一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法

一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法
【专利摘要】本发明公开了一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法，动态交通路网城市道路要素模型包括动态交通路网城市道路模型、动态交通路网运行模型、动态交通城市车辆模型和控制中心模型。本发明解决了传统城市交通路网数据模型存在数据一致性问题且无法实时动态调整的问题，提供了一种GIS-T数据分层模型，构建了动态交通路网城市道路要素模型。本发明较传统城市交通路网数据模型，从宏观到微观全面地描述了城市交通要素信息，实现要素模型的优化表达和路网结构的优化，实现交通对象的动态模拟和调整。
【专利说明】一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及地理信息系统【技术领域】，尤其涉及一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法。
【背景技术】
[0002]城市交通路网承担着国家及城市发展建设与运转的任务，也是居民日常工作生活的基本设施。大城市中普遍存在的交通拥堵、交通安全、交通环境污染和交通能耗等问题越来越引起社会的重视。而城市交通问题不能脱离城市空间孤立地运用数学物理模型模拟交通流的运动和交互，必须结合空间的概念和方法，才能更有效地分析研究交通问题及其对城市以及整个路网的影响。
[0003]交通地理信息系统(GIS-T)是地理信息理论和技术的重要分支，是地理信息系统(GIS)与多种交通信息分析和处理技术的集成，是道路多模式系统信息化的核心基础，对交通问题从空间概念进行建模，运用空间统计、多要素模型及其结合的方法进行分析，是交通研究、分析和管理的新兴方向和重要应用领域。交通信息的表达在GIS-T中极其重要，不仅交通设施管理、道路交通信息管理需要良好的数据结构，在交通路网规划、智能导航、出行信息服务等交通应用中，都需要拓展传统GIS数据结构。数据是GIS的基础，数据模型则是用来表达GIS中数据之间的联系和逻辑组织形式。由于交通信息种类繁多，各具特点，需要合理的形式组织，因此GIS-T数据模型是实现多尺度多维度动态交通数据融合、管理及分析利用的理论与技术基础。
[0004]GIS-T数据一般认为可以分为三层，即道路网络层、附属信息层和交通信息层。道路网为各种网络分析功能提供数据支持，为道路附属信息及交通信息提供空间定位框架，具体的数据内容包括道路集合信息、道路之间的拓扑连通关系、道路基本属性(名称、长度、宽度、地址等)、道路交通属性(功能等级、通行方向、平均车速等)等。道路附属信息主要包括道路附属设施(交通标志、路标、交通信号灯、隔离栏、桥梁、收费站等)、兴趣点(酒店、学校、医院等)和线性属性(即沿道路呈线性分布的属性，如公交线路等)。交通信息包含交通限制条件和动态交通信息。一般意义下交通限制包括道路本身的行车方向限制、车速限制等，以及路口上的通行限制(如转向限制)。动态交通信息包括有交通流信息、交通事件信息以及移动对象信息。交通流信息是通过流量、速度等反应的宏观道路交通情况。移动对象主要是指交通行为的参与者，如车辆、行人。
[0005]在现有的交通数据模型中，节点-弧段模型是交通系统中最常用的道路网络表达，节点用于表达各种形式的道路互通式交叉口，弧段则用于表达道路段。在实际应用中，由于道路通行方向的限制，常利用两条方向相反的弧段来表示双向道路或流向不同的平行道路。转向标识及转向表用来记录交叉口处所有的转向信息，一条转向记录由一条进入弧段和一条离开弧段界定。节点-弧段模型建立在图论的基础上，简单易用，支持高效率网络分析，但平面强化的特点使得完整的道路在节点处打断，导致道路失去了完整的语义特征，难以线性定位和处理道路的分段属性、站点等问题，在表达多模式交通网络时，其不足显得尤为明显(参见文献I )。非平面数据模型放弃了平面强化过程，不要求道路交叉处必须产生节点，将整条道路作为一个几何对象存储，避免了非拓扑节点的产生及立体交通网络中不可能的转向。(参见文献2)。但是节点-弧段模型线性定位困难、处理要素-属性的一对多关系困难。
