一种混合交通路段上车辆流量计算方法

1.本发明涉及交通管理技术领域，尤其涉及一种混合交通路段上车辆流量计算方法。


背景技术：

2.由于多样的驾驶行为和不同的车辆类型，比如，自动驾驶车辆和人工驾驶车辆、小汽车和公交车，混合交通现象广泛存在于路段交通网络中。精确高效的宏观交通仿真模型是解决大规模的城市混合交通管理任务的基础，比如，交通状态推演、交通信号控制、交通排放估计和疏散交通规划。
3.多车种元胞传输模型(multiclasscell transmission model，mctm)凭借其兼具数值解析和宏观仿真的特性，逐渐发展为目前最流行的宏观交通仿真技术。比如，有学者开发了一种具有可变通行能力和反向激波速度的mctm，用于仿真人工驾驶车辆和自动驾驶车辆的混合交通。还有学者提出了一种新的多车种之间的横向和纵向交互规则，来描述路段通行能力分配并获得近似的混合交通流量估计，其中每一类车辆的运动遵循三角形速密关系。还有学者针对遵循可变速度限制的自动驾驶车辆和不遵循可变限速的其他车辆混合的交通环境，开发了刻画移动瓶颈行为的mctm。然而，上述mctm模型都采用快车的自由流速度或相同自由流速度划分路段为元胞网络，并加载混合交通，确保模型稳定性并避免复杂的计算。
4.上述现有技术中的mctm模型都无法准确刻画慢车的行为，比如，卡车的移动瓶颈效应。当采用统一尺寸的元胞网络时，自由流状态下慢车无法在一个的时间间隔内行驶一个元胞的距离(元胞过长或太短)，某些慢车可能会滞留在当前元胞，而且这些滞留的车辆被累积并形成“延迟流”现象，不同类型车辆的自由流速度差越大，慢车被延迟的时间就越长。此外，采用统一的大尺寸元胞时，在自由流交通状态下，慢车被转移并平均进入下游元胞。然而，假设一个时间间隔慢车和快车行驶相同的距离是不现实的。相当于一些慢车被人为加速。随着行驶距离的增加，这些慢车形成“激进流”。
5.这两个问题导致现有技术中的mctm无法准确评估混合交通流的元胞占用率和旅行时间，难以处理复杂的混合交通管理任务。而混合交通管理控制任务普遍存在，急需提出新的交通流建模技术。


技术实现要素：

6.本发明的实施例提供了一种混合交通路段上车辆流量计算方法，以实现对路段的混合交通状态进行有效的推演和控制管理。
7.为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
8.一种混合交通路段上车辆流量计算方法，包括：
9.根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，将所述路段等效为各种类型的元胞网络链路；
10.将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络链路中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度；
11.确定不同类型的车辆之间的转换系数，利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量。
12.优选地，所述的根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，将所述路段等效为各种类型的元胞网络链路，包括：
13.设定路段混合交通由小汽车和卡车组成，根据小汽车和卡车的自由流速度定义路段上的长度较大和长度较小的元胞网络，单一车种的元胞网络长度为自由流速度乘以单位时间间隔，小汽车在长度较大的元胞网络中行驶，卡车在长度较小的元胞网络中行驶，将所述路段等效为长度较大的元胞网络链路或者长度较小的元胞网络链路，所有类型的元胞网络链路构成所述路段的多层元胞网络。
14.优选地，所述的将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络链路中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度，包括：
15.设小汽车和卡车的车辆类型分别标记为m＝1和m＝2，小汽车的速度为v1，卡车的速度为v2，v1》v2，每类交通流的参数包括自由流速度vm、冲击波速度wm、临界密度堵塞密度和最大流率假设路段长度为l、模拟时间范围t和时间间隔τ，指定的m类元胞的车辆混合密度表示为其中表示时间间隔t元胞i内的m类车辆的实际密度，表示时间间隔t元胞i内的其他类车辆的投影密度；
