本發(fā)明涉及道路噪聲預(yù)測，特別是一種基于元胞傳輸模型的道路交通噪聲預(yù)測方法。

背景技術(shù)：

1、在城市化進(jìn)程不斷加速的今天，道路交通噪聲已成為城市環(huán)境噪聲的主要來源之一，對居民的生活質(zhì)量、健康以及城市生態(tài)環(huán)境造成了顯著影響。傳統(tǒng)的道路交通噪聲預(yù)測方法大多依賴于現(xiàn)場監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)回歸分析，這些方法雖然在一定程度上能夠提供噪聲水平的估計(jì)，但存在諸多局限性。例如，現(xiàn)場監(jiān)測需要耗費(fèi)大量的人力物力，且數(shù)據(jù)獲取周期長、成本高；統(tǒng)計(jì)回歸分析則依賴于大量的歷史數(shù)據(jù)，且難以準(zhǔn)確反映交通流動(dòng)態(tài)變化對噪聲水平的即時(shí)影響。

2、此外，傳統(tǒng)的預(yù)測方法往往忽略了道路交通系統(tǒng)的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，如車輛間的相互作用、交通流的非線性變化、道路結(jié)構(gòu)的多樣性等，這些都使得噪聲預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性受到限制。因此，開發(fā)一種能夠適用于道路尺度交通噪聲預(yù)測，能夠在兼顧道路交通噪聲研究尺度的同時(shí)有效解決預(yù)測精度問題的方法顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對上述缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種基于元胞傳輸模型的道路交通噪聲預(yù)測方法，以實(shí)現(xiàn)道路尺度交通噪聲預(yù)測，能夠在兼顧道路交通噪聲研究尺度的同時(shí)有效解決預(yù)測精度問題。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、一種基于元胞傳輸模型的道路交通噪聲預(yù)測方法，包括：

4、將道路進(jìn)行元胞態(tài)劃分，對同一元胞內(nèi)車輛進(jìn)行同質(zhì)化處理；

5、根據(jù)相鄰元胞的車輛交換數(shù)量和元胞內(nèi)車輛的平均速度構(gòu)建運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型，根據(jù)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型計(jì)算下一時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)，所述運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)包括元胞內(nèi)車輛的數(shù)量、車輛的平均速度和車輛的加速度；

6、根據(jù)運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)和機(jī)動(dòng)車噪聲排放模型得出每個(gè)元胞在標(biāo)準(zhǔn)距離下的噪聲數(shù)據(jù)，對有效距離下的元胞的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行距離衰減，以元胞為基本單位進(jìn)行車輛噪聲疊加，得到每個(gè)元胞的噪音值，以完成對道路交通噪聲的預(yù)測。

7、優(yōu)選地，所述將道路進(jìn)行元胞態(tài)劃分，對同一元胞內(nèi)車輛進(jìn)行同質(zhì)化處理包括：

8、獲取待預(yù)測道路的結(jié)構(gòu)，將道路劃分為若干個(gè)滿足離散穩(wěn)定性的等長元胞，將同一元胞內(nèi)車輛的平均速度設(shè)為相同；

9、將匝道進(jìn)口處的元胞設(shè)為分流元胞，匝道出口處的元胞設(shè)為合流元胞，其余元胞設(shè)為普通元胞，所述分流元胞的下游有普通元胞和匝道元胞與其相連，所述合流元胞的上游有普通元胞和匝道元胞與其相連，所述普通元胞的上下游各有一個(gè)元胞與其相連。

10、優(yōu)選地，沿待預(yù)測道路的車流方向，設(shè)定首個(gè)元胞的上游元胞和末尾元胞的下游元胞為虛擬元胞，所述虛擬元胞內(nèi)車輛的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)與相鄰的元胞內(nèi)車輛的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)相同。

11、優(yōu)選地，，根據(jù)相鄰元胞的車輛交換數(shù)量構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型包括元胞車輛交換模型；

