需求調控的一般性控制模型及其建立方法和應用技術

本發明專利技術公開了一種需求調控的一般性控制模型及其建立方法和應用，其中建立方法包括如下步驟：獲取車輛行駛軌跡、實際時間需求、自然需求和路網負荷；確定路網負荷與路網均速的關系式；將出行車輛數關于出發時間及自然需求的聯合分布P(u,t)在t軸方向以間隔Δt離散化為P(u,i)；積分得到的路網負荷代入上述關系式得對應的路網速度；任一時刻i遺留給下一時刻i+1的剩余需求

General control model of demand regulation and its establishment method and Application

The invention discloses a demand control general control model construction method and application thereof, which method comprises the following steps: acquiring the vehicle trajectory, real time demand, natural demand and the network load; to determine the relationship between network load and network speed; the number of vehicles traveling on joint distribution of time and natural demand the P (U, t) in the T direction with interval delta T discrete P (U, I); network load by the relation of the integral of the road network to speed corresponding to the remaining I; any time left to the next moment for i+1

【技術實現步驟摘要】
需求調控的一般性控制模型及其建立方法和應用
本專利技術涉及交通狀況分析
，尤其涉及一種需求調控的一般性控制模型及其建立方法和應用。
技術介紹
持續增加的機動車保有量及高使用率與有限的城市空間的矛盾是擁堵、停車難等城市交通問題的主要原因。出路在于根據城市密度調節出行結構，發展大運量的公共交通，控制低效率的小汽車出行。包括總量控制及出行時間調整在內的小汽車出行需求調控已經成為調節城市交通運行的基礎手段。需求調控已經成為國際上廣泛采用的調節手段。如倫敦、新加坡早已實行的擁堵收費、牌號總量控制等均屬于需求調控范疇。北京市在需求調控實踐中出臺過尾號限行、牌照搖號、錯峰上下班等政策，在遏制持續增長的擁堵勢頭，以及奧運、APEC、抗戰閱兵等重大活動保障中發揮了重要的作用?，F有交通需求模型大致分為三類：1、基于四階段法的，以漢城擁擠管理SECOMM模型、Ikki四階段改進模型，TRIMMS模型為代表；2、基于出行鏈的，以SanFrancisco模型、VISEM模型為代表；3、基于活動的，以Columbus模型和STARCHILD模型為代表。三者的區別在于對需求的定義、產生、劃分的方法不同，最后均通過將小汽車出行需求分配到每條路段上進行網絡均衡。靜態分配中路段上的需求是固定的，動態分配考慮到路網運行對分配的反作用，以最低費用、最小時延等為目標進行最優化求解，模型和實際的吻合度高于靜態分配。為了描述動態分配中產生需求變化的路徑選擇和交通流傳播過程，需要對每條路段建立狀態函數、流出函數、特性函數及阻抗函數。均衡后獲得每條路段的運行狀態，進一步集成得到路網運行狀態。該類方法需要建立由路段構成的路網模型，由于路段數眾多需要逐一對路段建模，導致模型復雜度較高。且在應用中由于道路拓撲、信號燈周期、機非混行、路側停車等各種因素影響，路段特性千差萬別，建立廣泛適用的路段特性模型并標定參數十分困難。集成后誤差進一步被放大，從而模型和實際吻合度難以提高。需求調控效果預測長期以來依附于分配模型缺乏一套自身的理論方法?？梢姡F有的需求模型估計出的調控結果和實際出入較大。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術提供一種需求調控的一般性控制模型及其建立方法和應用，主要目的是提供一種簡單易行的建模及仿真方法，對需求調控的效果進行真實分析。