基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法技术

本发明专利技术公开了基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法，该方法包括如下步骤：S1、获取真实路网并通过自动化手段调整矫正路网，分析卡口数据信息识别道路高峰时段流量分布，并将高峰时段车流情况还原，集计后将高峰时段流量导入仿真软件；S2、建立评价指标，确定路段最佳分割长度；S3、根据步骤S2确定的最佳分割长度，将目标路段切分为离散路段，基于行程时间交通指数算法，定位溯源拥堵路段；S4、根据步骤S3确定的拥堵路段，设置定制化可变限速及匝道管控联合的高速公路管控手段。本发明专利技术根据路段拥堵分析，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。公路整体运行状体和服务水平的提升。公路整体运行状体和服务水平的提升。

【技术实现步骤摘要】
基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法


[0001]本专利技术涉及交通管理与控制
，特别是涉及一种道路拥堵溯源分析及管控方法。

技术介绍

[0002]截至2022年3月底，全国机动车保有量达4.02亿辆，其中汽车3.07亿辆，日益增长的汽车保有量也使得交通拥堵现象愈发严重，不仅对公众日常出行造成了不便，同时也会导致发生交通事故的概率提升，影响道路交通安全，威胁人民群众生命财产安全。其中高速公路的枢纽路段和匝道出入口处是发生交通拥堵的主要区域，交通拥堵的负面影响也凸显的尤为明显。为使高速道路营运正常、提高营运效率、减少事故与阻塞发生频率，需要对高速公路上交通拥堵路段严重的地点进行实时监控，施加路段管控措施。
[0003]目前高速公路管理部门主要通过视频监控手段辅以车辆流量检测器进行高速公路道路监控。但是一个视频监控设备的监控区域最多延伸2公里，对于动辄管辖上千公里路段的高速公路管理单位来说，监控区域局限性较大，不能实现全面性监控。同时，相邻两个汽车流量检测器的一般间距在十几公里、几十公路甚至更远，数据采集的频次和时效性、采集密度均不能达到实时监控的要求。因此，为了方便管控措施效果测试，节约研发成本，基于仿真环境的数字孪生模拟车辆运行平台成为了有效的管控测试方式。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题：提供基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法，通过仿真推演的手段，分析研判路网拥堵情况，实施相应的管控手段，达到缓解高速公路的拥堵问题，提高路网运行状态的目的。
[0005]本专利技术为解决以上技术问题而采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提出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，包括如下步骤：
[0007]S1、获取真实路网并通过自动化手段调整矫正路网，分析卡口数据信息识别道路高峰时段流量分布，并将高峰时段车流情况还原，集计后将高峰时段流量导入仿真软件。
[0008]S2、依据路段子单元特点，结合路段分割的评价指标分析，确定路段分割长度。
[0009]S3、根据步骤S2确定的分割长度，将目标路段切分为离散路段，基于行程时间交通指数算法，分别提取各个路段的行程时间比，定位溯源拥堵路段。
[0010]S4、根据步骤S3确定的拥堵路段，设置定制化可变限速及匝道管控联合的高速公路管控手段，提高高速公路整体运行效率。
[0011]进一步，步骤S1具体包括以下步骤：
[0012]步骤S101、根据OpenStreetMap获取研究区域道路网络，生成仿真路网文件.net.xml和可视化配置文件.poly.xml。
[0013]步骤S102、根据卡口经纬度将卡口匹配到仿真路网中，确定卡口在路网中的位置，
统计各个卡口不同时段的流量变化，获取路段高峰时段分布，将一个时间段内各个卡口的流量集计，根据卡口的时间分布特征，采用最短路径原则根据车牌号把卡口间的车辆串联起来，得到高峰时段车流分布情况，并转化为.rou.xml文件导入仿真软件。
[0014]进一步，步骤S2具体包括以下步骤：
[0015]步骤S201、在仿真模型中，研究路段每隔一定距离增设一个流量检测器，将研究路段中每隔一定距离的区域视为一个路段子单元，运行仿真模型，输出仿真路网各路段子单元的高峰小时流量数据；根据输出流量数据，分析路段子单元的流量变化和是否出现前后子单元流量差异过大的问题，为实施步骤S202做准备。
[0016]步骤S202、枚举一段范围内的分割长度，借助步骤S201中设置的流量检测器，输出每段分割长度对应的流量。检查分割后路段流量分布，符合负二项分布即可保留下来，对比不同分割长度下的评价指标情况，发现当分割长度为100m时，不同路段间的流量变化较小，没有出现骤变的情况，因此路段的最佳分割长度应大于100m，综合考虑后，选定最终分割长度。
[0017]进一步，步骤S2中所述的路段子单元特点包括其高峰时段流量、是否为立交区、收费站、匝道或者其他非主路的道路结构和道路线性；所述的评价指标体系包括路段特征展现程度、分割精度和后期处理工作量的指标。
[0018]进一步，步骤S201中，将研究路段中每隔100m增设一个流量检测器。
[0019]进一步，步骤S202中，枚举100m至1000m的分割长度。
[0020]进一步，步骤S3具体包括以下步骤：
[0021]步骤S301、针对主线部分，计算主线总长度，再结合步骤S2选定研究路段的分割长度，进而确定主线分割区段个数；
