专利名称：用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电路模拟装置，尤其涉及一种用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置。
背景技术：
路网上的交通配流是将出行起讫点对(OD pair)之间的出行需求按照出行者对目的地和路径的选择原则分配到各条道路上以得到各路段的交通流量，从而复现实际的交通运行状况或者虚拟未来的交通运行状况的过程，旨在为路网规划、设计、管理与优化提供依据。
由于问题的复杂性以及涉及未来交通状况的预测，目前在科研与工程领域，交通配流过程一般借助交通分析模型通过数学计算实现，本质上属于数字仿真。此类数字仿真方法尽管具有经济、灵活等优点，但是建模与求解过程十分复杂，尤其缺乏物理仿真所特有的直观、形象，不利于非专业人员掌握和应用。
实用新型内容
本实用新型克服了现有技术中的缺点，根据单向路网与电路系统之间的相似原理，提供了一种简便易行且模拟的准确性高的用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置及方法。
为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的一种用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置，包括路段组件及用于代表路段交叉口的交叉节点，所述的路段组件包括2组首尾相连的单向路段组件且
以2组首尾相连的单向路段组件的连接点为路段组件两端，路段组件设在代表同
一路段两端交叉口的两交叉节点之间且路段组件的两端分别与所述的两交叉节点连接，所述的单向路段组件由内置电源、二极管、非线性电阻,及微型电流计串联构成，在能够代表路网交通起讫点的交叉节点之间连接有恒流源。
本实用新型首先根据单向路网与电路系统之间的相似原理，设计出与单向路网中单向路段、起讫点对相对应的电路组件，单向路段组件由电阻、内置电源、二极管及电流计四类元件组成，起讫点对组件由恒流源组成，起点接恒流源正极、讫点接负极。再根据单向路网的拓扑结构，在面包板上用导线将上述元件连接构建出完整的电路网络。最后接通电源待电路稳定后，便可根据电流计的示数得到各条路段的交通流量、流向，并通过测量电阻两端电压得到路段行程时间。
所述电阻由不同成分、不同配比及不同结构的合金材料制成，调整合金材料的成分、配比及结构来控制电阻的电压一电流特性，并配合内置电源，使电压一电流特性与对应路段的行程时间一交通流量特性一致。二极管用于限定电阻电流的流向，电流计用于读取流经导体的电流值以及电流的方向。
本实用新型简便易行，模拟装置制作方便，操作简单，方法直观、形象，便于各类人员理解和应用。
图1是路段组件示意图；图2是起讫点对组件示意图3是模拟装置器材示意图；图4是实施例对应的路网图5是实施例对应的电路图。
图中电阻l 内置电源2 二极管3 微型电流计4 单向路段5 路网节点6 出行起点7 出行讫点8 恒流源9 恒流源正极IO 恒流源负极ll 面包板12 导线1具体实施方式
一种用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置，包括路段组件I及用于
代表路段交叉口的交叉节点n ，所述的路段组件i包括2组首尾相连的单向路段
组件且以2组首尾相连的单向路段组件的连接点为路段组件两,，路段组件I设
在代表同一路段两端交叉口的两交叉节点之间且路段组件I的南端分别与所述
的两交叉节点连接，所述的单向路段组件由内置电源2、 二极管3、非线性电阻1及微型电流计4串联构成，在能够代表路网交通起点10、讫点11的交叉节点之间连接有恒流源9。
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细描述1、利用电路系统模拟单向路网交通配流的原理
在电路网络中，电流表征的是电子的流动；在交通网络中，交通流量表征的是车辆的流动，两者存在着极大的相似性，因此可用电流来比拟交通流量。相关资料表明，部分合金材料导体两端的电压随着电流的增大而出现非线性增长的趋势，而路网中的交通阻抗使得路段行程时间随路段流量增长而呈非线性增长(即道路拥挤效应，通常用BPR函数描述)，这两种非线性特征相似，故电阻与交通阻抗、电压与行程时间也可一一对应。
电路网络中恒流源的正极和负极分别与单向路网中出行起点和讫点相对应，恒流源的电流值对应起讫点对之间的出行量。在电路稳定之后，导体中的电流具有确定的方向(即单向性)，且连接恒流源正极与负极之间的各条连通路径上的电压降相等。对于单向路网，当网络中的交通流达到平衡后，路段上的交通流具有确定的方向，且起讫点对之间的各条连通路径上的行程时间相等。因此，电路中的电流分配过程与路网中的交通配流过程以及它们的平衡条件也是相似的。
综上所述，单向路网与电路系统之间的物理相似关系如表1。
表l单向路网与电路系统之间的物理相似关系
单向路网交通特性电路系统物理特性
路网电路
起讫点对恒流源
单向路段导体
交通阻抗电阻
交通流量电流
路段行程时间电压
行程时间一交通流量关系电压一电流关系
交通配流电流分配
2、电路模拟装置的构建方法与步骤
歩骤l:配置单向路段组件和路段组件
单向路网中的路段具有如下特性①路段的交通阻抗特性可由BPR函数描
