本發(fā)明涉及一種路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法，具體來說，涉及一種基于Simulink仿真的路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

目前，我國的城市交通擁堵已由交通問題上升為一個(gè)全民關(guān)注的社會問題，正越來越嚴(yán)重地影響著經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和民生改善。城市交通擁堵的防控和治理極其依賴于對路網(wǎng)動態(tài)交通流的精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)預(yù)測。然而，由于我國城市路網(wǎng)構(gòu)成復(fù)雜，車輛行駛行為多樣，交通需求時(shí)變，動態(tài)預(yù)測動態(tài)交通流是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)的技術(shù)難題?；诮煌ǚ抡鎭碓佻F(xiàn)車輛在復(fù)雜路上的微觀行為，進(jìn)而推導(dǎo)得出交通流的宏觀運(yùn)行機(jī)理被認(rèn)為是最精準(zhǔn)的交通流預(yù)測方法。元胞自動機(jī)交通建模是當(dāng)前最流行的交通仿真方法，但受限于元胞自動機(jī)的仿真速度，現(xiàn)有元胞自動機(jī)模型只能仿真單個(gè)路段或交叉口，無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模城市路網(wǎng)的交通流仿真。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于Simulink仿真的路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法，能夠針對復(fù)雜路網(wǎng)準(zhǔn)確的預(yù)測交通流信息。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明實(shí)施例采用的基于Simulink仿真的路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟10)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的基礎(chǔ)交通信息，所述基礎(chǔ)交通信息包括路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和路網(wǎng)交通運(yùn)行信息；

步驟20)根據(jù)步驟10)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的基礎(chǔ)交通信息，創(chuàng)建基于Simulink的路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)；

步驟30)根據(jù)步驟20)創(chuàng)建的路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)，進(jìn)行路網(wǎng)交通流動態(tài)預(yù)測，提取預(yù)測的交通信息。

作為優(yōu)選例，所述步驟10)中，獲取路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，包括：

將待預(yù)測路網(wǎng)中的交叉口和道路依次編號；每條道路分為路段和進(jìn)口區(qū)域兩個(gè)部分；

獲取待預(yù)測路網(wǎng)中每條路段的車道數(shù)M_J，每個(gè)交叉口進(jìn)口區(qū)域的車道數(shù)A_K，每個(gè)交叉口內(nèi)部區(qū)域的車流沖突點(diǎn)位置H_I和每個(gè)交叉口的出口數(shù)量R_I；

獲得待預(yù)測路網(wǎng)中所有交叉口和路段節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算每個(gè)交叉口內(nèi)部區(qū)域的長度Il_i、左轉(zhuǎn)車軌跡長度Tl_i、右轉(zhuǎn)車軌跡長度Tr_i，以及路段上每條車道的長度Lm_j和進(jìn)口區(qū)域每條車道的長度La_k。

作為優(yōu)選例，所述步驟10)中，獲取路網(wǎng)交通運(yùn)行信息，包括：

在待預(yù)測路網(wǎng)的所有邊界道路上布設(shè)線圈檢測器，并選擇高峰小時(shí)，利用線圈檢測器測得的數(shù)據(jù)，測算邊界道路上的車輛占有率，并對車輛占有率進(jìn)行平滑處理，得到各邊界道路上的車輛占有率時(shí)間序列O_i；

在待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口布設(shè)視頻檢測器，并選擇高峰小時(shí)，利用視頻檢測器測得的數(shù)據(jù)，測算高峰小時(shí)內(nèi)各交叉口左轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pl_i、直行車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pt_i和右轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pr_i；

獲取待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口在高峰小時(shí)各信號交叉口的現(xiàn)狀信號配時(shí)方案S_I。

作為優(yōu)選例，所述的步驟20)包括以下步驟：

步驟201)創(chuàng)建九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊：打開Matlab/Simulink的空白編輯器，選擇User-Defined Functions模塊庫中的S函數(shù)模塊，添加九個(gè)S函數(shù)模塊到模塊編輯器中；九個(gè)S函數(shù)模塊分別命名為：車輛生成模塊、車輛進(jìn)入路段模塊、車輛單車道前進(jìn)模塊、車輛換道模塊、進(jìn)口區(qū)域行駛模塊、進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K、信號控制模塊、交叉口內(nèi)部行駛模塊和接口模塊，創(chuàng)建九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊；

步驟202)設(shè)置九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊參數(shù)屬性：

在車輛生成模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)O_i；

在車輛進(jìn)入路段模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)M_J；

在車輛單車道前進(jìn)模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Lm_j；

在車輛換道模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Pl_i，Pt_i，Pr_i；

在進(jìn)口區(qū)域行駛模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)A_K，La_k；

在進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K中設(shè)置輸入?yún)?shù)H_I；

在信號控制模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)S_I；

在交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Il_i，Tl_i，Tr_i；

在接口模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)R_I；

步驟203)搭建路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)：根據(jù)步驟10)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，與待預(yù)測的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，通過在Matlab/Simulink組件中添加和連接步驟201)創(chuàng)建的九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊和步驟202)設(shè)置的九類S函數(shù)模塊參數(shù)，搭建面向?qū)嶋H交通環(huán)境的Simulink路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)。

作為優(yōu)選例，所述的步驟201)中，車輛生成模塊：用于根據(jù)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)邊界道路上的車輛占有率時(shí)間序列，在信號源生成器中設(shè)置不同時(shí)間段內(nèi)每個(gè)邊界道路上車輛進(jìn)入仿真系統(tǒng)的概率；