[0006]线性参照模型在节点-弧段模型的基础上，通过到已知点的距离和方向来确定线性特征上任意位置点的位置(参见文献3)，动态分段数据模型舍弃属性与弧段、节点一一对应关系，将属性从节点-弧段拓扑结构中分离出来，利用路径、段和事件这三个拓扑数据结构基本要素，可以很好地表达线性要素的分段属性和多重属性，实现几何数据和属性数据之间的双向查询，为线性位置参照构建路径系统，大大提高了 GIS对线性数据的处理能力(参见文献4)。
[0007]城市道路网的交通特性往往与车道密切相关，数据模型需要能够定义独立的车道实体，并描述平行车道之间及转向点、进出车道之间的连通关系、车道上的通行阻抗和限制、车道转向的阻抗和限制等。基于车道的数据模型一般有两种，一是以现实车道为基本建模目标，二是以行车道或综合车道为基本建模目标。基于现实车道的数据模型通过动态分段技术构建车道，将每个车道作为一条单独路径存储，并描述车道的侧向位置、转向点处车道之间的连通关系和平行车道之间的连通关系(参见文献5)。车行道对应于道路不通的行驶方向，可以视为同一道路通向且可随时互通的车道的综合，即综合车道。基于车行道的数据模型将车行道作为基本建模单元，在属性中存储其与道路的语义关系，既考虑同一道路不同方向车道交通特征的差异，又保留了车道几何数据和车道间拓扑连接关系(参见文献6)。
[0008]GIS-T时空数据模型在整合线性数据模型和车道数据模型的基础上，考虑拥堵程度、行车速度等因素，引入高程维(第三维)和时间维(第四维)来描述动态多维交通，实现交通设施的时空管理，以及道路网、交通信息与移动对象(包含车辆、行人等)的一体化表达(参见文献7)。
[0009]综合分析，目前的交通数据模型存在以下问题:
[0010](I)传统GIS-T数据分层模型存在数据一致性的问题，交通数据模型主要是实现导航的目的，而对交通运行能力的分析性能较弱。
[0011](2)传统路网模型是静态并依据实际的道路情况模拟生成，模型一旦生成，要改变某一要素的属性，则需重新生成模型，不具有动态性或动态性较差，无法实时调整和对比。

【发明内容】

[0012]本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种动态交通路网城市道路要素模型及其建模方法。
[0013]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0014]一种动态交通路网城市道路交通要素模型，所述动态交通路网城市道路交通要素模型包括动态交通路网城市道路模型、动态交通路网干预模型、动态交通路网运行模型和控制中心1吴型；
[0015]所述动态交通路网城市道路模型，用于动态描述运行城市交通所依赖的基础设施及其拓扑关系，包括:[0016]动态交通路网模块，用于表示道路类型和方向，用于动态描述单行线道路，双行线道路，弯道等道路网要素，模型中道路采用路段拼接延长的弹性结构，接头采用伸缩方式对接；
[0017]动态互通式交叉口模块，用于动态描述连接单行线道路和双行线道路的十字交叉口，丁字交叉口，环形交叉口和人形交叉口等交叉路口 ；
[0018]动态人行过道线模块，用于动态描述人行过道线及其位置和结构；
[0019]动态信号指示灯模块，用于动态描述路口信号指示灯和路段信号指示灯，用于对信号灯的状态进行人工的和基于算法的可编程管理控制；信号指示灯参数由三个字段组成:数字灯，信号指示灯，车道指示灯；
[0020]动态道路标识牌模块，用于动态描述影响城市道路运行的标识牌；
[0021]动态道路连接分尚设施模型，包括动态立交桥，动态车道矢量分割线，动态隔尚栏和动态停车线等内容。用于动态描述立交桥、车道矢量分割线、隔离栏和停车线等模型；
[0022]所述动态交通路网干预模型，用于动态描述影响交通运行的交通规则、综合阻抗和交通事件，包括:
[0023]动态交通规则数据库，用于动态描述车辆行驶规则；
[0024]动态交通综合阻抗模型，用于动态描述和模拟交通运行中的路阻和交通延误因素；
