真，求解每个车道的进入车道时间tp，即更新tp为。
[0022] 设计算法如下：假设下一个时间步是T + 1，同时当仿真时间从T到T + 1，周期 [?，T+1]内的累计移动距离为rwtpT+1)，并且累计移动距离的增长是基于T+1时的速度，即 = 〇 + ，其中ντ是τ时刻车道上所有车辆的平均速度，Δ t是时间步长。 如果车道长度比Da?(tf)大，那么进入车道时间tp就可以从t；：更新为g+1，即tp=t pTrf。
[0023] 这意味着进入车道时间tp不大于tf1的车辆具有了通过当前车道的条件之一（即 第4步中的条件④）。这里有另一种方法来理解更新tp的过程，当交通仿真刚开始的时候，车 道上没有车辆可以通过，tp是0。最后当交通仿真结束的时候，大部分车辆能够通过车道(没 有堵塞），因此tp应该接近仿真时间的终点。在仿真周期中，更新tp的过程就只是检查tp是 否可以增加从而使得车道上有更多车辆可以通过进入到下一个路段(即下一个车道）。
[0024] 第3步，将上游车道的车辆移动到下游车道。
[0025] (1)对车道进行从下游车辆到上游车辆的一个倒序检查。这是因为上游车辆的位 置是由其前方(下游)车辆是否能通过当前车道所决定的。
[0026] (2)通过车道的车辆的最大数量是车道的输出容量。因此，每个时间步长内只对进 入车道时间小于tp的那部分车辆进行检查。例如，当对一个典型的高速公路车道(车道容量 1800辆/小时)进行仿真时，一个典型的时间步长(2s)内的车辆的理论最大通过量(输出容 量)是1。
[0027] (3)如图3所示，这里有四条规则来决定一辆车是否能通过节点离开上游车道:① 当前车道(上游车道)有足够的输出容量(输出容量是指根据路口红绿灯情况计算出的平均 通过车辆个数）；②下游车道有足够的输入容量(输入容量是指根据路口红绿灯情况计算出 的平均通过车辆个数，对同一个路口的上下游车道来说，输入容量=输出容量）；③下游车 道有足够的剩余空间（剩余空间=车道长度-队列长度）；④车辆进入上游车道的时间不大 于该上游车道的进入车道时间tp。
[0028] 如果一辆车不能通过上游车道，上游车道的上游车辆就被堵塞了。因此，这里就没 有必要对上游车辆进行检查。如果多个车辆(在不同的车道或道路上)可以通过上游车道并 且所要驶入的下游车道是同一个，那么，首先更新等待时间最长(更新进入车道时间tp)的 车辆。在该仿真方法中，一个车辆的状态(例如，进入时间和车道）只在车辆从一个上游车道 进入下游车道时更新，与目前其他的方法在每一个时间步长内更新每一个独立车辆的状态 (例如位置)的方法相比，基于进入车道时间的仿真方法在时间上更具有效率。
[0029] 计算车辆的进入队列时间tq和队列长度。具体过程如下：
[0030] (1)在一个时间步长T~T+1内，车辆进入队列的时间总是比t；；大，因为车辆不 可能向后开退出队列。另外，进入队列的时间总是大于或等于进入车道的时间t p?。
[0031] (2)如果一辆车在t时间到达了队列的尾部，:t > tf，当前队列的进入队列时间为 tq= tqW，则更新进入队列时间tq = t。
[0032] (3)当进入队列时间tq更新时，队列长度也会一起更新。队列长度在以下三种情况 下更新：
[0033] ①队列长度增加:如果队列长度增加并且$>4;
[0034] ②队列长度减少:如果一辆车通过了车道；
[0035] ③队列长度增加:如果增加并且车辆到达队列的尾部。
[0036]与tp相同，更新队列的进入时间tq的本质是检查tq是否可以增加，并且移动车辆 进入队列。
[0037]计算完此步后回到第2步，即准备下一个车道的交通动态仿真。
【主权项】
1. 基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，其特征在于： 第1步，初始化时间步长、进入车道时间和累计移动距离； 时间从0开始，每一次增加1，即0，1，2，…，T，T+1，…。其中T是一个整数，代表某一个仿 真时刻；0。。，如^是周期[t；：，巧内的累计移动距离，刚开始仿真时t!!是0，Dann(t_： )是〇 ; t;是 时间T时所有车辆最早的进入车道的时间，因此进入车道时间tp=tpT ; 第2步，在每个时间步长内，对每条路段内每个车道上的交通动态进行仿真，求解每个 车道上的进入车道时间化； 第3步，上游车道的车辆移动到下游车道，计算车辆的进入队列时间tq和队列长度。2. 根据权利要求1所述的基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，其特征在于： 每一个时间步长代表实际时间的0.5~2秒。3. 根据权利要求1所述的基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，其特征在于： 第二步具体为： 当仿真时间从T到T+1，周期[ti，T+1]内的累计移动距离为Da?(甲1)，并且累计移动距 离的增长是基于T+1时的速度，即EW皆1)=化。。的)+ 1^么?，其中乂視1'时刻车道上所有车 辆的平均速度，A t是时间步长;如果车道长度比Datm的+1)大，那么进入车道时间化就从tpT更 新为t;"，即tp=巧"。4. 根据权利要求1所述的基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，其特征在于： 第3步中有四条规则来决定一辆车是否能通过节点离开上游车道:①当前车道有足够的输 出容量;②下游车道有足够的输入容量;③下游车道有足够的剩余空间；④车辆进入上游车 道的时间不大于该上游车道的进入车道时间化。5. 根据权利要求1所述的基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，其特征在于： 所述的计算车辆的进入队列时间化和队列长度，具体过程如下： (1) 在一个时间步长T~T+1内，车辆进入队列的时间tf总是比t;大，进入队列的时间 皆I总是大于或等于进入车道的时间皆1; (2) 如果一辆车在t时间到达了队列的尾部，t > tqAi，当前队列的进入队列时间为 均=弓"，则更新进入队列时间化=t; (3) 当进入队列时间tq更新时，队列长度也会一起更新；队列长度在W下Ξ种情况下更 新： ① 队列长度增加:如果队列长度增加并且t: >t；：; ② 队列长度减少:如果一辆车通过了车道； ③ 队列长度增加:如果<增加并且车辆到达队列的尾部。
【专利摘要】本发明公开了一种基于进入车道时间的高性能中观交通仿真方法，属于并行交通仿真技术领域。所述仿真方法首先初始化时间步长、进入车道时间和累计移动距离，在每个时间步长内，对每条路段内每个车道上的交通动态进行仿真，求解每个车道上的进入车道时间，据此，上游车道的车辆移动到下游车道，计算车辆的进入队列时间和队列长度。本发明通过更新各个车道的“进入车道时间”和“进入队列时间”来计算车道上车辆的移动部分或队列部分，将时间步长内模拟一个车道的理论时间复杂度减少为通过车道的车辆数量，大大减少了模拟拥堵道路场景时的时间；省掉了计算其他车辆位置和速度的时间，提高了仿真效率。
【IPC分类】G06F17/50
【公开号】CN105574243
【申请号】CN201510923443
【发明人】宋晓, 马耀飞, 赖李媛君, 唐文杰, 马良, 龚光红, 谢子平
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月14日