12、所述元胞車輛交換模型通過前一時(shí)刻的元胞內(nèi)車輛的數(shù)量加上上游元胞的流出量和下游元胞的流入量得出當(dāng)前時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量；

13、合流元胞i的元胞車輛交換模型滿足關(guān)系式：

14、

15、

16、其中，t表示某一時(shí)刻，t+1為下一時(shí)刻，i表示當(dāng)前合流元胞，io為上游匝道元胞，i-1為上游普通元胞，ft,i為上游普通元胞的實(shí)際流出量，為上游匝道元胞的實(shí)際流出量，ft,i+1為下游元胞的實(shí)際流入量，st,i-1為上游普通元胞的發(fā)送能力，為上游匝道元胞的發(fā)送能力，pio和pi分別表示上游匝道元胞和普通元胞的合流比例，rt,i為當(dāng)前元胞的所能接受的最大車流量，nt,i為t時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量，nt+1,i為下一時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量；

17、分流元胞i的元胞車輛交換模型滿足關(guān)系式：

18、

19、

20、其中，nt,i為t時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量，nt+1,i為下一時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量，ft,i+1為下游普通元胞的實(shí)際流入量，為下游匝道元胞的實(shí)際流入量，ft,i為上游普通元胞的實(shí)際流出量，st,i為分流元胞的發(fā)送能力，pio和pi分別表示下游匝道元胞和普通元胞的分流比例，rt,i+1為下游普通元胞的所能接受的最大車流量，rt,io+1為下游匝道元胞的所能接受的最大車流量，t表示某一時(shí)刻，t+1為下一時(shí)刻，i表示當(dāng)前分流元胞，io+1為下游匝道元胞，i+1為下游普通元胞。

21、優(yōu)選地，根據(jù)元胞內(nèi)車輛的平均速度構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型包括元胞速度模型；

22、普通元胞i的元胞速度模型滿足關(guān)系式：

23、

24、合流元胞i的元胞速度模型滿足關(guān)系式：

25、

26、

27、

28、分流元胞i的元胞速度模型滿足關(guān)系式：

29、

30、

31、其中，vt+1,i為下一時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的平均速度，vt,i為t時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的平均速度，ft,i為t時(shí)刻i元胞的上游普通元胞的實(shí)際流出量，ρt,i為t時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的密度，vt,i-1為t時(shí)刻上游普通元胞內(nèi)車輛的平均速度，δt為時(shí)間間隔，τ為達(dá)到元胞密度所對應(yīng)的期望速度v(ρt,i)所需要的時(shí)間，β為下游期望調(diào)整系數(shù)，ρs為分流元胞下游綜合密度評價(jià)參數(shù)，ρt,i+1為t時(shí)刻i元胞的下游普通元胞內(nèi)車輛的密度，為t時(shí)刻i元胞的下游匝道元胞內(nèi)車輛的密度，ki+1和分別表示為分流元胞流向下游的普通元胞和匝道元胞的車輛比例，為t時(shí)刻上游匝道元胞內(nèi)車輛的平均速度，vc為上游元胞的融合權(quán)重計(jì)算速度，為t時(shí)刻i元胞的上游匝道元胞的實(shí)際流出量，ρt,i-1為t時(shí)刻i元胞的上游普通元胞內(nèi)車輛的密度，為t時(shí)刻i元胞的上游匝道元胞內(nèi)車輛的密度，ε為合流折減系數(shù)。

32、優(yōu)選地，根據(jù)相鄰元胞的車輛交換數(shù)量和元胞內(nèi)車輛的平均速度構(gòu)建的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型包括元胞時(shí)空加速度模型；