車輛進(jìn)入路段模塊：用于在每一個(gè)仿真時(shí)間步，按照車輛生成模塊傳送的概率參數(shù)，新加入車輛進(jìn)入路段車道的起點(diǎn)位置；如果起點(diǎn)位置已被車輛占用，則本時(shí)間步不再新生成車輛；

車輛單車道前進(jìn)模塊：用于模擬車輛在單車道上的行駛行為；

車輛換道模塊：用于模擬車輛在路段上的換道行為；

進(jìn)口區(qū)域行駛模塊：用于模擬車輛在進(jìn)口區(qū)域的行駛行為；

進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K：用于模擬交叉口多個(gè)進(jìn)口方向交通流的匯集；

信號控制模塊：用于根據(jù)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)上交叉口的信號配時(shí)方案，在信號源生成器中設(shè)置仿真時(shí)間段內(nèi)交叉口各進(jìn)口的綠燈時(shí)間和紅燈時(shí)間；

交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊：用于模擬車輛通過停車線進(jìn)入交叉口內(nèi)部的行駛過程；

接口模塊：用于接收輸出交叉口的車輛。

作為優(yōu)選例，所述的步驟30)包括以下步驟：

步驟301)采用精細(xì)化可變元胞自動機(jī)，建立車輛行駛模型；

步驟302)將步驟301)建立的車輛行駛模型添加到S函數(shù)模塊中；

步驟303)執(zhí)行Simulink仿真，提取預(yù)測交通信息。

作為優(yōu)選例，所述步驟301)包括以下步驟：

步驟3011)進(jìn)行網(wǎng)格化處理待預(yù)測路網(wǎng)，具體包括：按照1m×0.9m的精細(xì)化元胞尺寸將待預(yù)測路網(wǎng)網(wǎng)格化，并在路網(wǎng)空間上建立坐標(biāo)系；所述坐標(biāo)系以西向東方向?yàn)閄軸，以南向北方向?yàn)閅軸；采用車頭位置所在坐標(biāo)作為車輛坐標(biāo)；

步驟3012)按式(1)計(jì)算每輛車在t時(shí)刻占用的元胞數(shù)：

式中，Nx表示車輛沿X軸方向占用的元胞個(gè)數(shù)，Ny表示車輛沿Y軸方向占用的元胞個(gè)數(shù)，ceil表示向下取整，L_veh表示車輛的寬度，v_n(t)表示車輛n在t時(shí)刻的速度；

步驟3013)建立車輛行駛模型，包括車輛前行運(yùn)動模型、車輛側(cè)向運(yùn)動模型、車輛沖突消除模型；定義x_n(t)表示車輛n在t時(shí)刻的橫坐標(biāo)；x_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的橫坐標(biāo)；y_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的縱坐標(biāo)；將車輛的速度v_n按照元胞/秒進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換；

所述車輛前行運(yùn)動模型包括：車輛加速運(yùn)動、車輛減速運(yùn)動、車輛隨機(jī)慢化和車輛的前行運(yùn)動位置；

所述車輛加速運(yùn)動模型如式(2)所示：

其中，v_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的速度，表示車輛平均加速度，v_max表示車輛的最大速度；

所述車輛減速運(yùn)動模型如式(3)所示：

其中，表示車輛的平均減速度，d^f_n(t)表示車輛減速后與前車保持的安全間距，d^f_n(t)＝x_n+1(t)-x_n(t)，x_n+1(t)表示車輛n+1在t時(shí)刻的橫坐標(biāo)；

所述車輛隨機(jī)慢化模型為：設(shè)t+1時(shí)刻車輛n的速度v_n(t+1)以概率p_r減速，0＜p_r＜1，并生成概率隨機(jī)數(shù)R1，0＜R1＜1；如果R1≥p_r，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度按照車輛的平均減速度v～_b再次減速；如果R1＜p_r，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度保持不變；

依次執(zhí)行加速運(yùn)動模型、減速運(yùn)動模型和隨機(jī)慢化模型，得到最終速度；車輛n根據(jù)t+1時(shí)刻的最終速度向前行駛；

所述確定車輛的前行運(yùn)動位置模型如式(4)所示：

x_n(t+1)＝x_n(t)+v_n(t+1) 式(4)

所述車輛側(cè)向運(yùn)動模型包括：

首先，分配車輛的轉(zhuǎn)向?qū)傩?，生成概率隨機(jī)數(shù)R2，0≤R2≤1；根據(jù)步驟10)獲取的參數(shù)Pl_i、Pt_i和Pr_i，如果R2＜Pt_i，那么將車輛n設(shè)定為直行車；如果Pl_i+Pt_i＞R2≥Pt_i，那么將車輛n設(shè)定為左轉(zhuǎn)車；如果R2≥Pl_i+Pt_i+Pr_i，那么將車輛n設(shè)定為右轉(zhuǎn)車；

其次，判斷是否具有換道傾向：當(dāng)車輛滿足下列條件，則車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向：在t時(shí)刻車輛n與正前方車輛的間距d^f_n(t)，不能保證t時(shí)刻車輛n按速度值v_n(t)行駛；或者，在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的最右側(cè)車道上行駛，且車輛n為右轉(zhuǎn)車；或者，在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的最左側(cè)車道上行駛，且車輛n為左轉(zhuǎn)車；或者，在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的中間車道上行駛，且車輛n為直行車；

