本發(fā)明涉及交通仿真模擬，尤其是一種基于sumo的高速公路改擴(kuò)建仿真場(chǎng)景構(gòu)建及其疏散救援決策方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、近期，我國(guó)交通智能化水平持續(xù)提升，互聯(lián)網(wǎng)與交通的深度融合加速推進(jìn)，智能交通已成為國(guó)內(nèi)智慧城市發(fā)展的關(guān)鍵組成部分。為了降低測(cè)試的時(shí)間和成本，避免現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)，提升測(cè)試與優(yōu)化效率，數(shù)字孿生技術(shù)在智能交通系統(tǒng)中被廣泛采用。以數(shù)字孿生為基礎(chǔ)的交通仿真技術(shù)迅速發(fā)展。此外，隨著仿真模擬技術(shù)在交通領(lǐng)域的持續(xù)深入應(yīng)用，通過構(gòu)建復(fù)雜仿真場(chǎng)景并進(jìn)行模擬分析，為實(shí)際交通管理與控制方案提供了決策依據(jù)。本發(fā)明以高速公路改擴(kuò)建道路為場(chǎng)景，研究此場(chǎng)景下的救援與疏散方案決策，結(jié)合二維交通仿真軟件sumo進(jìn)行場(chǎng)景構(gòu)建與數(shù)據(jù)分析，致力于研發(fā)一種高速公路改擴(kuò)建期間的救援疏散決策方法。

2、在先前大量的研究資料中，尚未針對(duì)高速公路改擴(kuò)建期間的救援與疏散有較為系統(tǒng)的研究，缺乏針對(duì)不同場(chǎng)景下的方案決策依據(jù)，部分研究提出的方案并未通過科學(xué)手段進(jìn)行驗(yàn)證，無法保證提出方案的有效性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種基于sumo的高速公路改擴(kuò)建仿真場(chǎng)景構(gòu)建及其疏散救援決策方法及系統(tǒng)，通過構(gòu)建方案決策模型，根據(jù)輸入交通流參數(shù)，判斷當(dāng)前交通狀態(tài)下合適的救援以及疏散方案，達(dá)到改擴(kuò)建期間事故快速救援與疏散，有效恢復(fù)正常交通流運(yùn)行狀態(tài)。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于sumo的高速公路改擴(kuò)建仿真場(chǎng)景構(gòu)建及其疏散救援決策方法，包括如下步驟：

3、步驟1、基于高速公路改擴(kuò)建期間的救援與疏散路線方案，結(jié)合交通流運(yùn)行參數(shù)建立動(dòng)態(tài)的方案組合決策模型；

4、步驟2、采用sumo仿真軟件進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建期間的交通仿真，模擬在交通事故狀態(tài)下的改擴(kuò)建路段交通運(yùn)行狀態(tài)；

5、步驟3、在改擴(kuò)建仿真中實(shí)現(xiàn)多個(gè)救援及疏散路線，收集仿真數(shù)據(jù)并對(duì)決策模型進(jìn)行回歸擬合，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果并驗(yàn)證決策模型的有效性。

6、進(jìn)一步的，步驟1中，基于高速公路改擴(kuò)建期間的救援與疏散路線方案，結(jié)合交通流運(yùn)行參數(shù)建立動(dòng)態(tài)的方案組合決策模型具體包括如下步驟：

7、步驟11、分析高速公路改擴(kuò)建期的事故場(chǎng)景下的常規(guī)救援路線，結(jié)合路段實(shí)際情況，確定可行救援路線，使救援車輛通過高速公路上游、下游最近的互通立交駛?cè)敫咚俟返诌_(dá)事故現(xiàn)場(chǎng)；

8、步驟12、分析事故場(chǎng)景救援實(shí)施后的常規(guī)車輛疏散路線，結(jié)合救援實(shí)際情況，確定可行疏散路線，使滯留的社會(huì)車輛快速離開事故現(xiàn)場(chǎng)；

9、步驟13、建立決策回歸模型，當(dāng)事故發(fā)生并阻塞單方向全部交通時(shí)，根據(jù)事故發(fā)生時(shí)的交通狀態(tài)指標(biāo)，計(jì)算不同疏散路線和救援路線所需的救援時(shí)間和道路恢復(fù)時(shí)間，確定最優(yōu)的救援路線和疏散路線的匹配方案。