33、所述元胞時(shí)空加速度模型滿足表達(dá)式：

34、

35、

36、

37、

38、其中，vt+1,i為下一時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的平均速度，vt,i為t時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的平均速度，nt,i為t時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的數(shù)量，ft,i為t時(shí)刻i元胞的上游普通元胞的實(shí)際流出量，為時(shí)間加速度，為元胞前一部分的車輛數(shù)量，vt+1,i+1為下一時(shí)刻下游元胞內(nèi)車輛的平均速度，δt時(shí)間間隔，為空間加速度，為元胞后一部分的車輛數(shù)量，為時(shí)空平均加速度。

39、優(yōu)選地，所述根據(jù)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型計(jì)算下一時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的加速度包括：

40、根據(jù)所述元胞時(shí)空加速度模型計(jì)算出時(shí)空平均加速度，將所述時(shí)空平均加速度作為道路中元胞加速度分布的均值，建立元胞道路的加速度分布函數(shù)；

41、根據(jù)所述元胞道路的加速度分布函數(shù)求出道路中各元胞的加速度，使用蒙特卡洛模擬計(jì)算出各元胞內(nèi)車輛的加速度；

42、所述元胞道路的加速度分布函數(shù)滿足關(guān)系式：

43、

44、其中，方差和均值為r和s為擬合參數(shù)系數(shù)，vt,i為t時(shí)刻i元胞內(nèi)車輛的平均速度，為時(shí)空平均加速度，σ為加速度分布函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)差，μ為加速度分布函數(shù)的均值。

45、優(yōu)選地，所述根據(jù)運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)和機(jī)動(dòng)車噪聲排放模型得出每個(gè)元胞在標(biāo)準(zhǔn)距離下的噪聲數(shù)據(jù)，對有效距離下的元胞的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行距離衰減，以元胞為基本單位進(jìn)行車輛噪聲疊加，得到每個(gè)元胞的噪音值包括：

46、為每個(gè)元胞構(gòu)建與元胞內(nèi)車輛的數(shù)量相同的機(jī)動(dòng)車噪聲排放模型，機(jī)動(dòng)車噪聲排放模型根據(jù)元胞內(nèi)車輛的平均速度和車輛的加速度輸出元胞內(nèi)每輛車的噪音值；

47、將每個(gè)元胞內(nèi)每輛車的噪音值進(jìn)行疊加得到每個(gè)元胞在標(biāo)注距離下的噪音值，并根據(jù)每個(gè)元胞與檢測點(diǎn)的距離對每個(gè)元胞的噪音值進(jìn)行距離衰減，將經(jīng)過距離衰減后的噪音值進(jìn)行等效聲級疊加后得到每個(gè)元胞的噪音值。

48、優(yōu)選地，所述根據(jù)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型計(jì)算下一時(shí)刻元胞內(nèi)車輛的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)之前包括：對沿待預(yù)測道路的車流方向的首個(gè)元胞輸入交通流需求。

49、上述技術(shù)方案中的一個(gè)技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)或有益效果：

50、通過將道路劃分為多個(gè)元胞，并將每個(gè)元胞內(nèi)的車輛狀態(tài)視為同質(zhì)化，該方案能夠更精細(xì)地模擬道路交通流的動(dòng)態(tài)變化，考慮了車輛間的相互作用和交通流的非線性變化，從而大大提高了噪聲預(yù)測的準(zhǔn)確性。通過構(gòu)建運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)預(yù)測模型能夠?qū)崟r(shí)計(jì)算并更新元胞道路交通車輛的運(yùn)動(dòng)特征數(shù)據(jù)，如平均速度、車輛數(shù)和加速度分布，這些數(shù)據(jù)為噪聲預(yù)測提供了實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的輸入，使得預(yù)測結(jié)果更加貼近實(shí)際情況。通過將復(fù)雜的道路交通系統(tǒng)離散化為若干個(gè)元胞，并假設(shè)每個(gè)元胞內(nèi)的車輛狀態(tài)相同，簡化了計(jì)算過程，降低了計(jì)算成本，使得該方案在實(shí)際應(yīng)用中更加高效和可行。