基于TASEP模型的路网交通流特性仿真方法与流程

本发明涉及交通工程技术领域，尤其涉及一种城市路网交通流的仿真方法。

背景技术：

随着城市化和经济的持续快速发展，机动车保有量持续增长，交通拥堵问题也越来越严重。交通拥堵已经成为城市发展过程中不可忽视的一个社会问题。交通研究是一项非常复杂的，横跨数学、物理、信息科学和交通工程等领域的跨学科基础研究。在解决日益严重的交通拥堵问题中，理论研究和实地观察都具有非常重要的意义。

研究交通流模型可以很好地揭示真实的交通系统中出现的各种复杂交通现象的内在机理。完全非对称简单排斥过程(tasep)是随机时间演化的元胞自动机模型之一，描述了具有硬核排斥作用的一维晶格气体随机向前前进的过程。具体来说，粒子沿着给定的方向，跳跃到目标站点，当目标站点未被占用时。

目前大部分研究都是基于开放性边界或者周期性边界的一维tasep进行的。izaakneri等人将tasep与规则网络和泊松网络相结合，提出的求解网络平均场传输的数值方法，这为研究大型网络上的tasep提供了一个通用框架，但没有对路网缺陷进行研究。xiaosong等人研究了在传入和传出边界处具有局部非均匀性的tasep，但没有考虑路网结构的影响。

技术实现要素：

本发明要克服现有技术的以上的不足，提供基于tasep模型的路网交通流特性仿真方法。

本发明结合复杂网络的方法对传统的tasep模型进行改进，反应道路速度特征对道路网络总体流量的影响，提高tasep模型交通流仿真的真实性。本发明通过以下技术方案来达到以上目的：

基于tasep模型的路网交通流特性仿真方法，包括以下步骤：

(1)首先结合复杂网络领域的方法和概念，将城市交通路网抽象成一个闭合定向随机规则(cdrr)网络，每个交叉点的入度和出度均为c，令nj为该网络的交叉路口的数量，网络中共有链路nl＝cnj条；

(2)对路网中每条链路进行均匀划分，每条链路中共有l个内部站点。网络中总站点数nt＝nj+nl＝cnj(l+1)。车辆被抽象为粒子，分布在交叉点和内部站点中，每个站点最多被一个粒子占领。

(3)设置网络中各边上跳跃率puv的设定，通过对系统中每一条边都具有不同的跳跃率模拟路网中道路的速度特性。路网中各条边的跳跃率符合二元分布，二元分布函数的参数如下：r,p,p’。随机选择nlr条链路，令它们的跳跃率为p，余下nl(1-r)条链路的跳跃率为p’。

(4)采用随机更新规则，每次以相同的概率随机选择一个站点进行更新，每个时间步更新nt次，保证每个站点在一个时间步内，平均被更新一次；

(5)边上运动规则设置，每条链路均为一个一维的tasep，粒子沿着网络中链路的方向，执行随机单向跳跃。如果选择的站点在链路上，例如链路(u,v)，若该站点被粒子占领，并且其目标站点未被占领，则以跳跃率puv跳跃至目标站点；

(6)交叉口的运动规则设置，如果选择的站点在交叉点出处，例如交叉点v，并且被粒子占领。以相同的比例在v的传出链路中任选一条，每条传出链路被选中的概率为1/c。假设选中的链路为(v,w)，若(v,w)上第一个站点为空，则交叉点处的粒子以跳跃率pvw跳跃至目标站点；

(7)根据构建的模型，设置不同粒子密度ρ，对系统进行初始化，系统中粒子总数为ρnt，并进行模拟分析，评价城市路网的交通流特性，以及速度特征对城市路网交通流特性的影响。由于构建的是闭合网络，不会有粒子离开网络，所以网络中粒子的数量和全局密度保持不变。

与现有技术相比，本发明所述基于tasep模型的路网交通流特性仿真方法，能够很好模拟实时路网中各条道路上不同的速度特征，对应不同的跳跃率。本发明反应道路速度特征对道路网络总体流量的影响，可以用以分析城市路网交通流特性，提高tasep模型交通流仿真的真实性。

附图说明

图1是本发明的路网抽象模拟图。

图2是本发明的粒子更新规则图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限与此：

如图1所示：考虑一个由nj各交叉点和cnj条链路的闭合定向随机规则网络，网络中的每个节点都有c条出边和c条入边。对路网中每条链路进行均匀划分，每条链路中共有l个内部站点。网络中总站点数nt＝nj+nl＝cnj(l+1)。车辆被抽象为粒子，分布在交叉点和内部站点中，每个站点最多被一个粒子占领。

设置网络中各边上跳跃率puv的设定，路网中各条边的跳跃率符合二元分布，二元分布函数的参数如下：r,p,p’。随机选择nlr条链路，令它们的跳跃率为p，余下nl(1-r)条链路的跳跃率为p’。

向网络中加入密度为ρ的粒子，系统中粒子总数为ρnt，这里的ρ是粒子的平均密度，由于构建的是闭合网络，不会有粒子离开网络，所以网络中粒子的数量和全局密度保持不变。初始时刻，假定粒子是随机分布的。

在每个时间步t，根据以下规则更新每个粒子的位置，如图2所示：

1)如果选择的站点在链路上，例如链路(u,v)，若该站点被粒子占领，并且其目标站点未被占领，则以跳跃率puv跳跃至目标站点；

2)如果选择的站点在交叉点出处，例如交叉点v，并且被粒子占领。以相同的比例在v的传出链路中任选一条，每条传出链路被选中的概率为1/c。假设选中的链路为(v,w)，若(v,w)上第一个站点为空，则交叉点处的粒子以跳跃率pvw跳跃至目标站点

通过以上方法的设计，设置不同的二元分布速度模型反应道路速度特征对道路网络总体流量的影响，可以用以分析城市路网交通流特性。

以上实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这种变型和改进也视为本发明的保护范围。

技术特征：

技术总结
基于TASEP模型的路网交通流特性仿真方法，构建网络中的TASEP模型，模拟城市复杂路网。车辆被抽象为粒子，分布在交叉点和内部站点中，每个站点最多被一个粒子占领。模型采用随机更新规则，每次以相同的概率随机选择一个站点进行更新。道路上的动力学过程与一维TASEP相同，交叉口处粒子以相同的概率随机选择一条出边，作为其下一个目的地。通过对边设置不同的跳跃率模拟实时路网中各条道路上不同的速度特征。本发明反映道路速度特征对道路网络总体流量的影响，可以用以分析城市路网交通流特性，提高TASEP模型交通流仿真的真实性。

技术研发人员：阮中远;范鑫烨;沈国江;杨曦;刘端阳;刘志;朱李楠
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2019.04.09
技术公布日：2019.07.30