高速道路异常状况下车辆排队长度的预测模型.pdf

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1、交通与计算机2 00 3年第3期第2 1卷(总第11 2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2000 92)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Ab straet:Thispaperan alyz e stheehangeoftraffieflowdu ringin eiden tonurba ne xpr e ssway.And,inthispape r,atraffieflowwa vetheory15u sedr

2、oeale ulatequeuingle ngthindiffe r e nrtime.Itgive satheoryfo undationtode signeme rgeneyre se u esystem.Keywords:ineident;wavetheory;queuingle ngthO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

3、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,QI为 外侧 车道交通量,q为内侧 车道交通 量,如果

4、令QZ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:20 02一1 1一01高校博士 学科点专项科研基金(200 0 02 47 07)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

5、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Q oA一Q,“八了r)_。飞筋万/r l_。.件花灰厂r l、I丫=叹ZCj 七 uu/贬1一C“。UUJ、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:+NQ j时,取N一Q j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

6、量即为Nl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

7、的 密度 记 为kl,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AID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

8、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tl由上两 式可得h(k,l)h(k:1)tlh(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kl一k:l当O镇tt。,y(t)-一。朋设k*表示 曲线 段BCD上任意一点的 交通流密度,则 该点的波 速为dy石丁=一戈甘R一甘一/代 尺一代一产UL弊(掩、一走,一走。)左,又夕*=一h(k*)(t一tl)=一u了(l一Zk。/k,)(t一t,),则dyu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

9、分方程,令T一t一t l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BC D。06为事故发生 后返回波的轨迹,波速 为dydT一音子一“(12)本所51一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GREE N S H IE L D流一密模型,如图4示,并规定 需求流 量ql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(kl)(刀z,)/2一h(k,)

10、T则夕。(t)(一h(k,t)+h(k:)(t一tl)(t。一tl)/,一h(kl)(t一tl)(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dy优Ddt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,)/4h(k,),+交通与计算机2003年第3期第2 1卷(总第11 2期)基于GPS和GI S 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 10 03 1)摘要介绍 了GPS/G IS技术 在汽车 自主导航 系统 中的应用;探 讨了在该 系统中G IS导航地图 的数据组织,基于点边拓 扑关 系

11、的最优路径 的 搜索;阐述了采用ComGI 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 stra et:Thisa rtieledis e u ss e stheimplementationofavehielenavigationsystem,whieh15bas edonthejoint te ehn ologyofGPSand G IS.Afterageneralsystematieanalysisofv ehielenaviga-tio nsystem,thisa rtieledise u s sesthedataorganiz atio

12、 nof GISnavigatio nmap,andtheres ea r ehofoptimalpathba s edo npoint一sidetopologyr elatio n.Finally,thispaperalsointrodu e e stheimpleme n-tatio nte ehni(一u esofadoptingComGISe xploitationmodel.Keywords:vehielena vigationsyster n;spatialdata;pro jeetio ntr an sfo rmatio n;optimaiparhO引言汽车 自主导航 系 统是

13、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,)+:(kl)2(t。一t,)/4h(k,)(10)令y、。一。,可得排队消散时刻t,:_h(k1)一z、=Ll一专 于尸份 乙(t。一t,)+t,(1 1)h(kz)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,一157 lpeu/h,k,一3Opc u/km,交通 事 故 发生后,通 行 能力下降为、,一933pe u/h,密度k,一9

14、 5pe u/km,事 故持续 时间t,=一omin。交通 流模型参数表表1ta=12.3min。当O镇t1 2.3,y(t)=9.8 t,最 大排 队长度和相应时刻:t。=(52.4+32.7)2只(12.3一10)(4只3 2.72)+10一13.gmin夕。=(52.4+3 2.7)Zx(12.3一10)/60/(4X3 2,7)=2.1 2km、,。_,、一,52.4_。了 月百X口丁芳Ut一仁1十不月一石J“X以乙O 乙。3一10)+10一25.6min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“一72一0655 kk。=5 5pe u/k m

15、u。=3 6k m/hu,=72km/hk,=110pe u/km=2O0 0pe u/h据公式(3)、(5),可算出。、=一9.skm/h,蒋瑛,任福田,肖秋生等.交 通流理论.北 京:人民交通 出版社,1983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20 0 0学术交流论 文集郭冠英,邹智 军.道路阻塞时 的车 辆排队 长度 计算法,中国公路学报,19 98(3)Ya ngXiaogu ang,Zengsong,Ya ngPeikon.Tr affieIn-eidentCo ntrolandManagementSystemfo rUrba nEx-pre s sway.ThesthworldCo ngre sso nIntelllgerztTransPortSystem,199 8收稿日期:20()2一03一03