16.将长度为l的路段根据给定的车辆自由流速度比v1/v2被划分为nk1个长度较大的元胞或者nk2个长度较小的元胞，k1《k2；k1/k2是的最小整数比，公共因子n是投影元胞的数量，密度投影公式包括长度较大的元胞内卡车的投影密度，即长度较小的元胞内小汽车的投影密度，即
17.在长度较小的元胞网络，元胞i的投影边界定义为b和c，分别位于长度较小的元胞边界[a,a+1]和[d,d+1]之间，a和d表示长度较小的元胞上边界的索引，并从1开始编码；
[0018][0019]
其中，其中，表示向下取整；
[0020]
将长度较小的元胞j的投影边界定义为e和g，分别由一个长度较大的元胞[f-1,f]或两个相邻的元胞[f-1,f]和[f,f+1]所包含，f表示长度较大的元胞边界的索引，从1开始编码；
[0021]
[0022][0023]
其中，其中，表示向下取整。
[0024]
优选地，所述的确定不同类型的车辆之间的转换系数，利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量，包括：
[0025]
计算长度较大的元胞网络内的车辆流量的过程包括：
[0026]
定义卡车转换为小汽车的转换系数如下：
[0027][0028]
l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，即车辆长度加相邻车辆的最小安全间距；
[0029]
定义一个分数项来描述不同类型车辆的流量传输率，根据当前元胞i在时间间隔t的车辆混合密度状态则小汽车流量传输率表示为：
[0030][0031]
从元胞i到元胞i+1的小汽车流量遵循单车种元胞传输模型的分段线性函数，如下所示：
[0032][0033]
令得到：
[0034][0035]
其中，表示从元胞i到元胞i+1小汽车流量在时间间隔t；表示在时间间隔t元胞i内小汽车车辆数；和分别表示小汽车在当前元胞i和下游元胞i+1的通讯能力；表示元胞i的最大容量在时间间隔t；表示密度投影之后元胞i内总的小汽车数量,小汽车的流量取决于三个因素：在时间间隔t，当前元胞i内的实际车辆数小汽车传输率以及下游元胞i+1的剩余空间；
[0036]
基于如下的流量守恒方程更新小汽车元胞的状态：
[0037][0038]
其中，表示在时间间隔t+1内当前元胞i内的实际车辆数，进而可以计算出时间间隔t+1内当前元胞i内的车辆流量；
[0039]
计算长度较小的元胞网络内的车辆流量的过程包括：
[0040]
定义小汽车转换为卡车的转换系数如下：
[0041][0042]
l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，即车辆长度加相邻车辆的最小安全间距；
[0043]
定义一个分数项来描述不同类型车辆的流量传输率，根据当前元胞j在时间间隔t的车辆混合密度状态则卡车流量传输率表示为：
[0044][0045][0046][0047]
其中，表示在时间间隔t从元胞j到元胞j+1的卡车流量,表示在时间间隔t元胞j内卡车的车辆数，和分别是元胞j的最大通行能力和最大容量；在时间间隔t元胞j内卡车的流量传输率密度投影后元胞j内总的卡车数量
[0048]
将路段上所有元胞网络内的小汽车和卡车流量进行综合，得到整个路段上的混合交通流量。
[0049]
由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例提出了一种模拟混合交通流的多层多车种元胞传输方法，该方法基于不同的自由流速度定义不同的元胞长度。在该方法中，每一类车辆都在自己的元胞网络中行驶，密度相互投影方法被用来描述不同类型车辆的相互作用。该方法完全消除了传统模型的两个缺陷。
[0050]
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0051]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本
领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0052]
图1为本发明实施例提供的一种小汽车和卡车混合交通场景示意图；
[0053]
图2为本发明实施例提供的一种混合交通路段上车辆流量计算方法的处理流程图；
[0054]
图3为本发明实施例提供的一种小汽车和卡车混合速度密度关系示意图；