最后，確定車輛的側(cè)向運(yùn)動位置：如果t時(shí)刻車輛n具有換道傾向，并將車輛的速度v_n按照元胞/秒進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，滿足d^lf_n(t)>v_n(t)或d^rf_n(t)>v_n(t)，那么車輛n可安全換道；如果d^lf_n(t)>d^rf_n(t)，則車輛n向左側(cè)車道換道；如果d^lf_n(t)≤d^rf_n(t)，則車輛n向右側(cè)車道換道；其中，d^lf_n(t)表示在t時(shí)刻車輛n與左前方車輛的間距，d^rf_n(t)表示在t時(shí)刻車輛n與右前方車輛的間距；確定車輛的側(cè)向運(yùn)動位置后，更新車輛的縱坐標(biāo)y_n(t+1)；

所述車輛沖突消除模型包括：在交叉口內(nèi)部右轉(zhuǎn)車不受信號控制，存在右轉(zhuǎn)車輛與對向直行車輛的交織沖突；如果右轉(zhuǎn)車輛抵達(dá)沖突元胞的時(shí)間大于對向直行車，即d_n^r(t)/v_n^r(t)>d_n^z(t)/v_n^z(t)，那么右轉(zhuǎn)車優(yōu)先通行；如果右轉(zhuǎn)車抵達(dá)沖突元胞的時(shí)間小于或等于對向直行車，即d_n^r(t)/v_r(t)≤d_n^z(t)/v_z(t)，那么直行車優(yōu)先通行；其中，d_n^r(t)表示第n輛右轉(zhuǎn)車距離沖突元胞的位置，v_n^r(t)表示第n輛右轉(zhuǎn)車在t時(shí)刻的速度，d_n^z(t)表示第n輛直行車距離沖突元胞的位置，v_n^z(t)表示第n輛直行車在t時(shí)刻的速度。

作為優(yōu)選例，所述步驟302)包括以下步驟：

對于車輛生成模塊，將步驟10)獲取的邊界路網(wǎng)占有率O_i輸入信號發(fā)生器；

對于車輛進(jìn)入路段模塊，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的縱坐標(biāo)取值小于路段上的車道數(shù)M_J，即y_n(t+1)<M_J；

對于車輛單車道前進(jìn)模塊，將步驟3013)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的前行運(yùn)動位置小于路段上的車道長度Lm_j，即x_n(t)<Lm_j；

對于車輛換道模塊，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件，在分配車輛轉(zhuǎn)向?qū)傩詴r(shí)，左轉(zhuǎn)車比例為Pl_i，直行車比例為Pt_i，右轉(zhuǎn)車比例為Pr_i；

對于進(jìn)口區(qū)域行駛模塊，將步驟3013)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的前行運(yùn)動位置小于進(jìn)口區(qū)域的車道長度La_k，即x_n(t)<La_k；同時(shí)，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的側(cè)向位置小于進(jìn)口區(qū)域的車道數(shù)A_K，即y_n(t)<A_K；

對于進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K，將步驟3013)中的車輛沖突消除模型編譯成M文件，沖突元胞位置按H_I取值；

對于信號控制模塊，將步驟10)獲取的交叉口信號控制方案S_I輸入信號發(fā)生器；

對于交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊，將步驟301)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并且限定直行車輛的前行運(yùn)動位置小于交叉口長度Il_i，左轉(zhuǎn)車輛的前行不能超過左轉(zhuǎn)軌跡長度Tl_i，右轉(zhuǎn)車輛的前行不能超過右轉(zhuǎn)軌跡長度Tr_i；

對于接口模塊，采用開放邊界條件，將接收到的車輛剔除出仿真系統(tǒng)。

作為優(yōu)選例，所述步驟303)包括以下步驟：

提取車輛平均速度信息：在仿真過程中實(shí)時(shí)記錄車輛n在t時(shí)刻的瞬時(shí)車速v_n(t)和行駛在路網(wǎng)上的車輛總數(shù)N(t)；依據(jù)式(5)測算待預(yù)測城市路網(wǎng)上t時(shí)刻車輛的平均速度v(t)：

其中，N表示仿真的車輛總數(shù)；

提取路網(wǎng)平均流量信息：仿真過程中，在路網(wǎng)上布置M個(gè)流量檢測器，第m個(gè)檢測器在t時(shí)刻檢測到的交通流量J_m(t)為t時(shí)刻駛過該檢測器的車輛數(shù)之和；依據(jù)式(6)測算待預(yù)測城市路網(wǎng)上t時(shí)刻的平均流量J(t)：

其中，M表示待預(yù)測路網(wǎng)中的道路總數(shù)。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明實(shí)施例采用精細(xì)化可變元胞自動機(jī)來模擬車輛在路網(wǎng)系統(tǒng)多個(gè)單元上的微觀運(yùn)動過程，通過對車輛實(shí)際行駛行為的規(guī)則化描述，來全面呈現(xiàn)城市路網(wǎng)上交通流的動態(tài)傳播。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例全面考慮了影響路網(wǎng)交通流的相關(guān)因素，描述了車輛之間的微觀作用關(guān)系，預(yù)測獲得的交通流信息更加精準(zhǔn)可靠。具體來說，步驟3011采用了精細(xì)化可變元胞自動機(jī)來模擬車輛在路網(wǎng)系統(tǒng)多個(gè)單元上的微觀運(yùn)動過程。步驟3012和步驟3013對車輛實(shí)際行駛行為的規(guī)則化描述。步驟302全面考慮了影響路網(wǎng)交通流的相關(guān)因素，并描述了車輛之間的微觀作用關(guān)系。