[0025]交通事件发生模型，用于描述各类交通事故和突发事件；
[0026]所述动态交通城市路网运行模型，用于动态描述各种车辆及其区域分布、运行特点及趋势等，包括:
[0027]动态车辆要素模型，用于动态描述各车辆要素的类型、属性等；包括大型车辆系列，中型车辆系列，小型车辆系列。每产生一辆车，同时产生该车唯一的ID。该模型可根据模拟效果的需要随机的产生或认为的设定不同类型、不同数量的车辆在路面行驶的情况；
[0028]动态车辆区域分布模型，用于动态描述车辆在各交通小区空间上的分布情况；划分交通小区，建立各个交通小区之间交通量变换的定量关系，模拟各种类型的车辆在各个交通小区之间的车辆类型、进驻时间、进驻数量、出行时间、出行数量，并且考虑不同类型车辆的起始与终点时间。该模型可由实际车辆分布统计库生成，也可由基于社区、机关单位、工厂企业、学校、商业网点、社会事件的城市分布结构拟合产生。
[0029]城市交通流量的分布模型，用于动态描述交通流量在时间上的分布情况；包括有按上下班时间分布的流量模型，有按节假日出行规律构建的流量模型，有按特殊季节(大学报到季节、春游秋游季节等)出现的交通流量分布模型。
[0030]动态城市车辆运行模型，用于动态描述车辆的运行情况，模拟车辆出行特点和区域分布、道路流量及变化趋势。基于已构建的各要素模型，通过执行车辆运行生成与湮灭模块(动态城市车辆运行模型的核心模块)，在与控制中心模型的交互调度中实现运行。
[0031]该模型还可根据模拟方法以及判断其效果的需要根据区域分布模型和交通流量分布模型随机的产生或人为的设定不同运行方式和运行类型，表现不同数量的车辆在路面行驶的情况。
[0032]该模型可统计每辆车在路面的运行时间、路径和速度，模拟不同类型车辆的出行特点和区域分布、每条道路的车流总量以及变化趋势。[0033]控制中心模型，用于获取总体路况信息，接受运行车辆请求，根据总体运行现状，为运行车辆计算优化路径方案，将新的运行综合数据装订于请求车辆；根据信号灯各种优化算法生成信号灯系统控制数据，装订入信号灯系统；包括:
[0034]日志模块，实现对历史操作、运行记录信息的获取、保存；
[0035]管理模块，实现对所有要素模型参数信息的管理，提供修改、删除、保存、查询等功倉泛;
[0036]监控模块，结合可编程的GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库实现对各要素参数状态及变化的可视化跟踪；
[0037]轨迹模块，显示车辆在GIS路网上位置和行驶轨迹，可随时查调数据库，查看指定车辆特定时间行驶轨迹和交通流量分布情况，也可导出轨迹数据并存储。
[0038]按上述方案，动态交通路网城市道路要素模型还包括动态交通生成模型，根据各要素模型和生成的可编程GIS城市交通数据库和运行库，启动监控调度中心模型，实现动态城市交通的模拟、运行和管理。生成模型有Run (启动)，Pause (暂停)和Abort (退出)三个操作，只有在Pause和Abort状态下，可以修改各要素模型参数，控制中心模型的日志模块会记录生成周期内的所有操作。
[0039]一种动态交通路网城市道路要素模型建模方法的步骤:
[0040](I)依据城市平面图提取城市交通道路拓扑图，生成GIS城市交通道路矢量图；[0041 ] (2)参考城市交通道路拓扑图，根据GIS城市交通路网矢量图，构建动态交通路网城市道路模型构建和GIS城市交通路网要素矢量图，包括以下步骤:
[0042](2.1)根据GIS城市交通道路矢量图构建动态道路网子模型，所述动态道路网子模型用于表示道路类型和方向；所述动态道路网子模型包括动态单行线道路，动态双行线等道路，动态弯道，模型中道路采用路段拼接延长的弹性结构，接头采用伸缩方式对接；所述道路均具有唯一数据结构，且可以依据实际模拟图库通过调整参数改变道路形状和方向；所述部分的参数见具体实施部分描述。
[0043](2.2)根据城市交通道路拓扑图构建动态互通式交叉口模型，包括连接单行线道路和双行线道路的动态十字交叉口，动态丁字交叉口，动态环形交叉口和动态人形交叉口 ；各交叉口均设置方向车道线，均具有唯一数据结构，并且可以依据实际模拟图库调整参数改变交叉口形状和方向。所述交叉口包括的参数见具体实施部分描述。