[0055]
图4为本发明实施例提供的一种投影单元示意图；
[0056]
图5为本发明实施例提供的一种投影关系示意图。
具体实施方式
[0057]
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
[0058]
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
[0059]
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
[0060]
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。
[0061]
图1为本发明实施例提供的一种小汽车和卡车混合交通场景示意图，如图1所示。基于经典的元胞传输模型(cell transmission model，ctm)的传输规则，定义了车辆等价转换系数和流量传播规则，每一类车辆的流量取决于当前元胞车辆数、通行能力和下游元胞剩余空间。根据上述思路，本发明实施例提供的一种混合交通路段上车辆流量计算方法的处理流程如图2所示，包括如下的处理步骤：
[0062]
步骤s1：根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，所有类型元胞网络的构成上述路段的多层元胞网络。
[0063]
首先，设定模型假设条件
[0064]
本发明的具体目的是更加准确地模拟不同车速车辆构成的混合交通流，本发明在如下描述的前提下进行实施：
[0065]
(1)不同类型的车辆均匀分布在多尺寸元胞中，可以根据元胞密度计算车辆数。
[0066]
(2)每种车辆类别具有相同的车辆属性和驾驶行为，忽略驾驶行为的异质性和随
机性。
[0067]
(3)每一类车辆的流量密度关系分别遵循三角形基本图。
[0068]
为了方便说明，假设路段混合交通由小汽车和卡车组成，图3为本发明实施例提供的一种小汽车和卡车混合速度密度关系示意图，如图3所示。小汽车和卡车的车辆类型分别标记为m＝1和m＝2。每类交通流都遵循三角形基本图，参数包括自由流速度vm、冲击波速度wm、临界密度堵塞密度和最大流率
[0069]
假设路段长度为l、模拟时间范围t和时间间隔τ，单一车种元胞传输模型的元胞长度计算为自由流速度乘以单位时间间隔。对于两种车辆混合的情况，可以使用三种元胞划分方法(m1、m2和m3)：
[0070]
m1表示基于快速小汽车的自由流动速度的划分元胞网络。然而，在自由流条件下，速度较慢的卡车不能在一个时间间隔内通过一个元胞，从而导致“延迟流”和“激进流”现象。
[0071]
m2表示基于速度较慢的卡车的自由流动速度划分元胞网络。在这种情况下，快速小汽车违反了元胞传输模型的稳定性条件，即在自由流动条件下，车辆不能在一定时间间隔内跨越一个元胞。
[0072]
m3方法基于不同的自由流速度划分多层多尺寸的元胞网络，包括小汽车使用的长度较大的元胞网络和卡车使用的长度较小的元胞网络，该方法完全克服了m1和m2的缺点。在该方法中，定义了投影密度和密度投影公式来描述多层多尺寸元胞内的多车种车辆的相互作用。
[0073]
将上述路段等效为长度较大的元胞网络链路或者长度较小的元胞网络链路，所有类型的元胞网络链路构成所述路段的多层元胞网络。
[0074]
步骤s2：将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度。
[0075]
指定的m类元胞的车辆混合密度表示为其中表示时间间隔t元胞i内的m类车辆的实际密度，t表示时间间隔t元胞i内的其他类车辆(不包括m类车辆)的投影密度。基于假设1和密度互投影公式唯一地确定投影密度。
[0076]
长度为l的路段根据给定的车辆自由流速度比v1/v2(v1》v2)，被划分为nk1个长度较大的元胞或者nk2个长度较小的元胞。这里，个长度较小的元胞。这里，是的最小整数比，公共因子n是投影元胞的数量。图4为本发明实施例提供的一种投影单元示意图，如图4所示，每个投影单元的密度投影公式是相同的，但元胞索引随着投影单元不同而变化。例如，在第一个投影单元，密度投影公式由两部分组成：长度较大的元胞内卡车的投影密度，即以及长度较小的元胞内小汽车的投影密度，即以及长度较小的元胞内小汽车的投影密度，即
[0077]