2.在交通流預(yù)測的方法實(shí)現(xiàn)上，本發(fā)明實(shí)施例巧妙借助Simulink仿真系統(tǒng)，將大規(guī)模路網(wǎng)的復(fù)雜交通仿真分解為多個(gè)S函數(shù)模塊，基于實(shí)際路網(wǎng)交通基礎(chǔ)信息設(shè)置參數(shù)后，搭接各S函數(shù)即可實(shí)現(xiàn)對城市交通流的動態(tài)仿真預(yù)測。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明實(shí)施例能夠充分發(fā)揮元胞自動機(jī)模型在交通流預(yù)測精度上的優(yōu)勢，屏蔽了繁瑣的編程工作，極大了加速了交通仿真速度。

3.在交通流預(yù)測的操作性便利上，本發(fā)明實(shí)施例創(chuàng)建了多個(gè)路網(wǎng)單元S函數(shù)模塊，通過對各S函數(shù)模塊的連接、組合和封裝，就能實(shí)現(xiàn)對各種城市路網(wǎng)的交通流仿真。同時(shí)相較于現(xiàn)有技術(shù)，預(yù)測所必須的路網(wǎng)基礎(chǔ)交通信息可通過網(wǎng)絡(luò)地圖獲取，不再需要大規(guī)模鋪設(shè)耗資昂貴的交通檢測器。從應(yīng)用角度來看，本發(fā)明的技術(shù)方法適用性強(qiáng)、操作簡單、費(fèi)用低廉。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的流程框圖；

圖2為本發(fā)明獲取路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息的方法示意圖；

圖3為本發(fā)明獲取路網(wǎng)交通運(yùn)行信息的方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例中車輛生成模塊中邊界占有率設(shè)置示意圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例中信號控制模塊中信號方案設(shè)置示意圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例中S函數(shù)的參數(shù)設(shè)置和程序代碼編輯示意圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例中Simulink仿真結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8(a)為本發(fā)明實(shí)例中車輛平均速度預(yù)測信息圖；

圖8(b)為本發(fā)明實(shí)例中路網(wǎng)平均流量預(yù)測信息圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的描述。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種基于Simulink仿真的路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法，包括以下步驟：

步驟10)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的基礎(chǔ)交通信息，所述基礎(chǔ)交通信息包括路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息和路網(wǎng)交通運(yùn)行信息。

步驟10)中，獲取路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，包括：

步驟1011)將待預(yù)測路網(wǎng)中的交叉口和道路依次編號；每條道路分為路段和進(jìn)口區(qū)域兩個(gè)部分。作為示例，可以在網(wǎng)絡(luò)地圖上選擇待預(yù)測的城市路網(wǎng)。

步驟1012)獲取待預(yù)測路網(wǎng)中每條路段的車道數(shù)M_J，每個(gè)交叉口進(jìn)口區(qū)域的車道數(shù)A_K，每個(gè)交叉口內(nèi)部區(qū)域的車流沖突點(diǎn)位置H_I和每個(gè)交叉口的出口數(shù)量R_I。

步驟1013)獲得待預(yù)測路網(wǎng)中所有交叉口和路段節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算每個(gè)交叉口內(nèi)部區(qū)域的長度Il_i、左轉(zhuǎn)車軌跡長度Tl_i、右轉(zhuǎn)車軌跡長度Tr_i，以及路段上每條車道的長度Lm_j和進(jìn)口區(qū)域每條車道的長度La_k。作為示例，可利用坐標(biāo)拾取器獲得待預(yù)測路網(wǎng)中所有交叉口和路段節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。

步驟10)中，獲取路網(wǎng)交通運(yùn)行信息，包括：

步驟1021)在待預(yù)測路網(wǎng)的所有邊界道路上布設(shè)線圈檢測器，并選擇高峰小時(shí)，利用線圈檢測器測得的數(shù)據(jù)，測算邊界道路上的車輛占有率，并對車輛占有率進(jìn)行平滑處理，得到各邊界道路上的車輛占有率時(shí)間序列O_i。

步驟1022)在待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口布設(shè)視頻檢測器，并選擇高峰小時(shí)，利用視頻檢測器測得的數(shù)據(jù)，測算高峰小時(shí)內(nèi)各交叉口左轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pl_i、直行車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pt_i和右轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pr_i。

步驟1023)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口在高峰小時(shí)各信號交叉口的現(xiàn)狀信號配時(shí)方案S_I。

步驟20)根據(jù)步驟10)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的基礎(chǔ)交通信息，創(chuàng)建基于Simulink的路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)。

步驟20)具體包括步驟201)—步驟203)：

步驟201)創(chuàng)建九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊：打開Matlab/Simulink的空白編輯器，選擇User-Defined Functions模塊庫中的S函數(shù)模塊，添加九個(gè)S函數(shù)模塊到模塊編輯器中；九個(gè)S函數(shù)模塊分別命名為：車輛生成模塊、車輛進(jìn)入路段模塊、車輛單車道前進(jìn)模塊、車輛換道模塊、進(jìn)口區(qū)域行駛模塊、進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K、信號控制模塊、交叉口內(nèi)部行駛模塊和接口模塊，創(chuàng)建九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊。