10、進(jìn)一步的，步驟13中，建立決策回歸模型具體為：

11、vij＝βij,0+βij.1xij,2+βij,3xij,4+...+βij,nxij,n+ε

12、

13、其中，xij,1,xij,2,...,xij,n是自變量xij的n個(gè)特征分量矩陣；和為預(yù)測(cè)值，均由回歸模型計(jì)算得到；vij和cij為真實(shí)值，均由前期大量仿真數(shù)據(jù)得到；和是所有真實(shí)值的平均值；βij,0,βij,1,...,βij,n和γij,0,γij,1,...,γij,n是模型參數(shù)向量，每個(gè)分量為每種疏散路線和救援路線組合的參數(shù)，作為優(yōu)化對(duì)象；下標(biāo)ij表示第i種疏散方案搭配第j種救援方案。

14、進(jìn)一步的，步驟2中，采用sumo仿真軟件進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建期間的交通仿真，模擬在交通事故狀態(tài)下的改擴(kuò)建路段交通運(yùn)行狀態(tài)具體包括如下步驟：

15、步驟21、搭建sumo仿真環(huán)境，基于地圖數(shù)據(jù)庫(kù)截取高速公路路段導(dǎo)入sumo，根據(jù)改擴(kuò)建區(qū)域的實(shí)際情況利用sumo的netedit接口對(duì)仿真路段屬性進(jìn)行修改，關(guān)閉應(yīng)急車道并添加擴(kuò)建道路，收集高速公路改擴(kuò)建區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括交通流量與車輛速度，搭建基本仿真環(huán)境；

16、步驟22、根據(jù)緊急救援與事故情況，確定緊急救援點(diǎn)和救援車輛的數(shù)量，將緊急救援點(diǎn)和救援車輛的信息添加到仿真環(huán)境中，應(yīng)用路徑搜索算法在道路網(wǎng)絡(luò)中搜索從緊急救援點(diǎn)到疏散點(diǎn)的最短路徑，并對(duì)搜索得到的路徑進(jìn)行評(píng)估，考慮道路擁堵情況、車輛行駛速度因素，計(jì)算路徑的可行性和效率；

17、步驟23、進(jìn)行仿真場(chǎng)景預(yù)熱，并設(shè)置事故點(diǎn)位置，模擬事故發(fā)生并施行相關(guān)管控措施；

18、步驟24、根據(jù)高速公路改擴(kuò)建區(qū)域特點(diǎn)，為了保持和正常通行條件一致，搭建特殊仿真道路與特殊行駛路線，分別在仿真道路內(nèi)側(cè)設(shè)置反向應(yīng)急車道，且設(shè)置該車道的開啟條件為對(duì)應(yīng)正向車道上無車輛即所有車輛都完成疏散。

19、進(jìn)一步的，步驟3中，在改擴(kuò)建仿真中實(shí)現(xiàn)多個(gè)救援及疏散路線，收集仿真數(shù)據(jù)并對(duì)決策模型進(jìn)行回歸擬合，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果并驗(yàn)證決策模型的有效性具體包括如下步驟：

20、步驟31、通過給定擁堵車輛行駛的疏散路線，對(duì)事故點(diǎn)車輛進(jìn)行疏散，并對(duì)上下游互通車流進(jìn)行控制，模擬疏散過程，通過給定救援車輛數(shù)量與行駛路線，模擬緊急救援過程；

21、步驟32、等待道路恢復(fù)通暢結(jié)束仿真，同步收集仿真數(shù)據(jù)，包括緊急救援時(shí)間、疏散時(shí)間、車輛擁堵情況；根據(jù)對(duì)向車道雙向通行、中央分隔帶掉頭、雙向簡(jiǎn)短放行三種場(chǎng)景，對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析和評(píng)估；

22、步驟33、對(duì)仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗，處理缺失值和異常值，并進(jìn)行歸一化及降維處理；

23、步驟34、根據(jù)得到的仿真數(shù)據(jù)對(duì)回歸模型進(jìn)行擬合，采用最小二乘法來建立線性回歸預(yù)測(cè)模型，在不同條件下得出多組救援時(shí)間和道路交通恢復(fù)時(shí)間，得到最佳的線性回歸函數(shù)；

