高速道路异常状况下车辆排队长度的预测模型_臧华

交通与计 算机 20 03 年第 3 期 第 21 卷 (总第 1 12 期 ) 高速道路异常状况下车辆排队长度的预测模型 ‘ 减 华 彭国雄 (同济大学 上海 2 0 0 0 9 2 ) 摘 要 分析 了高速道路交通事故发生后交通流的变化情况 , 并采 用车流波动 理论推导出 排队长度随时间变化的公式 , 为开发高速道路紧急救援系统提供了理论依据 。 关键词 交通事故 波动理论 排 队长度 A bs t ra e t : T h is p a p e r a n a ly z e s th e e h a n g e o f t r a ffie flo w d u r in g in e id e n t o n u rb a n e x p r e s s w a y . A n d , in this p a p e r , a t r a ffie flo w w a v e th e o r y 15 u s e d r o ea le u la t e q u e u in g le n g th in d iffe r e n r tim e . It g iv e s a th e o r y fo u n d a tio n t o d e s ig n e m e r g e n e y r e se u e s y st em . K ey w o r d s : in e id e n t ; w a v e the o ry ; q u e u in g le n g th O 引 言 高速道路交通事故发生后排队长度的预测模 型是开发高速道路紧急救援 管理系统 的基本理 论 , 对事故状态下行程时间的预测 以及搜索最佳 救援路径等紧急救援管理问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 具有重要意义 。 1 事故发生后高速道路交通流的变 化 在高速道路发生交通事故后 , 监控中心通过 检测器 、巡逻车 、 T V 等及时发现交通事 故 , 并通 过信息板 、交通广播或 车载导行系统提供交通信 息 , 同时控制策略转 为异常状况下的交通控制策 略 。 因此 , 高速公路的所在道路网络 的交通需求 将会改变 , 交通 流将 重新分布 , 这是一 个动态过 程 , 它受信息发布的形式 、驾驶员的反应行为和控 制策略等诸多因素的影响 , 十分复杂 。 一口2 减沙”. 丈久图 1 高速道路示 意图 本文仅考虑高速道路事故发生路 段车道变 换对事故点上游到达流量 的影响 。 图 1 所示为一 双向四道高速道路 , 交通量为 Q , Q I 为外侧 车道 交通量 , q 为内侧车道交通量 , 如果令 Q Z 一 闷 , 则 Q , (l 一 尹)Q 。 假设在外侧车道某一点处发生交 收稿 日期 : 2 0 0 2 一 1 1 一 0 1 ‘ 高校博士学科点专项科研基金 (2 0 0 0 0 24 7 0 7) 资助 通事故 , 那么外侧 车道上的部分 车辆会转移到内 侧车道上去 。假设其车头时距分 布规律服从负指 数分布 , 即在交通量为 Q 时车头时距 T 大于时间 t 的概率为 : P( T ) t) ~ 。一揣 则车头时距 T 大于 t 的车头间隔数目为 : M ~ 命糯 高速道路的一条车道发生事故后 , 由于驾驶 员引颈观望和其它因素的影响 , 另一条车道 的通 行能力也会下 降 , 假设其通行能力 为 Q 、 , 服务水 平为 i 级 。在 艺级服务水平上 , 交通流允许汇人一 辆车所需用的车头时距为 A . , 连续汇人车辆 的平 均车头时距为 B ‘ , 则交通量为 q 的内侧车道交通 流允许汇人的车辆总和为 : 一Qo A 一Q , “ 八了— r ) _ 。飞筋万~ / r l _ 。 .件花灰厂 〕 r l 、I丫 = 叹Z C j七 u u / 贬1 一 C “ 。U U J 、1 ) 假设合流后 车辆 的运 行质量为 i 级服务水 平 , 对内侧车道合流前后的交通量进行检验 : l) 当 Q : ) q 时 , 说明外侧 车道上的车辆不 能转移到内侧车道上去 , 此时取 N 一 。; 2) 当 Q : + N > Qj 时 , 取 N 一 Qj 一 Q : ; 除以上 2 种情况 , N 为式 (1) 的计算结果 。 由于在发生事故后外侧车道上的交通量已有 N 辆车转移到内侧车道上去 , 其剩余交通量 即为 N l 一 N 。 2 用波动理论表示排 队长度随时间 的变化 交通流理论中将相邻两种状态的交通流之间 的界面称为“交通波” , 简称 “波” 。 当事故发生后 , 高速道路异常状况 下 车辆排队 长度的预刚模型—减 华 彭国雄 事故点的通行能力降低 , 如果上游的交通需求超 过瓶颈点的通行能力 , 将出现一向后的返回波 , 当 事故排除后 ,将 出现 “启动波” , 同时尾部又有后续 车辆到达 , 即还有返 回波 , 两者 同时存在 , 且都在 向后运动 。 