其中，車輛生成模塊：用于根據(jù)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)邊界道路上的車輛占有率時(shí)間序列，在信號源生成器中設(shè)置不同時(shí)間段內(nèi)每個(gè)邊界道路上車輛進(jìn)入仿真系統(tǒng)的概率。車輛進(jìn)入路段模塊：用于在每一個(gè)仿真時(shí)間步，按照車輛生成模塊傳送的概率參數(shù)，新加入車輛進(jìn)入路段車道的起點(diǎn)位置；如果起點(diǎn)位置已被車輛占用，則本時(shí)間步不再新生成車輛。車輛單車道前進(jìn)模塊：用于模擬車輛在單車道上的行駛行為。車輛換道模塊：用于模擬車輛在路段上的換道行為。進(jìn)口區(qū)域行駛模塊：用于模擬車輛在進(jìn)口區(qū)域的行駛行為。進(jìn)口區(qū)域行駛模塊中，進(jìn)口區(qū)域不允許車輛換道，且車輛受信號控制。進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K：用于模擬交叉口多個(gè)進(jìn)口方向交通流的匯集。進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K中，在信號控制下，每個(gè)進(jìn)口區(qū)域上的車輛會受到其他進(jìn)口駛?cè)虢徊婵谲囕v的影響。信號控制模塊：用于根據(jù)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)上交叉口的信號配時(shí)方案，在信號源生成器中設(shè)置仿真時(shí)間段內(nèi)交叉口各進(jìn)口的綠燈時(shí)間和紅燈時(shí)間。交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊：用于模擬車輛通過停車線進(jìn)入交叉口內(nèi)部的行駛過程。接口模塊：用于接收輸出交叉口的車輛。

步驟202)設(shè)置九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊參數(shù)屬性。依次選擇模板中的九個(gè)S函數(shù)模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇S-Function Parameters選項(xiàng)，打開S函數(shù)參數(shù)對話框。九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊的參數(shù)設(shè)置方法如下所述：

在車輛生成模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)O_i；

在車輛進(jìn)入路段模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)M_J；

在車輛單車道前進(jìn)模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Lm_j；

在車輛換道模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Pl_i，Pt_i，Pr_i；

在進(jìn)口區(qū)域行駛模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)A_K，La_k；

在進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K中設(shè)置輸入?yún)?shù)H_I；

在信號控制模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)S_I；

在交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)Il_i，Tl_i，Tr_i；

在接口模塊中設(shè)置輸入?yún)?shù)R_I；

步驟203)搭建路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)：根據(jù)步驟10)獲取的待預(yù)測路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，與待預(yù)測的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，通過在Matlab/Simulink組件中添加和連接步驟201)創(chuàng)建的九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊和步驟202)設(shè)置的九類S函數(shù)模塊參數(shù)，搭建面向?qū)嶋H交通環(huán)境的Simulink路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)。

步驟30)根據(jù)步驟20)創(chuàng)建的路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)，進(jìn)行路網(wǎng)交通流動態(tài)預(yù)測，提取預(yù)測的交通信息。

所述的步驟30)包括步驟301)—303)：

步驟301)采用精細(xì)化可變元胞自動機(jī)，建立車輛行駛模型。

步驟301)具體包括步驟3011)—3013)：

步驟3011)采用精細(xì)化元胞尺寸，進(jìn)行網(wǎng)格化處理待預(yù)測路網(wǎng)，具體包括：按照1m×0.9m的精細(xì)化元胞尺寸將待預(yù)測路網(wǎng)網(wǎng)格化，并在路網(wǎng)空間上建立坐標(biāo)系；所述坐標(biāo)系以西向東方向?yàn)閄軸，以南向北方向?yàn)閅軸；采用車頭位置所在坐標(biāo)作為車輛坐標(biāo)。

步驟3012)按式(1)計(jì)算每輛車在t時(shí)刻占用的元胞數(shù)：

式中，Nx表示車輛沿X軸方向占用的元胞個(gè)數(shù)。作為優(yōu)選例，Nx＝5。Ny表示車輛沿Y軸方向占用的元胞個(gè)數(shù)，由車輛寬度L_veh和t時(shí)刻的速度v_n(t)共同決定。ceil表示向下取整，L_veh表示車輛的寬度，v_n(t)表示車輛n在t時(shí)刻的速度。

車輛占用的元胞個(gè)數(shù)由車輛的物理尺寸和側(cè)向凈空共同決定，而側(cè)向凈空跟車輛速度密切相關(guān)，是一個(gè)變量?，F(xiàn)有的元胞自動機(jī)模型中車輛占用的元胞數(shù)都是固定不變的，本發(fā)明提出可變元胞自動機(jī)的概念，以準(zhǔn)確仿真再現(xiàn)實(shí)際交通中的車輛占用元胞情形。

步驟3013)建立車輛行駛模型，包括車輛前行運(yùn)動模型、車輛側(cè)向運(yùn)動模型、車輛沖突消除模型；定義x_n(t)表示車輛n在t時(shí)刻的橫坐標(biāo)；x_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的橫坐標(biāo)；y_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的縱坐標(biāo)；將車輛的速度v_n按照元胞/秒進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換。

所述車輛前行運(yùn)動模型包括：車輛加速運(yùn)動、車輛減速運(yùn)動、車輛隨機(jī)慢化和車輛的前行運(yùn)動位置。

所述車輛加速運(yùn)動模型如式(2)所示：

其中，v_n(t+1)表示車輛n在t+1時(shí)刻的速度，表示車輛平均加速度，v_max表示車輛的最大速度。作為優(yōu)選例，

所述車輛減速運(yùn)動模型如式(3)所示：

其中，表示車輛的平均減速度。作為優(yōu)選例，d^f_n(t)表示車輛減速后與前車保持的安全間距，d^f_n(t)＝x_n+1(t)-x_n(t)，x_n+1(t)表示車輛n+1在t時(shí)刻的橫坐標(biāo)。

式(3)表示為了避免與前方車輛碰撞，車輛n以平均減速度減速，且減速后還需與前車保持安全的間距d^f_n(t)。

所述車輛隨機(jī)慢化模型為：設(shè)t+1時(shí)刻車輛n的速度v_n(t+1)以概率p_r減速，0＜p_r＜1，并生成概率隨機(jī)數(shù)R1，0＜R1＜1；如果R1≥p_r，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度按照車輛的平均減速度v～_b再次減速；如果R1＜p_r，那么t+1時(shí)刻車輛n的速度保持不變。