为了计算我们需要确定长度较大的元胞i覆盖的长度较小的元胞的位置和数量。图5为本发明实施例提供的一种投影关系示意图，如图5(a)所示。在长度较小的元胞网
络，元胞i的投影边界定义为b和c，分别位于长度较小的元胞边界[a,a+1]和[d,d+1]之间。注意，a和d表示长度较小的元胞上边界的索引，并从1开始编码。因此，从长度较小的元胞到长度较大的元胞的密度投影公式表示为：
[0078][0079]
其中，其中，表示向下取整。一个长度较大的元胞可以覆盖或个长度较小的元胞。例如，当k1/k2＝3/5,第一个长度较大的元胞覆盖了第一个和第二个长度较小的元胞的一部分；但第二长度较大的元胞覆盖了第三个长度较小的元胞以及第二和第四个长度较小的元胞的一部分。
[0080]
为了计算我们将长度较小的元胞j的投影边界定义为e和g，分别由一个长度较大的元胞[f-1,f]或两个相邻的元胞[f-1,f]和[f,f+1]所包含，如图5(b)所示。注意，f表示长度较大的元胞边界的索引，从1开始编码。因此，从长度较大的元胞到长度较小的元胞的密度投影公式表示为：
[0081][0082][0083]
其中，其中，表示向下取整。一个长度较小的元胞可以包含一个或两个长度较大的元胞。例如，当k1/k2＝3/5，第一个长度较小的元胞包含在第一个长度较大的元胞中，但第二个长度较小的元胞则对应着第一和第二个大细胞的一部分。
[0084]
步骤s3、确定不同类型的车辆之间的转换系数，利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量。
[0085]
在现有的混合交通建模方法中，多种类型的车辆通常被转换为标准小汽车。本发明采用类似的方法来计算每一类车辆的传输比例和下游的元胞剩余空间。转换系数ψm随着参考车辆类型不同而变化。当计算小汽车流量时，所有卡车都转换为小汽车，并投影到长度较大的元胞网络中。当计算卡车流量时，需要把所有的小汽车转换为卡车，并投影到长度较小的元胞网络中。使用密度互投影公式，我们给出了所有多尺寸元胞的新车辆混合密度状态
[0086]
下面说明小汽车流量计算过程：
[0087]
首先，定义卡车转换为小汽车的转换系数如下：
[0088]
[0089]
其中，l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，包括车辆长度和最小安全距离，可以通过参数校准获得。
[0090]
定义了一个分数项来描述不同类型车辆的流量传输率。根据当前元胞i在时间间隔t的车辆混合密度状态流量传输率表示为：
[0091][0092]
从元胞i到元胞i+1的小汽车流量遵循单车种元胞传输模型(ctm)的分段线性函数，如下所示：
[0093][0094]
令可得
[0095][0096]
其中，表示从元胞i到元胞i+1小汽车流量在时间间隔t；表示在时间间隔t元胞i内小汽车车辆数；和分别表示小汽车在当前元胞i和下游元胞i+1的通讯能力；表示元胞i的最大容量在时间间隔t。表示密度投影之后元胞i内总的小汽车数量,因此，小汽车的流量取决于三个因素：在时间间隔t，当前元胞i内的实际车辆数小汽车传输率以及下游元胞i+1的剩余空间。
[0097]
最后，基于如下的流量守恒方程更新小汽车元胞的状态：
[0098][0099]
表示在时间间隔t+1内当前元胞i内的实际车辆数，进而可以计算出时间间隔t+1内当前元胞i内的车辆流量。
[0100]
类似地，在长度较小的元胞网络中，通过小汽车转换为卡车的转换系数和卡车的传输比率来计算卡车流量。
[0101]
定义小汽车转换为卡车的转换系数如下：
[0102][0103]
l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，定义一个分数项来描述不同类型车辆的
流量传输率，根据当前元胞j在时间间隔t的车辆混合密度状态流量传输率表示为：
[0104][0105][0106][0107]
其中，表示在时间间隔t从元胞j到元胞j+1的卡车流量,表示在时间间隔t元胞j内卡车的车辆数，和分别是元胞j的最大通行能力和最大容量；在时间间隔t元胞j内卡车的流量传输率密度投影后元胞j内总的卡车数量
[0108]
步骤s4、将路段上所有元胞网络内的小汽车和卡车流量进行综合，得到整个路段上的混合交通流量。
[0109]
仿真模拟流程
[0110]
基于上述对2种车辆混合场景的分析，下面给出一般化的混合交通计算公式(m≥3)。定义车辆类别集合m＝{1,2,
