辆车与相邻车道上最近后车的距离(cell)；rand()为0到1之间的随机数；v
t,i
表示t时刻第i辆车的速度(cell/s)；d
safe
表示最小安全距离；v
t,i,back
为t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的速度(cell/s)；α
n
·
v
max,i,back
为第n种能见度下t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的最大速度(cell/s)；P
change
为车辆的换道概率,取0.41(轻雾)、0.23(中雾)、0.14(大雾)。4)、建立浓雾能见度下场景二的随机制动概率：Δv
t,i,other
＝min(v
t,i
‑
v
t,i+1,other
)随机制动概率P
brake
的取值受到相邻车道车辆的影响；P0表示浓雾环境下不受相邻车道影响的车辆随机制动概率；v
t,i
为车辆i在t时刻速度；车辆i的相邻车道上最近前车在t时刻速度记为v
t,i+1,other
；车辆的最大速度为v
max
；Δv
t,i,other
表示t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车速度差(cell/s)；γ＝0.4，δ＝0.5；d
t,i,other
表示t时刻第i辆车与相邻车道上最近前车的距离(cell)。5)、确定雾天环境下高速公路拥挤传播的关键参数：5)、确定雾天环境下高速公路拥挤传播的关键参数：5)、确定雾天环境下高速公路拥挤传播的关键参数：
λ
CA
为拥挤传播概率；μ
CA
为拥挤恢复概率；雾天环境下的速度因子α
i
根据不同能见度受到影响，取值在0
‑
1之间；表示平均拥堵传播概率，设定δ＝0.5；为平均拥堵恢复概率，设定P
change
为车辆的换道概率,取0.41(轻雾)、0.23(中雾)、0.14(大雾)；P
brake
为随机制动概率；v
i,max
为不同雾天环境下的限速值；v
max
＝7cell/s为晴朗天气下的最大速...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佼，赵靖，鲍雨婕，何家平，韩印，王嘉文，李俊杰，李佳洋，陈信，吴秀荣，谢贝贝，张聪，王银，王祯琦，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：