第1章无信号交叉口理论.ppt
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1、第十章第十章 无信号交叉口理论无信号交叉口理论1CH10 无信号交叉口理论本章主要内容本章主要内容1 理论基础理论基础2 二路停车控制的交叉口二路停车控制的交叉口3 四路停车控制的交叉口四路停车控制的交叉口4 经验方法经验方法2CH10 无信号交叉口理论n教学目的:掌握可插车间隙理论可插车间隙理论的原理和方法,了解二路停车控制的交叉口二路停车控制的交叉口及其车头时距分布车头时距分布的特点与适用条件。n重点:可插车间隙、临界间隙可插车间隙、临界间隙n难点:通行能力的计算通行能力的计算3CH10 无信号交叉口理论n可插车间隙可插车间隙理论是分析无信号交叉口运行的基本理理论是分析无信号交叉口运行的基
2、本理论。论。n在无信号交叉口中,必须考虑车辆的优先权问题。在无信号交叉口中,必须考虑车辆的优先权问题。n普通的无信号交叉口(四路相交)分类:普通的无信号交叉口(四路相交)分类:q二路停车,即主路优先控制的交叉口(包括停车二路停车,即主路优先控制的交叉口(包括停车控制和让路控制)控制和让路控制)q四路停车,即主次路不分的交叉口四路停车,即主次路不分的交叉口4CH10 无信号交叉口理论n无信号控制交叉口的通行规则u若相交道路有主次之分,则支路车让干路车先行。道路交通安全法:“让行车辆须停车或减速观察,确认安全后,方准通过。”u若相交道路不分主次及不考虑优先,则先到达交叉口的车辆应先通过。根据道路交
3、通安全法第43条:“车辆通过没有交通信号或交通标志控制的交叉路口,必须遵守下列规定依次让行:支、干路不分的,非机动车让机动车先行;非公共汽车、电车让公共汽车、电车先行;同类车让右边没有来车的车先行;相对方向同类车相遇,左转弯的车让直行或右转弯的车先行。”5CH10 无信号交叉口理论停车让行示例停车让行示例停车让行标志停车让行标志减速让行示例减速让行示例减速让行标志减速让行标志双白实线:划于路口时,停车让行线。双白实线:划于路口时,停车让行线。6CH10 无信号交叉口理论1 理论基础理论基础一、可插车间隙理论一、可插车间隙理论1.可利用间隙可利用间隙n次要车流中所有驾驶员在相似的位置所能够接受次
4、要车流中所有驾驶员在相似的位置所能够接受的最小间隙称为的最小间隙称为临界间隙临界间隙,记为,记为tc。只有在主要车。只有在主要车流的车辆间隙至少等于临界间隙流的车辆间隙至少等于临界间隙tc时,次要车流的时,次要车流的驾驶员才能进入交叉口。驾驶员才能进入交叉口。n较长间隙中多名驾驶员从次路进入交叉口,在较较长间隙中多名驾驶员从次路进入交叉口,在较长时间间隙中进入交叉口的次要车流车辆间的车长时间间隙中进入交叉口的次要车流车辆间的车头时距为头时距为跟随时间跟随时间tf。7CH10 无信号交叉口理论n两向停车式,假设:两向停车式,假设:q主要道路道路上的车辆主要道路道路上的车辆优先优先通过路口;通过路
5、口;q主要车道上的双向车流主要车道上的双向车流视为一股车流视为一股车流;q交通量不大,车头时距分布符合负指数分布;交通量不大,车头时距分布符合负指数分布;q当间隙大于临界间隙当间隙大于临界间隙tc 时,时,次要道路次要道路上的车辆上的车辆可可以穿越以穿越主要道路。主要道路。q当次要道路中车辆跟驰的车头时距大于当次要道路中车辆跟驰的车头时距大于tf 秒时,秒时,次要道路次要道路中的车辆可以中的车辆可以连续通过。连续通过。8CH10 无信号交叉口理论n无信号交叉口理论中,假设驾驶员具有一致性和无信号交叉口理论中,假设驾驶员具有一致性和相似性。相似性。q行为不一致行为不一致进口道的通行能力降低;进口