[0044](2.3)根据城市交通道路拓扑图构建动态人行过道线模型，人行过道线可以依据实际模拟图库调整参数改变位置、动态添加和删除；所述人行过道线包括的参数见具体实施部分描述。
[0045](2.4)根据城市交通道路拓扑图构建动态信号指示灯模型，包括动态路口信号指示灯和动态路段信号指示灯，，可以依据实际模拟图库调整参数动态添加和删除信号指示灯、改变指示灯的运行；信号指示灯由三部分组成:数字灯，信号指示灯(LED箭头型)，车道指示灯(可变车道型)。所述部分的参数见具体实施部分描述。
[0046](2.5)根据城市交通道路拓扑图构建动态道路标识牌模型，主要考虑影响城市道路运行的标识牌，标识牌依据实际模拟图库课通过调整参数动态添加和删除；所述标识牌包括的参数见具体实施部分描述。
[0047](2.6)根据城市交通道路拓扑图构建动态道路连接分离设施模型，包括动态立交桥模型，动态车道矢量分割线模型，动态隔离栏模型和动态停车线模型，可以依据实际模拟图库调整参数动态添加和删除设施、改变形状；所述部分的参数见具体实施部分描述。
[0048](3)根据影响交通运行的交通规则、综合阻抗和交通事件构建动态交通路网干预模型，包括以下步骤，
[0049](3.1)根据交通规则构建动态交通规则数据库，用于提供车辆行驶规则；
[0050](3.2)根据交通运行中的路阻因数如不合理的交通路网结构、交通路口结构、交通路段结构等等，根据交通延误因素如不合理的交通信号配置等等构建动态交通综合阻抗模型，用于车辆遇阻时动态描述和模拟交通运行中的路阻和交通延误因素；
[0051](3.3)根据交通事故和突发事件的种类如交通事故占I道、占1.5道、占2道，临时交通管制，违反交通规则转弯、变道、占道产生阻塞，突发事件人流车流的阻塞、交通施工等对道路通行阻抗的改变等构建交通事件发生模型，用于描述各类交通事故和突发事件；
[0052](4)根据车辆要素的类型、属性，根据城市车辆分布模型、城市交通流量模型、及交通运行特点构建动态城市交通路网运行模型，包括以下步骤:
[0053](4.1)根据车辆要素的类型和属性，建动态车辆要素模型，包括大型车辆系列，中型车辆系列，小型车辆系列。每产生一辆车，同时产生该车唯一的ID ;该模型可根据模拟效果的需要随机的产生或根据模拟目标的需要人为的设定不同类型、不同数量的车辆在路面行驶的情况；
[0054](4.2)构建动态车辆区域分布模型，划分交通小区，建立各个交通小区之间交通量变换的定量关系，模拟各种类型的车辆在各个交通小区之间的车辆类型、进驻时间、进驻数量、出行时间、出行数量，并且考虑不同类型车辆的起始与终点时间；该模型可由实际车辆分布统计库生成，也可由基于社区、机关单位、工厂企业、学校、商业网点、社会事件的城市分布结构拟合产生；
[0055](4.3)构建城市交通流量的分布模型。根据城市交通管理交通运行数据库资料统计数据，如车辆出行潮汐节奏，历年交通出行拥堵数据分析的规律性特点等等，构建城市交通流量的分布模型，包括有按上下班时间分布的流量模型，有按节假日出行规律构建的流量模型，有按特殊季节(大学报到季节、春游秋游季节等)出现的交通流量分布模型。
[0056](4.4)构建动态城市车辆运行模型。以城市道路模型、车辆要素模型、车辆分布模型、车辆流量等模型数据为基础，根据模拟目标的设置和需求，如要验证某一信号控制算法在不同区域不同道路流量情况下的效果等等，构建动态城市车辆运行模型，该模型可统计每辆车在设定条件下的路面运行的时间、路径和速度，模拟不同类型车辆的出行特点和区域分布、每条道路的车流总量以及变化趋势。该模型基于已构建的各要素模型和预设环境和条件，通过执行车辆运行生成与湮灭模块，在与控制中心模型的交互调度中实现运行；
[0057]车辆运行生成与湮灭模块，用于
[0058](a)根据上述动态交通路网城市道路模型、动态交通路网干预模型、动态交通路网运行模型的约束条件，生成全面的车辆运行参数，生成车辆满足条件的所有行驶轨迹，构建成车辆动态运行数据库；并可通过控制中心实现采集、监控，根据规则进行干预和管理。