24、步驟35、對(duì)建立的回歸模型進(jìn)行評(píng)估，并在仿真環(huán)境中對(duì)決策模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，在給定的事故場(chǎng)景下，收集事故場(chǎng)景道路交通運(yùn)行指標(biāo)，輸入決策模型得出方案決策結(jié)果，并在仿真場(chǎng)景中進(jìn)行測(cè)試，與其他方案組合總時(shí)間指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

25、進(jìn)一步的，步驟31中，通過給定擁堵車輛行駛的疏散路線，對(duì)事故點(diǎn)車輛進(jìn)行疏散，并對(duì)上下游互通車流進(jìn)行控制，模擬疏散過程，通過給定救援車輛數(shù)量與行駛路線，模擬緊急救援過程具體包括如下步驟：

26、步驟311、確定路線初始條件，設(shè)定救援車輛和緊急疏散點(diǎn)，在route.rou.xml中定義救援車輛的id和緊急疏散點(diǎn)的位置；初始化路線信息，為每輛救援車輛配置初始路線，這些路線基于預(yù)先設(shè)定的交通網(wǎng)絡(luò)和可行行駛路徑；

27、步驟312、采用traci接口啟動(dòng)仿真，通過循環(huán)執(zhí)行每個(gè)仿真步驟，反復(fù)執(zhí)行直至達(dá)到設(shè)定的條件或完成救援/疏散，并在仿真過程中根據(jù)實(shí)時(shí)交通情況和路網(wǎng)狀態(tài)動(dòng)態(tài)調(diào)整救援車輛的行進(jìn)路線；

28、步驟313、對(duì)車輛行駛設(shè)定進(jìn)行修改，避免車輛因遇到擁堵區(qū)域或事故現(xiàn)場(chǎng)的繞行；

29、步驟314、通過監(jiān)測(cè)救援車輛到達(dá)關(guān)鍵道路節(jié)點(diǎn)的情況，判斷是否需要調(diào)整路線，如果救援車輛接近事故現(xiàn)場(chǎng)，需要根據(jù)設(shè)定救援路線調(diào)整進(jìn)一步的行駛路徑，即選擇上行正向救援，下行正向救援與下行逆向救援中的一種進(jìn)行行駛；

30、步驟315、當(dāng)仿真運(yùn)行到設(shè)定的步長(zhǎng)時(shí)開始進(jìn)行疏散仿真，在事故路段前的edge上的車輛按照疏散路線進(jìn)行行駛；

31、步驟316、待救援車輛駛離事故edge，車輛在事故edge上行駛，仿真正常運(yùn)行至步長(zhǎng)結(jié)束。

32、相應(yīng)的，一種基于sumo的高速公路改擴(kuò)建仿真場(chǎng)景構(gòu)建及其疏散救援決策系統(tǒng)，包括：模型建立模塊、交通仿真模塊和結(jié)果驗(yàn)證模塊；模型建立模塊基于高速公路改擴(kuò)建期間的救援與疏散路線方案，結(jié)合交通流運(yùn)行參數(shù)建立動(dòng)態(tài)的方案組合決策模型；交通仿真模塊采用sumo仿真軟件進(jìn)行高速公路改擴(kuò)建期間的交通仿真，模擬在交通事故狀態(tài)下的改擴(kuò)建路段交通運(yùn)行狀態(tài)；結(jié)果驗(yàn)證模塊在改擴(kuò)建仿真中實(shí)現(xiàn)多個(gè)救援及疏散路線，收集仿真數(shù)據(jù)并對(duì)決策模型進(jìn)行回歸擬合，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果并驗(yàn)證決策模型的有效性。

33、本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明聚焦于高速公路改擴(kuò)建場(chǎng)景下的救援與疏散決策，構(gòu)建了高速公路改擴(kuò)建仿真場(chǎng)景，并基于仿真場(chǎng)景中的交通流參數(shù)進(jìn)行回歸決策模型的擬合，有效找出事故場(chǎng)景下最優(yōu)的救援與疏散方案，幫助交通流恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)，并對(duì)方案及決策進(jìn)行了仿真驗(yàn)證，說明了決策方法的有效性；本發(fā)明側(cè)重于動(dòng)態(tài)化的體系框架，兼容性高，可以對(duì)多種狀態(tài)下的改擴(kuò)建事故場(chǎng)景提供救援疏散決策，有效提高救援效率并減少事故對(duì)交通的影響。