[0022]步骤S302、根据主线总长度、分割长度、主线分割区段个数三个参数在仿真路网中确定每个区段的经纬度位置，分别在各个区段布设E1检测器，测量不同区段i高峰时段内车辆平均行程速度V
i
；
[0023]步骤S303、根据交通指数算法计算不同区段i基于行程速度的交通拥堵状态TSI
ki
：
[0024][0025]或者
[0026]式中，TSI
ki
是路段i在时间k的行程速度比；V
fi
为自由流状态下，路段i的行程速度；为实际情况下，路段i在时间k的平均行程速度；
[0027]步骤S304、根据交通拥堵状态指标TSI
ki
确定不同区段i的拥堵指数，从而确定拥堵发生区段所在的位置，随后实行步骤S4的管控策略。
[0028]进一步，根据拥堵所在位置的不同，设定不同管控策略：
[0029](1)当拥堵所在位置处在主路时，采用可变限速管控策略和动态分车道管控策略；其中可变限速管控策略是根据步骤S3得到的交通拥堵区段统计结果，对拥堵区段实施可变限速控制策略，通过仿真反复迭代，选取道路最佳限速值；动态分车道管控策略是在一定的时间间隔Δt下，更新研究路段车道控制策略，当区段i的占有率vehOccupy
i
大于阈值的到
时候，选择开放车道管控策略；
[0030](2)当拥堵所在位置处在匝道时，采用匝道出入口管控策略；该策略的主要内容包括：在匝道出入口附近的车道上逐级设置阶梯式虚实线，在出入口前设置虚线允许变道，在出入口附近路段设置实现禁止车辆随意变道，使得驶入匝道的车辆提前变道，缓解匝道口附近拥堵程度。
[0031]进一步，所述的动态分车道管控策略，将时间间隔Δt设定为10min。
[0032]进一步，所述的可变限速控制策略中，路段的可变限速值计算公式及约束条件为：
[0033]V
lim
＝b(k)V
max
#(3)
[0034]b(k)＝b(k
‑
1)+K
I
e
q
(k)#(4)
[0035][0036][0037]其中：e是实时占有率与最优占有率之间的差值，通过占有率的差值大小展现当前路段的车辆分布情况及运行状态；q
c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于微观交通仿真的高速公路拥堵溯源分析及管控方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、获取真实路网并通过自动化手段调整矫正路网，分析卡口数据信息识别道路高峰时段流量分布，并将高峰时段车流情况还原，集计后将高峰时段流量导入仿真软件；S2、依据路段子单元特点，结合路段分割的评价指标体系分析，确定路段分割长度；S3、根据步骤S2确定的分割长度，将目标路段切分为离散路段，基于行程时间交通指数算法，分别提取各个路段的行程时间比，定位溯源拥堵路段；S4、根据步骤S3确定的拥堵路段，设置定制化可变限速及匝道管控联合的高速公路管控手段。2.根据权利要求1所述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，其特征在于，步骤S1具体包括以下步骤：步骤S101、根据OpenStreetMap获取研究区域道路网络，生成仿真路网文件.net.xml和可视化配置文件.poly.xml；步骤S102、根据卡口经纬度将卡口匹配到仿真路网中，确定卡口在路网中的位置，统计各个卡口不同时段的流量变化，获取路段高峰时段分布，将一个时间段内各个卡口的流量集计，采用最短路径原则根据车牌号把卡口间的车辆串联起来，得到高峰时段车流分布情况，并转化为.rou.xml文件导入仿真软件。3.根据权利要求1所述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，其特征在于，步骤S2具体包括以下步骤：步骤S201、在仿真模型中，研究路段每隔一定距离增设一个流量检测器，将研究路段中每隔一定距离的区域视为一个路段子单元，运行仿真模型，输出仿真路网各路段子单元的高峰小时流量数据；根据输出流量数据，分析路段子单元的流量变化和是否出现前后子单元流量差异过大的问题，为实施步骤S202做准备；步骤S202、枚举一段范围内的分割长度，借助步骤S201中设置的流量检测器，输出每段分割长度对应的流量；检查分割后路段流量分布，符合负二项分布即保留，对比不同分割长度下的评价指标情况，选定的最终分割长度应在不同路段间的流量变化较小且没有出现骤变的情况。4.根据权利要求3所述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，其特征在于，步骤S201中，将研究路段中每隔100m增设一个流量检测器。5.根据权利要求3所述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，其特征在于，步骤S202中，枚举100m至1000m的分割长度。6.根据权利要求1所述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，其特征在于，步骤S2中所述的路段子单元特点包括高峰时段流量、是否为立交区、收费站、匝道或者其他非主路的道路结构和道路线性的信息；所述的评价指标体系，主要指标包括路段特征展现程度、分割精度和后期处理工作量。7.根据权利要求1所述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...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹志，徐志红，郑栋，程亚星，史云阳，刘志远，朱荣军，王健，高欣，徐乃云，
申请(专利权)人：悉地苏州勘察设计顾问有限公司，
类型：发明
国别省市：