依次執(zhí)行加速運(yùn)動模型、減速運(yùn)動模型和隨機(jī)慢化模型，得到最終速度；車輛n根據(jù)t+1時(shí)刻的最終速度向前行駛。

所述確定車輛的前行運(yùn)動位置模型如式(4)所示：

x_n(t+1)＝x_n(t)+v_n(t+1) 式(4)

所述車輛側(cè)向運(yùn)動模型包括：

首先，分配車輛的轉(zhuǎn)向?qū)傩?，生成概率隨機(jī)數(shù)R2，0≤R2≤1；根據(jù)步驟10)獲取的參數(shù)Pl_i、Pt_i和Pr_i，如果R2＜Pt_i，那么將車輛n設(shè)定為直行車；如果Pl_i+Pt_i＞R2≥Pt_i，那么將車輛n設(shè)定為左轉(zhuǎn)車；如果R2≥Pl_i+Pt_i+Pr_i，那么將車輛n設(shè)定為右轉(zhuǎn)車；

其次，判斷是否具有換道傾向：當(dāng)車輛滿足下列四個(gè)條件之一，則車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向：

(1)在t時(shí)刻車輛n與正前方車輛的間距d^f_n(t)，不能保證t時(shí)刻車輛n按速度值v_n(t)行駛，即d^f_n(t)<v_n(t)，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向。

(2)在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的最右側(cè)車道上行駛，且車輛n為右轉(zhuǎn)車，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向。

(3)在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的最左側(cè)車道上行駛，且車輛n為左轉(zhuǎn)車，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向。

(4)在t時(shí)刻車輛n不在路段或進(jìn)口區(qū)域的中間車道上行駛，且車輛n為直行車，那么車輛n在t時(shí)刻具有換道傾向。

最后，確定車輛的側(cè)向運(yùn)動位置：如果t時(shí)刻車輛n具有換道傾向，并將車輛的速度v_n按照元胞/秒進(jìn)行量綱轉(zhuǎn)換，滿足d^lf_n(t)>v_n(t)或d^rf_n(t)>v_n(t)，那么車輛n可安全換道；如果d^lf_n(t)>d^rf_n(t)，則車輛n向左側(cè)車道換道；如果d^lf_n(t)≤d^rf_n(t)，則車輛n向右側(cè)車道換道；其中，d^lf_n(t)表示在t時(shí)刻車輛n與左前方車輛的間距，d^rf_n(t)表示在t時(shí)刻車輛n與右前方車輛的間距；確定車輛的側(cè)向運(yùn)動位置后，更新車輛的縱坐標(biāo)y_n(t+1)。

所述車輛沖突消除模型包括：在交叉口內(nèi)部右轉(zhuǎn)車不受信號控制，存在右轉(zhuǎn)車輛與對向直行車輛的交織沖突；如果右轉(zhuǎn)車輛抵達(dá)沖突元胞的時(shí)間大于對向直行車，即d_n^r(t)/v_n^r(t)>d_n^z(t)/v_n^z(t)，那么右轉(zhuǎn)車優(yōu)先通行；如果右轉(zhuǎn)車抵達(dá)沖突元胞的時(shí)間小于或等于對向直行車，即d_n^r(t)/v_r(t)≤d_n^z(t)/v_z(t)，那么直行車優(yōu)先通行；其中，d_n^r(t)表示第n輛右轉(zhuǎn)車距離沖突元胞的位置，v_n^r(t)表示第n輛右轉(zhuǎn)車在t時(shí)刻的速度，d_n^z(t)表示第n輛直行車距離沖突元胞的位置，v_n^z(t)表示第n輛直行車在t時(shí)刻的速度。

步驟302)將步驟301)建立的車輛行駛模型添加到S函數(shù)模塊中；

添加S函數(shù)的程序代碼。依次選擇模板中的S函數(shù)模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“S-Function Parameters”選項(xiàng)，進(jìn)一步點(diǎn)擊“S-Function Name-Edit”選項(xiàng)，即打開該S函數(shù)模塊對應(yīng)的車輛仿真代碼編輯器。接口模塊不需添加程序代碼。步驟302)具體包括：

對于車輛生成模塊，將步驟10)獲取的邊界路網(wǎng)占有率O_i輸入信號發(fā)生器；

對于車輛進(jìn)入路段模塊，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件(M文件全稱是Matlab.M函數(shù)文件)，并限定車輛的縱坐標(biāo)取值小于路段上的車道數(shù)M_J取值，即y_n(t+1)<M_J；

對于車輛單車道前進(jìn)模塊，將步驟3013)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的前行運(yùn)動位置小于路段上的車道長度Lm_j，即x_n(t)<Lm_j；

對于車輛換道模塊，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件，在分配車輛轉(zhuǎn)向?qū)傩詴r(shí)，左轉(zhuǎn)車比例為Pl_i，直行車比例為Pt_i，右轉(zhuǎn)車比例為Pr_i；

對于進(jìn)口區(qū)域行駛模塊，將步驟3013)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的前行運(yùn)動位置小于進(jìn)口區(qū)域的車道長度La_k，即x_n(t)<La_k；同時(shí)，將步驟3013)中的車輛側(cè)向運(yùn)動模型編譯成M文件，并限定車輛的側(cè)向位置小于進(jìn)口區(qū)域的車道數(shù)A_K，即y_n(t)<A_K；

對于進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K，將步驟3013)中的車輛沖突消除模型編譯成M文件，沖突元胞位置按H_I取值；

