异常状况下车辆排队长度的预测模型+(1).pdf

1 O 交通 与计 算机 2 0 0 3年 第 3期 第 2 1卷(总 第 l l 2期)高速道路异常状况下车辆排队长度的预测模型*臧华 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 Abs t r ac t：Thi s p ap er a na l y z es t he ch ang e of t r af f i c f l ow dur i ng i nc i de nt on ur b a n e xp r e s s wa y And i n t hi s p ape r a t r a f f i c f l ow wa ve t he or y i s u s e d t O c a l c ul at e qu eui ng l engt h i n di f f e r e nt t i me I t gi ve s a t he or y f ou nda t i on t o de s i g n e me r ge nc y r e s cu e s ys t em Ke y wor d s：i nc i de nt；wa ve t he or y；qu eu i ng l e ngt h 0 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Q 2 厂、图 1高 速 道 路 不 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 为外侧 车 道 交 通 量，Q 为 内侧 车 道 交 通 量，如 果 令 Q。一，则 Q。(1一)Q。假设在 外侧 车道某 一点处发 生交 收稿 日期：2 0 0 2 1 1 0 1 *高 校博士 学科 点 专项 科研 基 金(2 0 0 0 0 2 4 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 头时距丁大于时间t 的 概 率 为：P(T )一 e 一 丑3 6 0 0 则 车头时距 丁大于 t的车头间隔数 目为：M 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 i 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 2 的 内侧 车道 交 通 流 允 许 汇 人 的 车 辆 总 和 为：一o A -O B N Q2 e 1i 1一 e (1)假设 合 流 后 车辆 的运 行 质 量 为 级 服务 水 平，对 内侧 车 道 合 流 前 后 的 交 通 量 进 行 检 验：1)当 Qz 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 0；2)当 Q2+N Q 时，取 N Q Q 2；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 N o 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，维普资讯 http:/ 高速道路 异 常状 况 下车辆 排 队 长度 的预 测模 型 臧 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。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 ，瓶 颈点 的通 行能力下降为 S。，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 s 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 AI D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。O 图 3 车 流 阻 塞 一 消 散 过 程 的 波 型 时 一 距 图 t 一 0为 事故 发 生 时 间，Y=0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 AB和曲线 段 B C D。O B 为 事 故 发 生 后 返 回 波 的 轨 迹，波 速 为 t l O B：(2)s l l 通 过 观 测 可 确 定 流 量 和 密 度 的 关 系 模 型，本 文采 用 GR EE NS HI EL D 流 密 模 型，如 图 4所 示，并规定需求 流量 q 属 于 高速 低 密 的畅流 态，而 S 属于低速高 密的拥挤态。则 t l O B一“，1一 (3)Rj 通 过解 三 角 形 可 得 出 n，令 (志)一 d q，则 图 4流 一 霉 关 系 瞳 线 图=一6 0 01 tB 一一h(k 1)tB t l 由 上 两 式 可 得 t a一(4)一 4 由于 h(k 一 囊 一 1 一 )因 此：(5)5 当 0 t t B，()一一 t (6)设 k 表示 曲线段 B C D上任意一点 的交 通流 密 度，则 该 点 的 波 速 为 dy一一(q R q 1)(志 R k 1)一(足，一 k 一 k k)又 R一一 h(k R)(一 t 1)一一 u s,(1 2 志 R k )(一 t 1)，则 鲁一+t t+警 k (7)d 一 2。2(一1)0，方 程(7)可 化 为 齐 次 微 分 方 程，令 丁 一 t t 则 d y：畔一 h(kd 2 )丁 一 。T 设 y c ，可 得 曲 线 段 B CD 上 任 意 一 点 的 排 队 长 度 为 D(T)=(一 h(k n)+h(k 1)(TTB)一 h(k1)T 则()=(-h(k，1)+h(1)(一t 1)(B t 1)一 h(k 1)(一 t 1)(8)将式(8)对时 间 求导：百d y e c D一 0 可 得 最 大 排 队 长 度 和 相 应 时 刻 如 下：t 一 一h(k )+h(k )(一 t )4 h(k )+维普资讯 http:/ 1 2 交通与 计算 机 2 0 0 3年 第 3期 第 2 1 卷(总第 l l 2期)基 于 GP S和 GI S的汽 车 自主 导航 系统 的研究 陈忠 兵倪 少权 吕红 霞(iN南 交通 大学成 都 6 1 0 0 3 1)摘 要 介绍 了 G P S G I S技术在汽车 自主导航系统中的应用；探 讨了在该系统中 G I 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 mGI S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 Ab s t r a c t：Th i s a r t i c l e d i s c u s s e s t h e i mp l e me n t a t i o n o f a v e h i c l e n a v i g a t i o n s y s t e m，wh i c h i s b a s e d o n t h e j o i n t t e c h n o l o g y o f GP S a n d GI S Af t e r a g e n e r a l s y s t e ma t i c a n a l y s i s o f v e h i c l e n a v i g a t i o n s y s t e m t h i s a r t i c l e di s c u s s e s t h e d a t a o r g a n i z a t i o n o f GI S n a v i g a t i o n m a pa n d t h e r e s e a r c h o f op t i ma l p a t h b a s e d O n p oi n t s i d e t o p o l o g y r e l a t i o n F i n a l l y t h i s p a p e r a l s o i n t r o d u c e s t h e i m p l e m e n t a t i o n t e c hni q ue s o f a dopt i ng Com GI S e xpl oi t a t i o n mo de 1 Ke y wo r d s：v e hi c l e n a v i g a t i o n s y s t e m；s p a t i a l d a t a；p r o j e c t i on t r a n s f o r ma t i o n；op t i ma l p a t h 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 l (9)Y 一 一h(k，。)+h(k 1)。(Bt 1)4 h(k 1)(1 O)令 Y a c。一0，可得 排 队 消 散 时 刻 t，：=1一 _ 1)(1 1)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 1 p c u h，忌 一3 0 p c u k m，交通事 故发 生后，通行 能力 下降 为 s l：9 3 3 p c u h，密度 忌，l 一 9 5 p c u k m，事 故 持 续 时 间 t l一 1 0 rai n。交 通 流 模 型 参 数 表 表 1 在正 常情 况下 l车 道速 一密 公式 U=7 2 0 6 5 5 k 临 界密 度 临 界 车速 自由 流车 速 阻 塞密 度 饱 和 流率 k 一5 5 p c u km U =3 6 k m h U =7 2 k m h k J=1 1 0 p c u k m s一 2 0 0 0 p c u h 据公式(3)、(5)，可算 出 c U 一一 9 8 k m h，收稿 日期：2 0 0 2 一O 3 一O 3 t B=1 2 3mi n。当 0 t 1 2 3，3，()一 9 8，最大排 队长度 和 相 应 时 刻：t 一(5 2 4+3 2 7)。(1 2 3 1 0)(4 3 2 70)+1 0 1 39 m i n 一(5 2 4+3 2 7)。(1 2 3 一 0)6 0 (4 3 2 7)一 2 1 2 k in 消 散 时 刻 一(1+写 。(1 2 3 一 l o)+1 0 25 6m i n 参 考 文献 l 蒋璜，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 2 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 文集 3 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，1 9 9 8(3)4 Ya ng Xi a ogua ng，Ze ng Song，Yang Pe i kon Tr a f f i c I n-c i de nt Cont r o l a nd M a na ge m e nt Sys t e m f or Ur ba n Ex-pr e s sway The 5 t h wor l d Congr e s s on I n t e l l i ge nt Tr an sp or t Sy st e m，1 99 8 维普资讯 http:/