[0059](b)运行车辆具备与控制中心模型交互指令功能。车辆运行中，当出现干预模型的设定情景后，被关联运行车辆可以根据新的约束条件，重新规划路径，生成新的优化行驶轨迹，打包、装订到运行数据库中供车辆运行模型提取使用。[0060](C)车辆运行模型具备随时对设定的、随机或人为产生的所有约束条件数据和生成的各类型运行数据提取、打包并装订到动态运行库中，按模型要求的时间段(随机时间或均衡时间或指定时间)从起点自动生成车辆并运行，到达目的地注册(将运行数据提交给动态运行库)后自动湮灭----注销。
[0061](5)动态城市交通路网结构模型的构建。根据对扫描矢量拓扑图的识别结果(如拓扑形状结构特征数据)，与动态交通路网要素模型的特征代码数据(见“【具体实施方式】”章节中各道路要素模型的具体描述)比对，并将动态交通路网城市道路要素模型与对应的GIS城市交通矢量图(该图将城市道路矢量图与实验室已有的具备北斗或GPS定位坐标的数据图关联制作构成)关联，构建可编程的GIS城市道路交通信息数据库和车辆动态运行库结构，进而构建并生成动态城市交通路网结构模型。
[0062](6)构建控制中心模型，主要包括日志模块，用于实现对历史操作、运行记录信息的采集、保存。管理模块，用于实现对所有要素模型参数信息的管理，提供修改、删除、采集、保存、查询等功能。监控模块，用于结合可编程的GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库(由上述的动态城市交通路网结构模型中建立)实现对各要素参数状态及变化的可视化跟踪。轨迹模块，用于显示车辆在GIS路网上位置和行驶轨迹，可随时查调数据库，查看指定车辆特定时间行驶轨迹和交通流量分布情况，也可导出轨迹数据并存储。
[0063](7)控制中心模型获取总体路况信息，接受运行车辆请求，根据总体运行现状，为该车计算优化路径方案，将新的运行综合数据装订于请求车辆；
[0064]控制中心模型构建路网总体运行态势图；
[0065]控制中心模型根据指令，根据信号灯各种优化算法生成信号灯系统控制数据，装订入信号灯系统。
[0066](8)构建动态交通生成模型，根据各要素模型和生成的可编程GIS城市交通数据库和运行库，启动监控调度中心模型，实现动态城市交通的模拟、运行和管理。生成模型有Run (启动)，Pause (暂停)和Abort (退出)三个操作，只有在Pause和Abort状态下,可以修改各要素模型参数，控制中心模型的日志模块会记录生成周期内的所有操作。
[0067]本发明模型能解决现有技术中存在问题的原理:
[0068]本发明模型采用从宏观到微观的数据分层模型，克服了传统数据依据信息类型分层的数据一致性问题；模型全面考虑城市交通运行中的所有要素，动态描述每个要素，构建的可编程GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库使得交通要素和运行情况可以实时调整和对比，监控调度中心实现全局监控、管理和调整。并可动态生成各类型实时交通运行态势窗图。较传统以导航为目的的交通模型有更强的交通运行分析能力、交通路网规划能力、预案规划算法措施规则的验证能力。
[0069]本发明产生的有益效果是:
[0070](I)本发明提供从宏观、中观到微观的数据分层模型，层次之间相互衔接和制约，保证数据的一致性和准确性。
[0071]宏观上可以指导城市道路交通规划，分析交通路网及设施结构的交通运行负载状况和能力。中观可以验证交通预案、交通规划、信号控制算法、交通调度管制措施、交通管理规则，优化道路施工方案、道路规划方案、道路调度指挥方案、信号指挥算法方案。微观上细化到各类型道路交通要素的完整体现、车辆接近实际的空间分布、交通各条件下的运行状态。使得系统的模拟更接近于现实情况。可以优化道路交通的调度指挥、管理控制。同时对于道路交通的调度指挥、管理控制、路径选择、出行引导等，有更高的模型可信度和交通状况模拟精确度以及交通趋势预测准度。
[0072](2)交通路网城市道路要素模型是动态和矢量化模型，矢量化结构使得只需要根据一定规则和方法调整参数，即可实现要素形态的改变，实现要素模型的优化表达和路网结构的优化，实现对移动对象的模拟，更容易实现路网优化前后道路承载性能的比较，模型可以更好的发挥其交通引导、路网规划、施工管制、指挥调度管理等交通行业体系化支持能力。
