基于交通環島仿真模型的公理建立

長安大學地質工程系 高潔

基于交通環島仿真模型的公理建立

長安大學地質工程系 高潔

針對如何組織協調環形交叉路口車道相互交叉作用的問題,本文提出了一套行之有效的“公理”。基于對現實環形交叉路口運行規律的實際觀察,建立了模型。對于給定的環境的優化交通流模型,借助計算機計算出網絡圖,并通過計算出每幅網絡圖的一些量值,從中選出可以優化這些量值的網絡圖作為最終交通環島的安排。

交通環島公理網絡圖車流仿真優化交通流模型

一、引言

隨著汽車行業的發展,由于傳統公共廣場與進入它們的街口本身存在的不規律性,交通環島的靈活、高效性,使得它取代了老式公共廣場,使駕駛者能夠統一駛入環島暢通無阻地行駛。近幾年在美國,交通環島已成為廣泛應用于駛入車道方式不規律或者交通量不均勻的某些十字路口,成為控制交叉路口的高效替代品。本文采用的方法直接評價了所有可能存在的幾何模型,所有合理、安全的幾何模型包含很少的車道。十字路口的效率由在交通環島的平均最小行駛時間決定。

二、行駛理論介紹

對于給定尺寸的交通環島,在選擇最優控制模型時,第一步是把交通環島過多的物理性質,本質上從車流如何流入中分離出來,即我們希望把問題的本質放在怎樣使環島的基本結構更有利于車流的移動;當改變環島控制參數時,對于結構的改造我們應該做怎樣的選擇。

本文采取的第一種減少行車數量的方法是假設交通環島采取方向網格的排列方式。無論實用性還是減少數量的合理性本文都會一一闡明。網格圖的邊代表的含義在第四節中有精確的定義,大概描述為通過環島的車道行車線。圖像的節點主要用一種方式定位邊從而對應于行車道的安排上。在網格中,邊的權重(某些方面需要時間的依賴性,某些方面不需要)表示一些固有屬性,比如車流密度,給定邊的自然長度和其他一些對交通流起重要作用的相關量值。雖然有關環形十字路口的表示確實使用了有關圓環的幾何特征,但是研究結果表明這些較好的幾何模型在決定交通流方面僅起到很小的作用。

本文提出了一套行之有效的“公理”來針對如何組織協調環形交叉路口車道(網路圖中的邊線)相互交叉作用的問題。我們建立模型的根據是基于對現實環形交叉路口運行規律的實際觀察。這個過程的目的在于使用一種算法用以描述滿足最起碼“合理性”要求的一些邊的形狀。“公理”的目的在于使這些網絡圖更加的合理(具有現實意義,而不是簡單的理想化),使之成為塊狀,從而鑒于給定的車流仿真系統和基本的輸入數據(比如被觀測的車輛在進入環形車道附近時給定方向,又沿另外的方向離開)決定了邊的權值,我們可以使用計算機算出網絡圖(控制參數)。對于給定環境的優化交通流模型,通過計算出每幅網絡圖的一些量值(比如,一輛車在交通環島系統中平均花費的時間),然后從中選出可以優化這些量值的網絡圖作為最終交通環島的安排。

在下面的方案中,我們將會看到真正決定環形交叉路口的重要部分是我們被允許接近進入和離開環島的車道。因此,我們在下面所提出的“公理”與它們上述一樣:行之有效。采用一系列不同的“公理”的目的在于應用于所描述的方法中,人們僅需要重復計算允許的進出口的結構,把關于公理的信息不斷添加進圖像-計算的算法中。如果最基本的假設都不存在,那么就要考慮在進出口之間是怎么轉換的;許多網絡圖所顯示的結果都不合理,但是這里所提出的方法可以將工作提到一個良好的程度,如果認為進出口之間的節點不僅僅是進出口本身。

三、公理的建立

現在,我們開始選擇建立公理,從那里得到所有允許的進/出口的結構。然后我們定義一個算法,從已給的數據中計算出所有的網絡圖,適合公理的要求并且通過例證證明數字并不是沒有理由的大,即使是最重要的輸入和輸出數據。具體來說,為了比較容易得出網絡圖,我們最初認為在交通環島每個給定的方向最多只能有兩條車道,我們觀察到盡管我們公理選擇比較特殊化,但是對于我們的方法并沒有產生很嚴重的阻礙,即便是可以想象的大量車道數,最重要的信息包含在交通環島的進/出口結構設計方面,我們所選擇的任何公理產生的限制與結構之間是怎樣相互作用的。

交通環島是環狀結構的也即,車道以環形交叉路口的中點繞行,作為一個整體而言,貫穿全程。在此并不假設有一條特殊的車道一直是環形方式,在這方面并沒有嚴格地限制;如果一些地區需要并不是環狀的交通環島,并且可以使所有的進出口之間充分連接,允許相互之間的連接幾乎不會損失任何績效值,嚴格意義上而言,這里并不需要。解除這個公理是可以想象的,并且可以簡化大量進/出口的結構,但是根據假設所禁止的行為看起來有些反常,我們選擇繼續保留公理并且嚴格限制可能的結構。接下來,我們有如下公理:(1)每一入口都連接出口;(2)環島的車流保持不彎曲;(3)環形車道只在出口處終止;(4)環形車道僅在入口處開始;(5)不同的車道從入口進入環島必然自入口后立即進入不同的環島;(6)每條從入口處接近環島的車道至少連接環島的一條車道;(7)在入口處,即進入口后環島內的每條車道立即進入至少一條出口;(8)在出口處,環島內的車道在接近出口前便匯合成為一條離開環島。

四、結束語

在本文制定的所有公理中,可以得到有關環形十字交叉路口(至多兩條車道)允許的進出口結構模型,以下所計算的進出口模型也同等地適用于多于兩條車道的情況,可以有更多的情況被計算出來。值得注意的是并不是所有的公理都應用于進出口模型的建立上,一些公理旨在組織進出口之間的相互作用,而其他的則是被用以確定進出口的形式。

[1]Rahmi Akcelik,Estimating negotiation radius,dis2 tance and speed for vehicles using round-abouts, Akcelik&Associates Pty L td,2004

[2]Sandra A lmeida,Luis M.Correia,Jose Queijo, Spatial and Temporal Traffic Distribution Models for GSM

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