九九 l ‘!!! 、、、 事故发生点 图 4 流一密关系曲线图 朋田一一一为一勺 事故影响区段 图 2 事故发生点交通波传播示意图 假设当交通事故发生后 , 本车道上游的需求 流量下降为 q : , 对应的密度记为 k l , 瓶颈点的通 行能力下降为 : l , 车流密度相应地上升为 k : ; , 事 故持续时间为 t , , 故障排除后 , 排队车辆以饱和流 率 、驶出 , 对应密度记为 k , 。一般异常事件持续时 间的定义是指从交通异常产生到交通流状态恢复 正常所需的时间 。它 由 4 个 阶段构成 , 第 1 阶段是 交通异常事件产生到 A ID 系统检测并确认事件 ; 第 2 阶段是响应阶段 , 即从确认事件 到救援车辆 到达事发现场 ;第 3 阶段是清除时间 , 即从救援车 辆到达到离开现场 ;第 4 阶段是交通流恢复阶段 , 即从事件清除到排队完全消散 , 交通流恢复正常 。 这里的事故持续时间是指前 3 个 阶段的总时间 , 也可称为事故清除时间 。 y 日 t 刀 一 t l 由上两式可得 h (k , l ) h (k : 1 ) t l h (k : 1 ) 一 。阳 (4 ) 由于 、(* ‘1 ) 一袭}*一 气! 一, (1 - 丛、k , ‘ 因此 、JI、.产一O凡卜UZ‘、‘了、(k , 一 Zk , 1 ) t , 一 k l 一 k : l 当 O 镇 t < t 。 , y (t ) - 一 。朋 · 设 k * 表示曲线段 BC D 上任意一点的交通流 密度 , 则该点的波速为 d y 石丁 = 一 戈甘R 一 甘一 / / \代 尺 一 代 一 产U L ~ 弊 (掩、一 走, 一 走。 )左 , 又 夕* = 一 h (k * ) · (t 一 t l ) = 一 u 了(l 一 Zk 。 / k , ) · (t 一 t , ) , 则 d y u 了 , y - 1 ~ 丁 一— 下犷 , 广 石不二一一一 了下Q 石 乙 乙 、t 一 石l 夕 + 华 (7 )此少 方程 (7) 可化为齐次微分方程 , 令 T 一 t 一 tl 图 3 车流阻塞 一 消散过程的波型时 一 距图 t 一 O为事故发生时间 , y ~ 。表示事故发生 点 , 车流阻塞 一 消散过程产生的波如图 3 所示 , 包括直线段 A B 和曲线段 B C D 。 0 6 为事故发生后返回波的轨迹 , 波速为 d y d T 一音〔子一 “(‘1 ’〕 2)本所5 1 一 q -田阳 一 瓦二花 通过观测可确定流量和密度的关系模型 文采用 G R E E N S H IE L D 流一密模 型 , 如 图 4 示 , 并规定需求流量 q l 属于高速低 密的畅流态 而 、, 属于低速高密的拥挤态 。 则 设 y 一 。T , 可得曲线段 B CD 上任意一点 的 排队长度为 夕, 。 (T ) 一 (一 h (k 、, ) + h (k l ))(刀’ z, )‘/ 2 一 h (k , ) T 则 夕。 (t) ~ (一 h (k , t ) + h (k : ))[ (t 一 t l ) (t。 一 t l )〕’/ , 一 h (k l )(t 一 t l ) (8 ) 将式 (8) 对时间 t 求导 : 鲡 一和 一宁〕通过解三角形可得出 与 , 令 、(、) 一器, 则 d y优D d t 一 可得最大排队长度和相应时刻如下 : 一 [一 入(k : 1 ) + 入(走, )〕, (t 。 一 t , ) / 4〔h (k , )〕, + 交通 与计算机 2 0 0 3 年 第 3 期 第 21 卷 (总第 1 12 期 ) 基于 G PS 和 G IS 的汽车 自主导航系统的研究 陈忠兵 倪少权 吕红霞 (西南交通大学 成都 6 1 0 0 3 1 ) 摘 要 介绍了 G PS/ GI S 技术在汽车自主导航系统中的应 用 ;探讨了在该系统中 GI S 导 航地图的数据组织 , 基 于点边拓扑关系的最优路径 的搜索 ; 阐述 了采用 C o m G IS 开发模式 开发导 航 地图软件的实现技术 。 