[0073](3)该系统是城市交通智能化运行和管理的基础工具。
[0074]基于该系统我们可以对各种交通信号点控、带控、面控、区控的算法(针对各种不同的道路负载、阻抗状况的指挥调度算法)进行设计、验证、优化，实现真正意义上的智能和科学信号管理控制。
[0075]基于该系统，我们可以获得足够的城市交通道路运行的基础数据，可以指导实现各种条件下的交通道路的宏观(规划、管理)和微观(行驶、运营)的科学运行。进而实现真正意义上的智能交通运行和出行，以及促进连锁的环保和节能效应。社会效益不可低估。
[0076]通过对该系统的扩展开发，可以将交通路网规划、交通路网建设、交通指挥管理、交通路网维护施工等条块分割的工作纳入一个大数据系统管理，从而进入各部门相互协同工作的良好环境。
【专利附图】

【附图说明】
[0077]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0078]图1是本发明的GIS-T数据分层模型示意图。
[0079]图2是本发明构建动态交通路网城市道路要素模型的流程图。
[0080]图3是本发明动态信号指示灯运行规则流程图。
[0081]图4是本发明动态交通路网信息数据库组织示意图。
[0082]图5是本发明动态交通路网城市交通要素模型总体结构关系示意图。
【具体实施方式】
[0083]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0084]一种GIS-T数据的分层模型，包括城市平面图、城市交通道路拓扑图、GIS城市交通道路矢量图、GIS城市交通路网要素矢量图(包含GIS车辆运行映射辅助子层)四个子层。
[0085]本发明提供一种动态交通路网城市道路要素模型建模方法，步骤如图2所示:
[0086]步骤S1:依据城市平面图提取城市交通道路拓扑图，如图1所示。
[0087]步骤S2:根据城市交通道路拓扑图，生成GIS城市交通道路矢量图构建动态交通路网城市道路模型，包括以下子步骤，
[0088]S2-1:构建动态道路网模型，包括动态单行线道路(单车道、双车道和三车道)，动态双行线道路(双车道，三车道，四车道，五车道)，动态弯道(单行线道路和双行线道路)。道路采用路段拼接延长的弹性结构，便于接头采用伸缩方式对接。各类型道路均具有唯一数据结构，如表1所示，且可以依据实际模拟图库通过调整参数改变道路形状和方向。
[0089]表1动态道路网的数据结构
[0090]
【权利要求】
1.一种动态交通路网城市道路要素模型，所述动态交通路网城市道路要素模型包括动态交通路网城市道路模型、动态交通路网运行模型、动态交通城市车辆模型和控制中心模型； 所述动态交通路网城市道路模型，用于动态描述运行城市交通所依赖的基础设施及其拓扑关系，包括: 动态交通路网模块，用于表示道路类型和方向，用于动态描述单行线道路，双行线道路，弯道等道路网要素，模型中道路采用路段拼接延长的弹性结构，接头采用伸缩方式对接; 动态互通式交叉口模块，用于动态描述连接单行线道路和双行线道路的十字交叉口，丁字交叉口，环形交叉口和人形交叉口等交叉路口 ； 动态人行过道线模块，用于动态描述人行过道线及其位置和结构； 动态信号指示灯模块，用于动态描述路口信号指示灯和路段信号指示灯，用于对信号灯的状态进行人工的和基于算法的可编程管理控制；信号指示灯参数由三个字段组成:数字灯，信号指示灯，车道指示灯； 动态道路标识牌模块，用于动态描述影响城市道路运行的标识牌； 动态道路连接分尚设施模型，包括动态立交桥，动态车道矢量分割线，动态隔尚栏和动态停车线等内容。