為達到上述目的，本專利技術主要提供如下技術方案：一方面，本專利技術提供了一種需求調控的一般性控制模型的建立方法，包括如下步驟：根據車輛的點火和熄火數據得到車輛每次出行行程的實際所需行駛時間，即行程的實際時間需求，及在路網中的行駛軌跡，根據已知的各路段的自由流速度推導，車輛以自由流速度完成行程所需要的時間，將其命名為自然需求；統計同一時間點在路網中的車輛數可得路網負荷；周期性計算路網負荷及對應的路網均速，得二者關系的散點圖，對散點進行擬合得路網負荷與路網速度的關系式：v＝h(r)(1)其中r為路網負荷，v為路網均速；設在網車輛數z關于出發時間t及自然需求u的聯合分布為P(u,t)，將t軸以間隔Δt離散化，則P(u,t)變為P(u,i)；對于任意時刻i路網中的車輛均由兩部分組成：1)時刻i進入路網的車輛，2)時刻i之前進入路網但仍未離開路網的車輛；時刻i進入路網的車輛的自然需求分布和時刻i之前進入路網但仍未離開路網的車輛以自由流速度行駛完剩余行程所需時間的分布，也即剩余需求分布，兩者之和構成了時刻i的總需求分布，需求變化與路網運行相互影響的遞歸過程如下：設時刻i開始有車輛進入路網，時刻i之前路網中無車輛，則時刻i路網負荷為具有不同自然需求車輛的總數代入式(1)可得對應的路網均速v(i)，v(i)＝h(r(i))(2)若路網以自由流速度vf運行，則在間隔Δt內平均每輛車消滅的自然需求為Δt；若v(i)達不到vf，則在Δt內車輛實際完成的自然需求與以自由流行駛所能完成自然需求之比為令其為ρi，Δt內平均每輛車消滅掉的自然需求為ρiΔt，未完成部分作為剩余需求轉移至i+1時刻，其分布相當于將沿u軸負方向平移ρiΔt，平移后中u≤0部分代表駛離路網的車輛，u>0部分代表未駛離路網的車輛，即時刻i遺留給時刻i+1的剩余需求，令其為如式(4)，和i+1時刻新上路車輛的自然需求分布共同構成了i+1時刻的總需求，其分布為P(u,i+1)，對應路網負荷r(i+1)r(i+1)＝∫P(u,i+1)du(6)將路網負荷代入式(2)可得i+1時刻的路網速度v(i+1)，根據式(4)可得剩余需求分布將與i+2時刻新上路車輛的自然需求相加可獲得總需求分布P(u,i+2)，式(7)代替式(4)給出了時刻i+1遺留給時刻i+2剩余需求的分布如此遞歸，可根據自然需求的聯合分布P(u,i)推導出路網負荷zi和路網速度vi交互演進的過程。另一方面，本專利技術提供了一種需求調控的一般性控制模型，所述模型通過上述方法建立得到，其輸入為新進入路網的車輛的自然需求聯合分布，輸出為對應的路網運行速度；新進入路網的車輛的自然需求分布與上一時刻的剩余需求分布相加得到當前時刻的總需求分布，對總需求分布積分得到當前時刻的路網負荷，根據路網負荷與路網速度的關系式得到當前時刻路網速度vi；根據當前時刻的路網速度得到留給下一時刻的剩余需求分布式中ρi為供給系數，vf為自由流速度；剩余需求分布與輸入的新進入路網的車輛的自然需求分布相加得到新時刻的總需求分布，進而得到相應的路網負荷及對應的路網速度；如此往復模擬了路網運行過程路網負荷ri和路網速度vi交互演進的過程。另一方面，本專利技術提供了一種上述需求調控的一般性控制模型在機動車出行需求對道路交通影響的分析中的應用，將新進入路網的車輛的自然需求分布按照需求調控的規則進行調整，然后輸入所述模型得到對應的路網速度的動態變化過程，通過對比調整前后的速度變化得到機動車出行需求對道路交通影響。與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于：本專利技術突破現有技術中需要對路網建模復雜性高、參數標定難、缺乏機理性分析的限制，將路網運行作為整，抽象出路網負荷、剩余需求等若干系統級要素，建立各要素相互影響的理論模型，分析在網車輛數影響路網運行效率，同時路網運行效率影響在網車輛數這一遞歸問題，并給出需求調控的一般性控制模型。附圖說明圖1為實際需求與自然需求關系圖；圖2為路網負荷與路網均速關系圖；圖3為需求與路網運行間互相影響動態模型；圖4為路網運行模型及應用的示意圖；圖5為模型推導全天路網運行速度與浮動車檢測結果對比圖；圖6a和圖6b分別為對應的路網負荷及路網運行速度的全天變化對比圖；圖7a和圖7b分別為錯峰出行對應的路網負荷及路網運行速度的全天變化對比圖；圖8a和圖8b分別為不同出行距離的控制對應的路網負荷及路網運行速度的全天變化對比圖。具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術作進一步詳細描述，但不作為對本專利技術的限定。在下述說明中，不同的“一實施例”或“實施例”指的不一定是同一實施例。此外，一或多個實施例中的特定特征、結構、或特點可由任何合適形式組合。本專利技術中涉及的術語解釋如下：自然需求：車輛以自由流速度完成行程所需時間，單位：小時。剩余需求：車輛在當前時刻未完成的自然需求，單位：小時?？傂枨螅寒斍皶r刻新產生的自然需求與之前時刻的剩余需求之和。路網負荷：同時在網車輛數，單本文檔來自技高網...