對于信號控制模塊，將步驟10)獲取的交叉口信號控制方案S_I輸入信號發(fā)生器；

對于交叉口內(nèi)部區(qū)域行駛模塊，將步驟301)中的車輛前行運(yùn)動模型編譯成M文件，并且限定直行車輛的前行運(yùn)動位置小于交叉口長度Il_i，左轉(zhuǎn)車輛的前行不能超過左轉(zhuǎn)軌跡長度Tl_i，右轉(zhuǎn)車輛的前行不能超過右轉(zhuǎn)軌跡長度Tr_i；

對于接口模塊，采用開放邊界條件，將接收到的車輛剔除出仿真系統(tǒng)。

步驟303)執(zhí)行Simulink仿真，提取預(yù)測交通信息。所述步驟303)包括以下步驟：

提取車輛平均速度信息：在仿真過程中實(shí)時(shí)記錄車輛n在t時(shí)刻的瞬時(shí)車速v_n(t)和行駛在路網(wǎng)上的車輛總數(shù)N(t)；依據(jù)式(5)測算待預(yù)測城市路網(wǎng)上t時(shí)刻車輛的平均速度v(t)：

其中，N表示仿真的車輛總數(shù)；

提取路網(wǎng)平均流量信息：仿真過程中，在路網(wǎng)上布置M個(gè)流量檢測器，第m個(gè)檢測器在t時(shí)刻檢測到的交通流量J_m(t)為t時(shí)刻駛過該檢測器的車輛數(shù)之和；依據(jù)式(6)測算待預(yù)測城市路網(wǎng)上t時(shí)刻的平均流量J(t)：

其中，M表示待預(yù)測路網(wǎng)中的道路總數(shù)。

通過上述基于Simulink仿真的路網(wǎng)動態(tài)交通流預(yù)測方法，在步驟20)中，創(chuàng)建基于Simulink的城市路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)，在Matlab/Simulink組件中添加九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊，再與待預(yù)測的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，添加和連接已創(chuàng)建的九類S函數(shù)模塊，搭建面向?qū)嶋H交通環(huán)境的Simulink動態(tài)交通仿真系統(tǒng)?；诰?xì)化的可變元胞自動機(jī)模型編譯S函數(shù)代碼，執(zhí)行系統(tǒng)仿真，提取交通信息。

Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。Simulink是一個(gè)集成了描述、模擬、評價(jià)和精化系統(tǒng)行為功能的仿真環(huán)境。Simulink屏蔽了繁瑣的編程工作，不需要通過設(shè)置時(shí)間循環(huán)來驅(qū)動仿真過程，極大的加速了系統(tǒng)仿真速度。在Simulink環(huán)境中，復(fù)雜系統(tǒng)中的阻滯、摩擦、干擾、控制等非線性作用以及信號的隨機(jī)過程都能夠動態(tài)再現(xiàn)。交通仿真本質(zhì)上也是對復(fù)雜系統(tǒng)的模擬過程，交通流在路段和交叉口上的傳播類似于信號在各子模塊上的加工過程，交通流內(nèi)部也存在各種干擾與沖突。因此，借助Simulink來實(shí)現(xiàn)元胞自動機(jī)交通仿真在原理上是一種可行選擇。

為發(fā)揮元胞自動模型在交通流預(yù)測精度上的優(yōu)勢，規(guī)避耗時(shí)較長的缺陷，必須選取新的仿真技術(shù)來提升元胞自動機(jī)模型的運(yùn)算效率。本發(fā)明提出基于Matlab中的Simulink組件來編譯元胞自動機(jī)模型，進(jìn)而預(yù)測城市路網(wǎng)上的動態(tài)交通流信息，包括車輛平均速度和路網(wǎng)平均流量兩類重要信息。

下面例舉一實(shí)例。

如圖2(a)所示，是南京市奧體中心周圍由3條橫向城市道路和4條縱向城市道路組成的小型路網(wǎng)。路網(wǎng)中共有12個(gè)信號交叉口，都采用固定信號控制，且交叉口都已渠化拓寬。該路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，在通勤高峰期交通流量較大，交通擁堵嚴(yán)重，需要對路網(wǎng)上運(yùn)行的交通流進(jìn)行動態(tài)預(yù)測，以便為進(jìn)一步優(yōu)化提升該路網(wǎng)的交通管理措施提供數(shù)據(jù)支撐?；诖耍捎帽景l(fā)明的技術(shù)方案，方法如下：

步驟10)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的基礎(chǔ)交通信息。

步驟10)具體包括：

步驟1011)在百度地圖中找到南京市奧體中心周邊待預(yù)測的城市路網(wǎng)，將路網(wǎng)中的交叉口和道路依次編號，其中路網(wǎng)的邊界道路和內(nèi)部道路分別編號，內(nèi)部道路細(xì)分為路段和進(jìn)口區(qū)域。圖2(a)所示的實(shí)例路網(wǎng)的編碼見表1。

表1待預(yù)測實(shí)例路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)編碼表

步驟1012)在百度地圖使用全景模式，統(tǒng)計(jì)待預(yù)測路網(wǎng)中每條道路的車道數(shù)M_J，每個(gè)交叉口處的進(jìn)口區(qū)域渠化車道數(shù)A_K，每個(gè)交叉口車流沖突點(diǎn)位置H_I和每個(gè)交叉口的出口數(shù)量R_I。使用全景模式獲取路網(wǎng)相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息示意圖見圖2(b)。部分具體數(shù)值如表2所示。

