(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210662729.X (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 上海理工大 学 地址 200000 上海市杨 浦区军工路516号 (72)发明人 姚佼　赵靖　鲍雨婕　何家平　 韩印　王嘉文　李俊杰　李佳洋　 陈信　吴秀荣　谢贝贝　张聪　 王银　王祯琦　 (74)专利代理 机构 武汉智新达知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 42272 专利代理师 刘川 (51)Int.Cl. G08G 1/01(2006.01) G08G 1/048(2006.01) G08G 1/052(2006.01)G08G 1/16(2006.01) G06F 30/20(2020.01) (54)发明名称 一种雾天环境下基于CA-SIR模型的高速公 路拥挤传播方法 (57)摘要 本发明涉及高速公路交通流运行状态技术 领域， 且公开了一种在雾天环境下基于CA ‑SIR (CA‑SIR， Cellular  Automata ‑Susceptible, Infected,Removed， 元胞自动机 ‑传染病)模型的 高速公路拥挤传播方法， 包括以下步骤： 1)、 2)、 3)、 4)、 5)、 6)、 7)。 该雾天环境下的高速公路拥挤 传播方法， 通过充分考虑雾天环 境下不同能见度 对交通流影 响的差异， 在结合不同能见度对驾驶 视距和交通拥挤的影响的基础上， 建立雾天环境 下的车辆 换道规则和制动概率， 标定高速公路拥 挤传播的关键参数， 实现定量分析雾天环境下不 同能见度对高速公路交通流影 响， 由不同能见度 下的车辆速度特性得出高速公路拥挤传播各时 间点的拥挤车辆演化发展， 达到了完成雾天环境 下不同能见度的高速公路交通拥挤传播机理研 究的目标。 权利要求书3页 说明书7页 附图5页 CN 115394073 A 2022.11.25 CN 115394073 A 1.一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于， 包括以下 步骤： 1)、 分析在雾天环境不同能见度下的元胞CA模型设置， 将所述元胞CA模型设置的目标 分为三个： 以高速公路三车道模型为基础， 设定元胞(cell， 1cell＝5m)数量及场景车道长 度、 以高速公路上行驶的限速要求规定模型车辆最大车速(cell/s)、 以各能见度下限速条 件设定元 胞自动机模型中的限速； 2)、 分析不同能见度 下的场景分类问题， 将场景分类阶段的目标分为两个： 以雾天能见 度计算驾驶员可视距离、 以不同能见度下最小行 车车距判定场景分类标准； 3)建立轻雾、 中雾、 大雾能见度下场景一的跟驰换道规则： dt,i表示t时刻第i辆车受到前车影响， 可能会进行换道； dt,i,front为t时刻第i辆车与相 邻车道上最近前车的距离(cell)； dt,i,back为t时刻第i辆车与相邻车道上最近后车的距离 (cell)； rand()为0到1之间 的随机数； vt,i表示t时刻第i辆车的速度(cell/s)； dsafe表示最 小安全距离； vt,i,back为t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的速度(cell/s)； αn· vmax,i,back为第n种能见度下t时刻相邻车道上与第i辆车最近后车的最大速度(cell/s)； Pchange为车辆的换道概 率,取0.41(轻雾)、 0.23(中雾)、 0.14(大雾)。 4)、 建立浓雾能见度下场景二的随机制动概 率： Δvt,i,other＝min(vt,i‑vt,i+1,other) 随机制动概率Pbrake的取值受到相邻车道车辆的影响； P0表示浓雾环境下不受相邻车道 影响的车辆随机制动概率； vt,i为车辆i在t时刻速度； 车辆i的相邻车道上最近前车在t时刻 速度记为vt,i+1,other； 车辆的最大速度为vmax； Δvt,i,other表示t时刻第i辆车与相邻车道上最 近前车速度差(cell/s)； γ＝0.4， δ＝0.5； dt,i,other表示t时刻第i辆车与相邻车道上最近前 车的距离(cel l)。 5)、 确定雾天环境下高速公路拥挤传播的关键参数： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115394073 A 2λCA为拥挤传播概率； μCA为拥挤恢复概率； 雾天环境下的速度因子αi根据不同能见度受 到影响， 取值在0 ‑1之间； 表示平均拥堵传播概率， 设定 δ＝0.5； 为平均拥堵恢 复概率， 设定 Pchange为车辆的换道概率,取0.41(轻雾)、 0.23(中雾)、 0.14(大雾)； Pbrake为随机制 动概率； vi,max为不同雾天环境下的限速值； vmax＝7cell/s为晴朗天气下的最 大速度。 6)、 采用MATLAB进行仿真求解雾天环境不同能见度下的道路时空变化 图， 得到不同能 见度下车辆拥挤排队情况及平均车速， 考虑能见度对驾驶员视距及车辆限速的影响， 根据 车辆拥挤区域、 拥挤密度、 拥挤时长、 消散时间等判断不同能见度下的拥挤传播 规律； 7)、 分析雾天环境不同能见度下的车辆速度特性， 得出高速公路拥挤传播各时间点的 拥挤车辆演化发展机理， 完成雾天环境下基于 CA‑SIR模型的高速公路拥挤传播研究。 2.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 包括根据雾天环境的 限速规定， 对元胞自动机模 型进行基础设定， 根据不同能 见度， 进行视距计算及场景分类， 分别建立两种雾天场景的跟驰换道规则， 确定拥挤传播规 律的关键参数， 获取在雾天环境下高速公路车辆道路时空变化轨迹， 得到高速公路拥挤传 播情况， 根据雾天环 境不同能见度下的车辆速度特性得出高速公路拥挤传播各时间点的拥 挤车辆演化发展， 构成雾天环境下的高速公路拥挤传播方法。 3.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 所述雾天环境不同能见度下的元胞CA模型设置包括设定雾天环 境高速公路适 用模型的元胞数量及场景车道长度、 设定高速公路适用的模型车辆最大车速、 设定各能见 度下元胞自动机模型中的限速 。 4.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 所述不同能见度下的场景分类问题需考虑的条件包括驾驶员在不同雾天能见 度下的可视距离以及车辆在不同能见度下的最小行 车车距。 5.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 所述轻雾、 中雾、 大雾能见度下场景一的跟驰换道规则是通过可视距离对前方 车辆行驶速度、 跟车距离以及相邻车道上 车辆行驶速度进行判定 。 6.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 考虑浓雾天气受到极低能见度影响， 车辆更易选择结伴而行， 不存在换道情 况， 根据车辆与相邻车道车辆的跟车距离和行驶速度的确定浓雾能见度下 的制动概率， 作 为研究拥挤传播的依据。 7.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 所述雾天环境下高速公路拥挤传播的关键参数主要包括拥挤传播概率与拥挤 恢复概率， 其与制动概率与换道概率相关， 并考虑雾天环境下对不同能见度下的 限速要求， 达到实现定量 化分析雾天环境下不同能见度对高速公路交通 流拥挤影响的效果。 8.根据权利要求1所述的一种雾天环境下基于CA ‑SIR模型的高速公路拥挤传播方法， 其特征在于： 模型求解采用CA ‑SIR模型， 运用MATLAB进行仿真得到雾天环境下不同能见度 的道路时空变化示意图， 根据其车辆出现拥挤现象的位置、 拥挤密度、 拥挤时间及消散时 间， 判断雾天环境 不同能见度条件下高速公路拥挤传播的情况。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115394073 A 3