5述，其通用形式为<formula>formula see original document page 6</formula>，式中，/(;c)为路段的行程时间，x为路段上的交通流量，f。为零流量下的路段行程时间(与路段的自由流车速有关)，C为路段的通行能力(与路段车道数、宽度以及横断面形式有关)，a、 P为常数，通常取《 = 0.15， ^ = 4。②在交通配流前并不确定路段交通流向，但在配流之
后便具有唯一确定的方向。
为此，首先需要针对上述特性制作与路段一一对应的单向路段组件，这是本实用新型的关键。下面结合图1对单向路段组件进行介绍。单向路段组件是若干电路元件的组合，主要元件包括电阻l、内置电源2、 二极管3、微型电流计4。
在模拟装置中，电流的单位采用毫安(mA)，与交通流量的单位pcu/h相对应；电压的单位采用伏特(V)，与路段行程时间的单位小时(h)相对应。对于
BPR函数中的非线性部分<formula>formula see original document page 6</formula>其中<formula>formula see original document page 6</formula>只与路段的物理
结构有关。因此，电阻1可由满足电压一电流特性函数为^/(/) = ^74的合金材料
制成，式中，f/(/)为电阻两端的电压，/为流经电阻的电流，《为常数，且与
电阻l的长度成正比，从而使模拟准确性得到较大提高。具体配置时，可将电阻1接入伏安特性检测器，并调节电阻1接入段的长度(类似于滑线变阻器)，使电压一电流特性函数中的《与对应路段BPR函数中的A:相等。
由于BPR函数中含有一常数项f。，而电阻1的电压一电流特性函数中不含有常数项，这通过增加一个内置的恒压电源2即可实现，其数值等于常数项/。的值。
为使单向路段组件具有方向性，可以使电阻l串联一个二极管3，并使其正向与内置电源2的正极方向一致。在单向路网设计时，由于起初并不确定路段的方向性，模拟时可将两个单向路段组件首尾相接连接起来，组成路段组件。
模拟装置中，为方便电流的测算，在单向路段组件中加入一个微型电流计4，以便在电流稳定后可直接读出流经电阻1的电流，从而得出路网中相应路段的交通流量及流向。
步骤2:配置起讫点对组件图2中，起讫点对组件由恒流源9组成。对于一个起讫点对，起点7对应恒流源9的正极10，讫点8对应恒流源9的负极11，该起讫点对之间的出行量对应恒流源8的电流值。为方便模拟与计算，输出电流的单位设定为毫安(mA)。
步骤3:连接电路装置
图3中，根据单向路网的拓扑结构，将各路段对应的单向路段组件、各起讫点对对应的起讫点组件构建在面包板12上，使电路网络完全等价于单向路网。步骤4:测定交通流量和旅行时间
待电路连接好之后，接通开关，便可进行电流分配，电路稳定后便可通过电流表的指示得出各路段单向交通的方向性及其交通流量，并可通过测量单向路段组件两端的电压而得出对应路段的行程时间。
如图4所示，在实施例中，采用一个简单但能阐述本质的单向路网。该路网为"四纵四横"单向交通网络，含有24条单向路段5， 16个路网节点6，两个出行起点7和两个出行讫点8。在用电路模拟装置进行交通配流时，先根据路网的拓扑性质在面包板12上确定好电路的节点n，并与路网节点6—一对应，然后在有路段连接的两节点之间接入与连接路段交通特性相对应的路段组件I (如图1所示)，再根据起讫点对关系及其出行量大小配置与之对应的起讫点对组件(如2所示)。待电路连接完成后(如图5所示)便可接通电源，开始进行电流的分配，待电路稳定后，便可以观察单向路段组件中微型电流计4的示数。某一路段所对应的两个单向路段组件中的电流计4只有一个存在示数，流经该单向路段组件的电流方向便是对应单向路段的交通流方向，其示数便是该路段的交通流量，再用电压表测量路段两节点之间的电压便可得出交通配流后路段上的行程时间。
权利要求1.一种用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置，其特征在于包括路段组件(I)及用于代表路段交叉口的交叉节点(II)，所述的路段组件(I)包括2组首尾相连的单向路段组件且以2组首尾相连的单向路段组件的连接点为路段组件两端，路段组件(I)设在代表同一路段两端交叉口的两交叉节点之间且路段组件(I)的两端分别与所述的两交叉节点连接，所述的单向路段组件由内置电源(2)、二极管(3)、非线性电阻(1)及微型电流计(4)串联构成，在能够代表路网交通起讫点(10、11)的交叉节点之间连接有恒流源(9)。
专利摘要本实用新型公开了一种用于测量单向路网交通流特性的电路模拟装置，包括路段组件(I)及用于代表路段交叉口的交叉节点(II)，所述的路段组件(I)包括2组首尾相连的单向路段组件且以2组首尾相连的单向路段组件的连接点为路段组件两端，路段组件(I)设在代表同一路段两端交叉口的两交叉节点之间且路段组件(I)的两端分别与所述的两交叉节点连接，所述的单向路段组件由内置电源(2)、二极管(3)、非线性电阻(1)及微型电流计(4)串联构成，在能够代表路网交通起讫点(10、11)的交叉节点之间连接有恒流源(9)。本实用新型简便易行且模拟的准确性高，具有制作方便，操作简单，方法直观、形象，便于各类人员理解和应用的优点。
文档编号G08G1/01GK201331838SQ20092003790
公开日2009年10月21日 申请日期2009年1月9日 优先权日2009年1月9日
发明者刚 任, 磊 张, 张水潮, 轩 杜 申请人:东南大学