用于动态描述立交桥、车道矢量分割线、隔离栏和停车线等模型； 所述动态交通路网干预模型，用于动态描述影响交通运行的交通规则、综合阻抗和交通事件，包括: 动态交通规则数据库，用于动·态描述车辆行驶规则； 动态交通综合阻抗模型，用于动态描述和模拟交通运行中的路阻和交通延误因素；交通事件发生模型，用于描述各类交通事故和突发事件； 所述动态交通城市车辆模型，用于动态描述各种车辆及其区域分布、运行特点及趋势；包括: 动态车辆要素模型，用于动态描述各车辆要素的类型和属性；包括大型车辆系列，中型车辆系列，小型车辆系列；每产生一辆车，同时产生该车唯一的ID ； 动态车辆区域分布模型，用于动态描述车辆在各交通小区空间上的分布情况；划分交通小区，建立各个交通小区之间交通量变换的定量关系，模拟各种类型的车辆在各个交通小区之间的车辆类型、进驻时间、进驻数量、出行时间、出行数量，并且考虑不同类型车辆的起始与终点时间；该模型可由实际车辆分布统计库生成，也可由基于社区、机关单位、工厂企业、学校、商业网点、社会事件的城市分布结构拟合产生； 城市交通流量的分布模型，用于动态描述交通流量在时间上的分布情况；包括按上下班时间分布的流量模型，按节假日出行规律构建的流量模型，按特殊季节出现的交通流量分布模型； 动态城市车辆运行模型，用于动态描述车辆的运行情况，模拟车辆出行特点和区域分布、道路流量及变化趋势； 控制中心模型，用于获取总体路况信息，接受运行车辆请求，根据总体运行现状，为该车计算优化路径方案，将新的运行综合数据装订于请求车辆；根据信号灯各种优化算法生成信号灯系统控制数据，装订人信号灯系统；包括:日志模块，实现对历史操作、运行记录信息的保存； 管理模块，实现对所有要素模型参数信息的管理，提供修改、删除、保存、查询等功能； 监控模块，结合可编程的GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库实现对各要素参数状态及变化的可视化跟踪； 轨迹模块，显示车辆在GIS路网上位置和行驶轨迹，可随时查调数据库，查看指定车辆特定时间行驶轨迹和交通流量分布情况，也可导出轨迹数据并存储。
2.根据权利要求1所述的动态交通路网城市道路要素模型，其特征在于，动态交通路网城市道路要素模型还包括动态交通生成模型，用于根据各要素模型和生成的可编程GIS城市交通数据库和运行库，启动监控调度中心模型，实现动态城市交通的模拟、运行和管理。
3.一种动态交通路网城市道路要素模型建模方法，包括以下步骤: (1)依据城市平面图提取城市交通道路拓扑图，生成GIS城市交通道路矢量图； (2)根据城市交通道路拓扑图生成的GIS城市交通道路矢量图构建动态交通路网城市道路模型； (3)根据影响交通运行的交通规则、综合阻抗和交通事件构建动态交通路网干预模型，包括以下方法和步骤: (3.1)根据交通规则构建动态交通规则数据库，用于提供车辆行驶规则； (3.2)根据交通运行中的路阻因数，根据交通延误因素构建动态交通综合阻抗模型，用于车辆遇阻时动态描述和模拟交通运行中的路阻和交通延误因素； (3.3)根据交通事故和突发事件的种类构建交通事件发生模型，用于描述各类交通事故和突发事件； (4)根据车辆要素的类型、属性、分布及运行特点构建动态交通城市运行模型； (5)将动态交通路网城市道路要素模型与对应的GIS城市交通矢量图关联，构建可编程的GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库，进而构建并生成动态城市交通路网结构模型； (6)构建控制中心模型，主要包括日志模块，用于实现对历史操作、运行记录信息的保存；管理模块，用于实现对所有要素模型参数信息的管理，提供修改、删除、保存、查询等功能；监控模块，用于结合可编程的GIS城市道路交通信息数据库和动态运行库实现对各要素参数状态及变化的可视化跟踪；轨迹模块，用于显示车辆在GIS路网上位置和行驶轨迹，可随时查调数据库，查看指定车辆特定时间行驶轨迹和交通流量分布情况，也可导出轨迹数据并存储； (7)控制中心模型获取总体路况信息，接受运行车辆请求，根据总体运行现状，为该车计算优化路径方案，将新的运行综合数据装订于请求车辆； 控制中心1吴型构建路网总体运打态势图； 控制中心模型根据指令，根据信号灯各种优化算法生成信号灯系统控制数据，装订人信号灯系统。