步驟1013)在百度地圖開放平臺http://lbsyun.baidu.com/中，使用坐標(biāo)拾取器獲得待預(yù)測路網(wǎng)中所有交叉口和道路節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，再根據(jù)坐標(biāo)計(jì)算得到每個(gè)交叉口內(nèi)部區(qū)域的長度Il_i、左轉(zhuǎn)車軌跡長度Tl_i、右轉(zhuǎn)車軌跡長度Tr_i，以及路段上每條車道的長度Lm_j和進(jìn)口區(qū)域每條車道的長度La_k。使用坐標(biāo)拾取器獲取路網(wǎng)相關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息示意圖見圖2(c)。部分具體數(shù)值如表2所示。

表2

步驟1021)選擇高峰小時(shí)在待預(yù)測路網(wǎng)的所有邊界道路上布設(shè)線圈檢測器，統(tǒng)計(jì)分析邊界道路上的車輛占有率，并將對其平滑處理，得到各邊界道路上的車輛占有率時(shí)間序列O_i。以交叉口1為例，布設(shè)線圈檢測器獲取夢都大街-樂山路(交叉口1)的邊界路網(wǎng)車輛占有率時(shí)間序列的示意圖見附圖3，邊界路段B1W車輛占有率時(shí)間序列O_i取值見附圖4。

步驟1022)選擇高峰小時(shí)在待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口安裝視頻檢測器，統(tǒng)計(jì)分析高峰小時(shí)內(nèi)各交叉口左轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pl_i、直行車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pt_i和右轉(zhuǎn)車輛數(shù)占總車輛數(shù)的比例Pr_i。以交叉口1為例，安裝視頻檢測器獲取夢都大街-樂山路(交叉口1)的車輛轉(zhuǎn)向比例的示意圖見附圖3，該交叉口的Pl_i，Pt_i，Pr_i分別為0.22，055，023。

步驟1023)獲取待預(yù)測路網(wǎng)的所有交叉口在高峰小時(shí)各信號交叉口的現(xiàn)狀信號配時(shí)方案S_I。以交叉口1為例，夢都大街-樂山路(交叉口1)的信號配時(shí)方案S₁見附圖5。

步驟20)創(chuàng)建基于Simulink的城市路網(wǎng)交通仿真系統(tǒng)，具體包括步驟201)至203)：

步驟201)創(chuàng)建九類路網(wǎng)結(jié)構(gòu)S函數(shù)模塊。打開Matlab/Simulink的空白編輯器，選擇“User-Defined Functions”模塊庫中的S-function模塊，將其添加到模塊編輯器中。為實(shí)現(xiàn)對城市路網(wǎng)的仿真，根據(jù)路網(wǎng)拓?fù)錁?gòu)成和車輛行駛行為，一共需要添加九個(gè)S-function模塊，添加完成后將其名稱依次改為車輛生成模塊、車輛進(jìn)入路段模塊、車輛單車道前進(jìn)模塊、車輛換道模塊、進(jìn)口區(qū)域行駛模塊、進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K、信號控制模塊、交叉口內(nèi)部行駛模塊和接口模塊。

步驟202)設(shè)置九類S函數(shù)模塊參數(shù)屬性。依次選擇模板中的九個(gè)S函數(shù)模塊，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇“S-Function Parameters”選項(xiàng)，打開S函數(shù)參數(shù)對話框。圖6展示了車輛換道模塊的參數(shù)設(shè)置對話框。

九類S函數(shù)模塊的參數(shù)設(shè)置方法如下所述：

①車輛生成模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱O_i；

②車輛進(jìn)入路段模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱M_J；

③車輛單車道前進(jìn)模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱Lm_j；

④車輛換道模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱Pl_i，Pt_i，Pr_i；

⑤進(jìn)口區(qū)域行駛模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱A_K，La_k；

⑥進(jìn)口車輛駛?cè)虢徊婵谀K：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱H_I；

⑦信號控制模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱S_I；

⑧交叉口內(nèi)部行駛模塊：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱Il_i，Tl_i，Tr_i；

⑨接口模型：在“S-Function Parameters”中輸入?yún)?shù)名稱R_I。

步驟203)搭建動態(tài)交通仿真系統(tǒng)。根據(jù)步驟101)獲取的待預(yù)測城市路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息，與待預(yù)測的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)和車輛行為一一對應(yīng)，添加和連接已創(chuàng)建的九類S函數(shù)模塊，搭建面向?qū)嶋H交通環(huán)境的Simulink動態(tài)交通仿真系統(tǒng)。以夢都大街-樂山路(交叉口1)為例，圖7展示了基于Simulink的路段仿真和交叉口仿真示意圖。

步驟30)進(jìn)行路網(wǎng)交通流動態(tài)預(yù)測，提取預(yù)測的交通信息。具體包括步驟301)至303)：

步驟301)建立車輛行駛模型；具體過程如上述實(shí)施例所述。

步驟302)將步驟301)建立的車輛行駛模型添加到S函數(shù)模塊中；具體過程如上述實(shí)施例所述。

其中，車輛生成模塊：將步驟10)獲取的邊界路網(wǎng)占有率O_i輸入信號發(fā)生器；車輛換道模塊：將步驟10)獲取的車輛轉(zhuǎn)向比例作為參數(shù)輸入模塊中；信號控制模塊：將步驟10)獲取的交叉口信號控制方案S_I輸入信號發(fā)生器。

步驟303)執(zhí)行Simulink仿真，提取預(yù)測交通信息；具體過程如上述實(shí)施例所述。

圖8(a)和圖8(b)展示了本實(shí)例路網(wǎng)上基于Simulink仿真獲得的動態(tài)交通流的車輛平均速度和路網(wǎng)平均流量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說明書中的描述只是為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。