关键词 车载导航系统 空 间数据 投影变换 最优路径 A bs tra e t : T h is a r t ie le d is e u ss e s th e im p le m en t a tio n o f a v e h ie le n a v ig at io n s y st em , w hie h 15 b a s e d o n th e jo in t te e hno l o g y o f G PS an d G IS . A fte r a g e n e r a l s y s t e m a tie a n a lys is o f v e h ie le n a v ig a - tio n s ys t e m , this a r tie le d ise u s se s th e d a t a o r g a n iz a t io n o f G IS n a v ig a tio n m a p , a n d th e r e s e a r e h o f o p tim a l p a th b a s e d o n p o in t 一s id e to p o lo g y r e lat io n . Fin a lly , th is p a p e r a lso in t r o d u e e s th e im p le m e n - t a tio n t e e h n i(一u es o f a d o p t in g C o m G IS e x p lo it a tio n m o d e l. K e y w o r d s : v e h ie le n a v ig a tio n sy s t e rn ; s p a tia l d a ta ; p roj ee tio n t r a n s fo rm a tio n ; o p tim a i p a rh O 引 言 汽车 自主导航系统是利用先进的信息技术 , 形成人 (驾驶员 ) 、 车 、路三位一体的全新的辅助驾 驶系统 。 利用该系统可 以使得在车载计算机上 自 动显示汽车的位置 , 并可利用无线通信技术和交 t , (9 ) y 。 = [一 h (k ‘ , ) + }: (k l )〕2 (t 。 一 t , ) / 4「h (k , ) ] (10 ) 令 y、 。一 。 , 可得排 队消散时刻 t , : _ _ h( k 1 )一 z 、 = Ll 一 专于尸份 」乙 (t 。 一 t , ) + t , ( 1 1 ) h (k z ) 一 ‘ 一 。 3 算例 假设某高速道路交通 流模型参 数如表 1 所 示 , 事故所在车道上游到达量 q , 一 1 5 7 l p e u / h , k , 一 3 Op c u / k m , 交通事故发生后 , 通行能力下降为 、, 一 9 3 3 p e u / h , 密度 k , , 一 9 5 p e u / k m ,事故持续时 间 t , = 一o m in 。 交通流 模型参数表 表 1 ta = 1 2 . 3 m in 。 当 O镇 t < 12 . 3 , y (t ) = 9 . 8t , 最大排队长度 和相应时刻 : t 。 = (5 2 . 4 + 3 2 . 7 ) 2 只 ( 12 . 3 一 1 0 ) (4 只 3 2 . 7 2 ) + 10 一 1 3 . g m in 夕。 = (5 2 . 4 + 3 2 . 7 ) Z x 「(1 2 . 3 一 10 ) / 6 0 ] / (4 X 3 2 , 7 ) = 2 . 1 2 k m 、、 , ‘ 。 _ , 、 一, , 5 2 . 4 _ 。了月百X 口丁芳U t‘ 一 仁1 十 不月一石 J “ X 以 乙 O 乙 。 [ 3 一 1 0 ) + 10 一 2 5 . 6 m in 参考文献 在正常情况下 1 车道速一 密公式 临界密度 临界车速 自由流车速 阻塞密度 饱和流率 “ 一 7 2 一 0 6 5 5 k k 。 = 5 5 p e u / k m u 。 = 3 6 k m / h u , = 7 2 k m / h k , = 1 10 p e u / k m ‘ = 2 O 0 0 p e u / h 据公式 (3 ) 、 (5 ) , 可算 出 。、 = 一 9 . sk m / h , 蒋瑛 , 任福 田 , 肖秋生等 . 交通流理论 . 北京 : 人 民交 通出版社 , 1 9 8 3 杨 晓光 . 王一如 , 杭明升等 . 先进的高速公路紧急救 援管理系统 . 中 国公路学会 ’ 2 0 0 0 学术交流 论文 政研论文下载论文大学下载论文大学下载关于长拳的论文浙大论文封面下载 集 郭冠英 , 邹智军 . 道路阻塞 时 的车辆排 队长度计算 法 , 中国公路学报 , 199 8 (3) Y a n g X ia o g u a n g , Z e n g so n g , Y a n g Pe iko n . T r a ffie In - e id e n t C o n t r o l a n d M a n a g e m e n t S ys t e m fo r U rb a n E x - p r e s s w a y . T h e st h w o rld C o n g r e ss o n In te lllg e rz t ‘ Tr a n s P o r t S ys te m , 1 9 9 8 收稿 日期 : 2 0 ()2 一 0 3 一 0 3