【技術保護點】
需求調控的一般性控制模型的建立方法，包括如下步驟：根據車輛的點火和熄火數據得到車輛每次出行行程的實際所需行駛時間，即行程的實際時間需求，及在路網中的行駛軌跡，根據已知的各路段的自由流速度推導，車輛以自由流速度完成行程所需要的時間，將其命名為自然需求；統計同一時間點在路網中的車輛數可得路網負荷；周期性計算路網負荷及對應的路網均速，得二者關系的散點圖，對散點進行擬合得路網負荷與路網速度的關系式：v＝h(r)???(1)其中r為路網負荷，v為路網均速；設在網車輛數z關于出發時間t及自然需求u的聯合分布為P(u,t)，將t軸以間隔Δt離散化，則P(u,t)變為P(u,i)；對于任意時刻i路網中的車輛均由兩部分組成：1)時刻i進入路網的車輛，2)時刻i之前進入路網但仍未離開路網的車輛；時刻i進入路網的車輛的自然需求分布

【技術特征摘要】
1.需求調控的一般性控制模型的建立方法，包括如下步驟：根據車輛的點火和熄火數據得到車輛每次出行行程的實際所需行駛時間，即行程的實際時間需求，及在路網中的行駛軌跡，根據已知的各路段的自由流速度推導，車輛以自由流速度完成行程所需要的時間，將其命名為自然需求；統計同一時間點在路網中的車輛數可得路網負荷；周期性計算路網負荷及對應的路網均速，得二者關系的散點圖，對散點進行擬合得路網負荷與路網速度的關系式：v＝h(r)(1)其中r為路網負荷，v為路網均速；設在網車輛數z關于出發時間t及自然需求u的聯合分布為P(u,t)，將t軸以間隔Δt離散化，則P(u,t)變為P(u,i)；對于任意時刻i路網中的車輛均由兩部分組成：1)時刻i進入路網的車輛，2)時刻i之前進入路網但仍未離開路網的車輛；時刻i進入路網的車輛的自然需求分布和時刻i之前進入路網但仍未離開路網的車輛以自由流速度行駛完剩余行程所需時間的分布，也即剩余需求分布，兩者之和構成了時刻i的總需求分布，需求變化與路網運行相互影響的遞歸過程如下：設時刻i開始有車輛進入路網，時刻i之前路網中無車輛，則時刻i路網負荷為具有不同自然需求車輛的總數代入式(1)可得對應的路網均速v(i)，v(i)＝h(r(i))(2)若路網以自由流速度vf運行，則在間隔Δt內平均每輛車消滅的自然需求為Δt；若v(i)達不到vf，則在Δt內車輛實際完成的自然需求與以自由流行駛所能完成自然需求之比為令其為ρi，Δt內平均每輛車消滅掉的自然需求為ρiΔt，未完成部分作為剩余需求轉移至i+1時刻，其分布相當于將沿u軸負方向平移ρiΔt，平移后中u≤0部分代表駛離路網的車輛，u>0部分代表未駛離路網的車輛，即時刻i遺留給時刻i+1的剩余需求，令其為如式(4)，

【專利技術屬性】
技術研發人員：張彭，張小松，雷方舒，郭繼孚，全永燊，
申請(專利權)人：北京交通發展研究中心，
類型：發明
國別省市：北京,11