6、道的通行能力降低;q行为一致行为一致通行能力增加;通行能力增加;q假定情况与实际情况相差不大。假定情况与实际情况相差不大。n可插车间隙参数受主干道车流和驾驶员操纵共同可插车间隙参数受主干道车流和驾驶员操纵共同影响影响9CH10 无信号交叉口理论2.临界间隙参数的估计临界间隙参数的估计(1)回归技术回归技术n对于这种技术,在观测期间次路排队中至少应有对于这种技术,在观测期间次路排队中至少应有一辆车,其过程为:一辆车,其过程为:1)记录主路上每个间隙的大小记录主路上每个间隙的大小t和在该间隙中次路进和在该间隙中次路进入的车辆数入的车辆数n;2)对于每个只被对于每个只被n个驾驶员接受的间隙,计算平均
7、个驾驶员接受的间隙,计算平均间隙的大小间隙的大小E(t);3)以平均间隙中进入的车辆数以平均间隙中进入的车辆数n对该平均间隙(作对该平均间隙(作为相关变量)进行线性回归。为相关变量)进行线性回归。10CH10 无信号交叉口理论n临界间隙临界间隙tc:tc=to+tf/2 式中:式中:tf斜率(间隙斜率(间隙/车辆数)车辆数)to间隙轴的截距间隙轴的截距n研究表明:研究表明:tc=6.8s,to=5.0s,tf=3.5s11CH10 无信号交叉口理论n无信号交叉口软件计算无信号交叉口软件计算(Synchro 6,HCM2000)n东西方向:主要车流东西方向:主要车流n南北方向:次要车流南北方向:
8、次要车流EBL:Eastbound Left,往东左转,往东左转EBT:Eastbound Through,往东直行,往东直行NBR:Northbound Right,往北右转,往北右转12CH10 无信号交叉口理论(2)临界间隙和跟随时间的独立估计临界间隙和跟随时间的独立估计 如果次要车流不是连续排队,此时用概率的方法如果次要车流不是连续排队,此时用概率的方法更为合适。更为合适。n临界间隙的估计:已知条件为一个驾驶员的临界临界间隙的估计:已知条件为一个驾驶员的临界间隙间隙tc大于最大拒绝间隙而小于该驾驶员接受的大于最大拒绝间隙而小于该驾驶员接受的间隙。间隙。n可用可用极大似然估计法极大似然估
9、计法来估计临界间隙来估计临界间隙tc。13CH10 无信号交叉口理论3.间隙大小的分布间隙大小的分布n无信号交叉口运行状况的主要影响因素:无信号交叉口运行状况的主要影响因素:q主路中不同车流中车辆间隙的分布。主路中不同车流中车辆间隙的分布。n需要考虑随机车辆到达的方式需要考虑随机车辆到达的方式q负指数分布负指数分布移位负指数分布(假设车辆的车移位负指数分布(假设车辆的车头时距至少为头时距至少为tm秒)秒)二分分布二分分布n二分分布模型(二分分布模型(M3模型)假设:模型)假设:1)比例为)比例为的车辆是自由车辆,以大于的车辆是自由车辆,以大于tm秒的车头时距秒的车头时距运行;运行;2)剩余的)
10、剩余的1-的聚集车辆具有相同的车头时距的聚集车辆具有相同的车头时距tm。14CH10 无信号交叉口理论二、车头时距分布二、车头时距分布1.二分车头时距分布二分车头时距分布n科万科万M3车头时距模型的累积概率分布:车头时距模型的累积概率分布:自由车辆的比例,自由车辆的比例,=1,即移位负指数分布,即移位负指数分布=1,且,且tm=0,即负指数分布,即负指数分布15CH10 无信号交叉口理论n自由车辆的比例:自由车辆的比例:式中:式中:qp流量,流量,A值的范围从值的范围从6到到9,见下表。,见下表。A值值中央车道其它车道车道宽度3.5m7.53.716CH10 无信号交叉口理论n2.不同车头时距
11、模型的数据拟合不同车头时距模型的数据拟合n如果平均车头时距是如果平均车头时距是21.49s,标准偏差是,标准偏差是19.55sn流量为流量为121.49=0.0465veh/s(167veh/h)n数据和方程拟合如图数据和方程拟合如图17CH10 无信号交叉口理论n当有大量非常短的车头时距,用二分车头时距分布当有大量非常短的车头时距,用二分车头时距分布比较好。由于只有较大的间隙可能被驾驶员接受,比较好。由于只有较大的间隙可能被驾驶员接受,所以没有必要对较短的间隙道行详细地建模。所以没有必要对较短的间隙道行详细地建模。n图图10-5车头时距数据应用科万车头时距数据应用科万M3模型拟合的例子模型拟