…
,m}，自由流速度集合v＝{v1,v2,
…
,vm}，有效车辆长度集合l＝{l1,l2,
…
,lm}。其中第1级车辆的自由流速度最快，第m级为最慢车辆。基于自由流速度比，可以确定多尺寸元胞网络。在每个元胞中，第m类元胞的数量nm满足如下比例关系：
[0111][0112]
其中{n1:n2:
…
:nm}是不能从中提取公共因子的最小正整数组数组。
[0113]
密度互投影矩阵表示为p，第m类车辆的实际密度矩阵和其他m-1类车辆的投影密度矩阵分别表示为x和则多车种的密度相互投影方法表示为：
[0114][0115]
对于第m类的元胞网络，其他m-1类车辆等效投影到其中：
[0116][0117]
其中，是第m-1类车辆的投影密度矩阵，表示为
则第m类的元胞网络的新车辆混合密度状态表述为：
[0118][0119]
给定车辆等效转换矩阵ψm×1＝[ψ1,ψ2,...,ψm,...,ψm]
t
，可得元胞被占用空间矩阵
[0120]
因此，第m类车辆的流量传输比表述为：
[0121][0122]
其中，是第m类车辆的元胞中m类车辆的数量矩阵，是第m类车辆的元胞中m类车辆的数量矩阵，是第m类车辆的元胞中m类车辆的数量矩阵，表示矩阵乘法的逆。对于第m类车辆，该模型的通用矩阵形式描述如下：
[0123][0124][0125]
其中，和是元胞最大通行能力和元胞最大容量。和车辆数矩阵和和传输流量矩阵波动因子为
[0126]
下面给出本发明模型的仿真流程说明。
[0127]
表1基于mmctm的混合交通仿真流程
[0128]
输入:车辆类型m，自由流速度vm，反向激波速度wm，车辆有效长度lm，元胞的通行能力qm，元胞的最大容量nm，仿真总时间阈t，多层多尺寸元胞网络cm，密度相互投影单元k
[0129]
初始化:不同类型元胞内多车种车辆的数量和流量变量初始化:不同类型元胞内多车种车辆的数量和流量变量多车种车辆的等效转换系数ψm，多车种车辆的流量传输比例仿真边界条件。
[0130]
主函数:
[0131]
[0132][0133]
输出:
[0134]
综上所述，本发明实施例考虑了不同车辆的自由流速度的差异性，消除了慢速车辆的“延迟流”和“激进流”现象，提供了混合交通状态模拟精度；本发明提出了多层多尺寸元胞划分方法和密度投影公式，其可拓展性强，适用于更复杂的混合交通状况。
[0135]
本发明属于宏观交通模型，但能够捕获慢车的移动瓶颈效应及其他交通动力学特性，进一步可用于路段混合交通状态推演、混合交通信号控制和混合交通灾害疏散等任务。
[0136]
本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。
[0137]
通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0138]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0139]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种混合交通路段上车辆流量计算方法，其特征在于，包括：根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，将所述路段等效为各种类型的元胞网络链路；将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络链路中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度；确定不同类型的车辆之间的转换系数，利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，将所述路段等效为各种类型的元胞网络链路，包括：设定路段混合交通由小汽车和卡车组成，根据小汽车和卡车的自由流速度定义路段上的长度较大和长度较小的元胞网络，单一车种的元胞网络长度为自由流速度乘以单位时间间隔，小汽车在长度较大的元胞网络中行驶，卡车在长度较小的元胞网络中行驶，将所述路段等效为长度较大的元胞网络链路或者长度较小的元胞网络链路，所有类型的元胞网络链路构成所述路段的多层元胞网络。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络链路中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度，包括：设小汽车和卡车的车辆类型分别标记为m＝1和m＝2，小汽车的速度为v1，卡车的速度为v2，v1>v2，每类交通流的参数包括自由流速度v