4.根据权利要求3所述的动态交通路网城市道路要素模型建模方法，其特征在于，步骤2)包括以下步骤， (2.1)根据城市交通道路拓扑图构建动态道路网子模型，所述动态道路网子模型用于表示道路类型和方向；所述动态道路网子模型包括动态单行线道路，动态双行线道路，动态弯道，模型中道路采用路段拼接延长的弹性结构，接头采用伸缩方式对接；所述道路均具有唯一数据结构，且可以依据实际模拟图库通过调整参数改变道路形状和方向；所述道路包括的参数有: (2.2)根据城市交通道路拓扑图构建动态互通式交叉口模型，包括连接单行线道路和双行线道路的动态十字交叉口，动态丁字交叉口，动态环形交叉口和动态人形交叉口 ；各交叉口均设置方向车道线，均具有唯一数据结构，并且可以依据实际模拟图库调整参数改变交叉口形状和方向。所述交叉口包括的参数有: (2.3)根据城市交通道路拓扑图构建动态人行过道线模型，人行过道线可以依据实际模拟图库调整参数改变位置、动态添加和删除；所述人行过道线包括的参数有: (2.4)根据城 市交通道路拓扑图构建动态信号指示灯模型，包括动态路口信号指示灯和动态路段信号指示灯，，可以依据实际模拟图库调整参数动态添加和删除信号指示灯、改变指示灯的运行；信号指示灯由三部分组成:数字灯，信号指示灯(LED箭头型)，车道指示灯(可变车道型)。所述信号指示灯包括的参数有: (2.5)根据城市交通道路拓扑图构建动态道路标识牌模型，主要考虑影响城市道路运行的标识牌，标识牌依据实际模拟图库课通过调整参数动态添加和删除；所述标识牌包括的参数有: (2.6)根据城市交通道路拓扑图构建动态道路连接分离设施模型，包括动态立交桥模型，动态车道矢量分割线模型，动态隔离栏模型和动态停车线模型，可以依据实际模拟图库调整参数动态添加和删除设施、改变形状。
5.根据权利要求3所述的动态交通路网城市道路要素模型建模方法，其特征在于，(4.1)根据车辆要素的类型和属性构建动态车辆要素模型，包括大型车辆系列，中型车辆系列，小型车辆系列。每产生一辆车，同时产生该车唯一的ID ;该模型可根据模拟效果的需要随机的产生或认为的设定不同类型、不同数量的车辆在路面行驶的情况； (4.2)构建动态车辆区域分布模型，划分交通小区，建立各个交通小区之间交通量变换的定量关系，模拟各种类型的车辆在各个交通小区之间的车辆类型、进驻时间、进驻数量、出行时间、出行数量，并且考虑不同类型车辆的起始与终点时间；该模型可由实际车辆分布统计库生成，也可由基于社区、机关单位、工厂企业、学校、商业网点、社会事件的城市分布结构拟合产生； (4.3)根据城市交通管理交通运行数据库资料统计数据构建城市交通流量的分布模型，包括按上下班时间分布的流量模型，按节假日出行规律构建的流量模型，按特殊季节出现的交通流量分布模型； (4.4)根据以城市道路模型、车辆要素模型、车辆分布模型和车辆流量模型中的数据为基础，根据模拟目标的设置和需求，构建动态城市车辆运行模型，该模型可统计每辆车在路面的运行时间、路径和速度，模拟不同类型车辆的出行特点和区域分布、每条道路的车流总量以及变化趋势；基于已构建的各要素模型，通过执行车辆运行生成与湮灭模块，在与控制中心模型的交互调度中实现运行。
6.根据权利要求5所述的动态交通路网城市道路要素模型建模方法，其特征在于，步骤4.4)中所述车辆运行生成与湮灭模块的构建方法:(a)根据动态交通路网城市道路模型、动态交通路网干预模型、动态交通路网运行模型的约束条件，采集全面的车辆运行参数，生成车辆满足条件的所有行驶轨迹； (b)与控制中心模型交互指令，根据新的约束条件，重新规划路径，生成新的优化行驶轨迹； (C)将所有约束和生成数据提取、打包并装订到动态运行库中，按模型要求的时间段从起点自动生成车辆并运行，到达目的地注册后自动湮灭。
7.根据权利要求3所述的动态交通路网城市道路要素模型建模方法，其特征在于，还包括构建动态交通生成模型的步骤，根据各要素模型和生成的可编程GIS城市交通数据库和运行库，启动监控调度中心模型，实现动态城市交通的模拟、运行和管理；所述生成模型有启动，暂停和退出三个操作状态，只有在暂停和退出状态下，可以修改各要素模型参数，控制中心模型的日志模块会记·录生成周期内的所有操作。
【文档编号】G08G1/00GK103531024SQ201310518458
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月28日 优先权日:2013年10月28日
【发明者】徐正全, 王争鸣, 王涛 申请人:武汉旭云科技有限公司