12、合的例子18CH10 无信号交叉口理论2 二路停车控制的交叉口二路停车控制的交叉口qp优先车流流量优先车流流量qn非优先车流流量非优先车流流量tc临界间隙临界间隙tf跟随时间跟随时间19CH10 无信号交叉口理论一、两股车流间的相互作用一、两股车流间的相互作用1.通行能力通行能力n主要车流通行能力按路段通行能力计算;主要车流通行能力按路段通行能力计算;n次要车流通行能力次要车流通行能力qm:式中:式中:t主要车流的间隙主要车流的间隙 g(t)利用利用t能够通过主要车流的次要车流车辆能够通过主要车流的次要车流车辆数数 f(t)主要车流间隙分布的密度函数主要车流间隙分布的密度函数20CH10 无信
13、号交叉口理论n采用可插车间隙模型,假设(理想化的):采用可插车间隙模型,假设(理想化的):(1)tc和和tf的值为常数的值为常数(2)对优先车流车头时距应用负指数分布;对优先车流车头时距应用负指数分布;(3)每股车流有稳定的流量每股车流有稳定的流量n一种假设一种假设g(t)为阶跃分布函数:为阶跃分布函数:式中:式中:Pn(t)n辆次要车流车辆进入持续时间为辆次要车流车辆进入持续时间为t的主要车流的主要车流间隙的概率间隙的概率21CH10 无信号交叉口理论n另一种假设另一种假设g(t)为连续线性函数:为连续线性函数:n式中:式中:t0=tc-tf/2n对理想化的假设进行验证,结果显示:对理想化的
14、假设进行验证,结果显示:(1)如果用实际分布来代替固定的如果用实际分布来代替固定的tc和和tf的值,通行能力下降;的值,通行能力下降;(2)驾驶员行为可能不一致,导致通行能力的增加。驾驶员行为可能不一致,导致通行能力的增加。22CH10 无信号交叉口理论(3)用更实际的车头时距分布来代替主要车流间隙的用更实际的车头时距分布来代替主要车流间隙的负指数分布,通行能力将增加;负指数分布,通行能力将增加;(4)许多无信号交叉口具有复杂的驾驶员行为方式,许多无信号交叉口具有复杂的驾驶员行为方式,但通过模拟技术显示,这些影响会相互补偿。但通过模拟技术显示,这些影响会相互补偿。n选用二分分布代替假设中的负指
15、数车头时距分布得选用二分分布代替假设中的负指数车头时距分布得到:到:n式中:式中:23CH10 无信号交叉口理论2.交通运行质量交通运行质量n通常交叉口的交通运行状况或质量可以用以下变量来通常交叉口的交通运行状况或质量可以用以下变量来表示:表示:n平均延误、平均排队长度、延误的分布、排队长度分平均延误、平均排队长度、延误的分布、排队长度分布(即在次路排队的车辆数)、停车数和从停车到正布(即在次路排队的车辆数)、停车数和从停车到正常速度的加速度值、系统为空的概率常速度的加速度值、系统为空的概率(p0),n这些变量也被称做效果检测量,而分布可用标准差、这些变量也被称做效果检测量,而分布可用标准差、
16、百分比及总体分布来代替。为了便于比较评估,可用百分比及总体分布来代替。为了便于比较评估,可用排队理论和模拟方法两种工具来解决可插车间隙问题。排队理论和模拟方法两种工具来解决可插车间隙问题。n每一个效果检测量都是每一个效果检测量都是qp与与qn、自由车辆百分比、次、自由车辆百分比、次要车流和主要车流排队长度等参数的函数。要车流和主要车流排队长度等参数的函数。24CH10 无信号交叉口理论(1)平均延误的一般计算平均延误的一般计算式中:式中:,常量常量 x饱和度,饱和度,x=qn/qm Dmin亚当斯亚当斯(Admas)延误,它是当次要车流流率非延误,它是当次要车流流率非常低时,次要车流的平均延误
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- 信号 交叉口 理论
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