m
、冲击波速度w
m
、临界密度堵塞密度和最大流率假设路段长度为l、模拟时间范围t和时间间隔τ，指定的m类元胞的车辆混合密度表示为其中表示时间间隔t元胞i内的m类车辆的实际密度，表示时间间隔t元胞i内的其他类车辆的投影密度；将长度为l的路段根据给定的车辆自由流速度比v1/v2被划分为nk1个长度较大的元胞或者nk2个长度较小的元胞，k1/k2是的最小整数比，公共因子n是投影元胞的数量，密度投影公式包括长度较大的元胞内卡车的投影密度，即长度较小的元胞内小汽车的投影密度，即在长度较小的元胞网络，元胞i的投影边界定义为b和c，分别位于长度较小的元胞边界[a,a+1]和[d,d+1]之间，a和d表示长度较小的元胞上边界的索引，并从1开始编码；其中，其中，表示向下取整；将长度较小的元胞j的投影边界定义为e和g，分别由一个长度较大的元胞[f-1,f]或两
个相邻的元胞[f-1,f]和[f,f+1]所包含，f表示长度较大的元胞边界的索引，从1开始编码；1,f]和[f,f+1]所包含，f表示长度较大的元胞边界的索引，从1开始编码；其中，其中，表示向下取整。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的确定不同类型的车辆之间的转换系数，利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量，包括：计算长度较大的元胞网络内的车辆流量的过程包括：定义卡车转换为小汽车的转换系数如下：l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，即车辆长度加相邻车辆的最小安全间距；定义一个分数项来描述不同类型车辆的流量传输率，根据当前元胞i在时间间隔t的车辆混合密度状态则小汽车流量传输率表示为：从元胞i到元胞i+1的小汽车流量遵循单车种元胞传输模型的分段线性函数，如下所示：令得到：其中，表示从元胞i到元胞i+1小汽车流量在时间间隔t；表示在时间间隔t元胞i内小汽车车辆数；和分别表示小汽车在当前元胞i和下游元胞i+1的通讯能力；表示元胞i的最大容量在时间间隔t；表示密度投影之后元胞i内总的小汽
车数量,小汽车的流量取决于三个因素：在时间间隔t，当前元胞i内的实际车辆数小汽车传输率以及下游元胞i+1的剩余空间；基于如下的流量守恒方程更新小汽车元胞的状态：其中，表示在时间间隔t+1内当前元胞i内的实际车辆数，进而可以计算出时间间隔t+1内当前元胞i内的车辆流量；计算长度较小的元胞网络内的车辆流量的过程包括：定义小汽车转换为卡车的转换系数如下：l1和l2是小汽车和卡车的有效长度，即车辆长度加相邻车辆的最小安全间距；定义一个分数项来描述不同类型车辆的流量传输率，根据当前元胞j在时间间隔t的车辆混合密度状态则卡车流量传输率表示为：则卡车流量传输率表示为：则卡车流量传输率表示为：其中，表示在时间间隔t从元胞j到元胞j+1的卡车流量,表示在时间间隔t元胞j内卡车的车辆数，和分别是元胞j的最大通行能力和最大容量；在时间间隔t元胞j内卡车的流量传输率密度投影后元胞j内总的卡车数量将路段上所有元胞网络内的小汽车和卡车流量进行综合，得到整个路段上的混合交通流量。

技术总结
本发明提供了一种混合交通路段上车辆流量计算方法。该方法包括：根据各种类型车辆的自由流速度定义路段上的不同长度的元胞网络，指定类别的车辆在指定长度的元胞网络中行驶，将不同类别的车辆使用密度投影公式等效地互相投影到各种不同长度的元胞网络链路中，计算出在指定时间间隔内每个元胞网络内的车辆混合密度；利用不同类型的车辆之间的转换系数和元胞网络内的车辆混合密度，计算出每个元胞网络的流量传输率，根据元胞网络的流量传输率计算出每个元胞网络在指定时间间隔内的车辆流量。本发明考虑了不同车辆的自由流速度的差异性，消除了慢速车辆的“延迟流”和“激进流”现象，以实现对路段的混合交通流进行有效的状态推演和控制管理。推演和控制管理。推演和控制管理。


技术研发人员：贾斌 刘家林 姜锐 刘正 王辉 高自友
受保护的技术使用者：北京交通大学
技术研发日：2023.04.03
技术公布日：2023/8/1