長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程系 高潔

基于交通環(huán)島仿真模型的公理建立

長(zhǎng)安大學(xué)地質(zhì)工程系 高潔

針對(duì)如何組織協(xié)調(diào)環(huán)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”?；趯?duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)形交叉路口運(yùn)行規(guī)律的實(shí)際觀察,建立了模型。對(duì)于給定的環(huán)境的優(yōu)化交通流模型,借助計(jì)算機(jī)計(jì)算出網(wǎng)絡(luò)圖,并通過計(jì)算出每幅網(wǎng)絡(luò)圖的一些量值,從中選出可以優(yōu)化這些量值的網(wǎng)絡(luò)圖作為最終交通環(huán)島的安排。

交通環(huán)島公理網(wǎng)絡(luò)圖車流仿真優(yōu)化交通流模型

一、引言

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展,由于傳統(tǒng)公共廣場(chǎng)與進(jìn)入它們的街口本身存在的不規(guī)律性,交通環(huán)島的靈活、高效性,使得它取代了老式公共廣場(chǎng),使駕駛者能夠統(tǒng)一駛?cè)氕h(huán)島暢通無阻地行駛。近幾年在美國(guó),交通環(huán)島已成為廣泛應(yīng)用于駛?cè)胲嚨婪绞讲灰?guī)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(píng)價(jià)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(huán)島的平均最小行駛時(shí)間決定。

二、行駛理論介紹

對(duì)于給定尺寸的交通環(huán)島,在選擇最優(yōu)控制模型時(shí),第一步是把交通環(huán)島過多的物理性質(zhì),本質(zhì)上從車流如何流入中分離出來,即我們希望把問題的本質(zhì)放在怎樣使環(huán)島的基本結(jié)構(gòu)更有利于車流的移動(dòng);當(dāng)改變環(huán)島控制參數(shù)時(shí),對(duì)于結(jié)構(gòu)的改造我們應(yīng)該做怎樣的選擇。

本文采取的第一種減少行車數(shù)量的方法是假設(shè)交通環(huán)島采取方向網(wǎng)格的排列方式。無論實(shí)用性還是減少數(shù)量的合理性本文都會(huì)一一闡明。網(wǎng)格圖的邊代表的含義在第四節(jié)中有精確的定義,大概描述為通過環(huán)島的車道行車線。圖像的節(jié)點(diǎn)主要用一種方式定位邊從而對(duì)應(yīng)于行車道的安排上。在網(wǎng)格中,邊的權(quán)重(某些方面需要時(shí)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(zhǎng)度和其他一些對(duì)交通流起重要作用的相關(guān)量值。雖然有關(guān)環(huán)形十字路口的表示確實(shí)使用了有關(guān)圓環(huán)的幾何特征,但是研究結(jié)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(duì)如何組織協(xié)調(diào)環(huán)形交叉路口車道(網(wǎng)路圖中的邊線)相互交叉作用的問題。我們建立模型的根據(jù)是基于對(duì)現(xiàn)實(shí)環(huán)形交叉路口運(yùn)行規(guī)律的實(shí)際觀察。這個(gè)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?！肮怼钡哪康脑谟谑惯@些網(wǎng)絡(luò)圖更加的合理(具有現(xiàn)實(shí)意義,而不是簡(jiǎn)單的理想化),使之成為塊狀,從而鑒于給定的車流仿真系統(tǒng)和基本的輸入數(shù)據(jù)(比如被觀測(cè)的車輛在進(jìn)入環(huán)形車道附近時(shí)給定方向,又沿另外的方向離開)決定了邊的權(quán)值,我們可以使用計(jì)算機(jī)算出網(wǎng)絡(luò)圖(控制參數(shù))。對(duì)于給定環(huán)境的優(yōu)化交通流模型,通過計(jì)算出每幅網(wǎng)絡(luò)圖的一些量值(比如,一輛車在交通環(huán)島系統(tǒng)中平均花費(fèi)的時(shí)間),然后從中選出可以優(yōu)化這些量值的網(wǎng)絡(luò)圖作為最終交通環(huán)島的安排。

在下面的方案中,我們將會(huì)看到真正決定環(huán)形交叉路口的重要部分是我們被允許接近進(jìn)入和離開環(huán)島的車道。因此,我們?cè)谙旅嫠岢龅摹肮怼迸c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(yīng)用于所描述的方法中,人們僅需要重復(fù)計(jì)算允許的進(jìn)出口的結(jié)構(gòu),把關(guān)于公理的信息不斷添加進(jìn)圖像-計(jì)算的算法中。如果最基本的假設(shè)都不存在,那么就要考慮在進(jìn)出口之間是怎么轉(zhuǎn)換的;許多網(wǎng)絡(luò)圖所顯示的結(jié)果都不合理,但是這里所提出的方法可以將工作提到一個(gè)良好的程度,如果認(rèn)為進(jìn)出口之間的節(jié)點(diǎn)不僅僅是進(jìn)出口本身。

三、公理的建立

現(xiàn)在,我們開始選擇建立公理,從那里得到所有允許的進(jìn)/出口的結(jié)構(gòu)。然后我們定義一個(gè)算法,從已給的數(shù)據(jù)中計(jì)算出所有的網(wǎng)絡(luò)圖,適合公理的要求并且通過例證證明數(shù)字并不是沒有理由的大,即使是最重要的輸入和輸出數(shù)據(jù)。具體來說,為了比較容易得出網(wǎng)絡(luò)圖,我們最初認(rèn)為在交通環(huán)島每個(gè)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(duì)于我們的方法并沒有產(chǎn)生很嚴(yán)重的阻礙,即便是可以想象的大量車道數(shù),最重要的信息包含在交通環(huán)島的進(jìn)/出口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面,我們所選擇的任何公理產(chǎn)生的限制與結(jié)構(gòu)之間是怎樣相互作用的。

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

四、結(jié)束語

在本文制定的所有公理中,可以得到有關(guān)環(huán)形十字交叉路口(至多兩條車道)允許的進(jìn)出口結(jié)構(gòu)模型,以下所計(jì)算的進(jìn)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(jì)算出來。值得注意的是并不是所有的公理都應(yīng)用于進(jìn)出口模型的建立上,一些公理旨在組織進(jìn)出口之間的相互作用,而其他的則是被用以確定進(jìn)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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