基于交通环岛仿真模型的公理建立

长安大学地质工程系 高洁

基于交通环岛仿真模型的公理建立

长安大学地质工程系 高洁

针对如何组织协调环形交叉路口车道相互交叉作用的问题,本文提出了一套行之有效的“公理”。基于对现实环形交叉路口运行规律的实际观察,建立了模型。对于给定的环境的优化交通流模型,借助计算机计算出网络图,并通过计算出每幅网络图的一些量值,从中选出可以优化这些量值的网络图作为最终交通环岛的安排。

交通环岛公理网络图车流仿真优化交通流模型

一、引言

随着汽车行业的发展,由于传统公共广场与进入它们的街口本身存在的不规律性,交通环岛的灵活、高效性,使得它取代了老式公共广场,使驾驶者能够统一驶入环岛畅通无阻地行驶。近几年在美国,交通环岛已成为广泛应用于驶入车道方式不规律或者交通量不均匀的某些十字路口,成为控制交叉路口的高效替代品。本文采用的方法直接评价了所有可能存在的几何模型,所有合理、安全的几何模型包含很少的车道。十字路口的效率由在交通环岛的平均最小行驶时间决定。

二、行驶理论介绍

对于给定尺寸的交通环岛,在选择最优控制模型时,第一步是把交通环岛过多的物理性质,本质上从车流如何流入中分离出来,即我们希望把问题的本质放在怎样使环岛的基本结构更有利于车流的移动;当改变环岛控制参数时,对于结构的改造我们应该做怎样的选择。

本文采取的第一种减少行车数量的方法是假设交通环岛采取方向网格的排列方式。无论实用性还是减少数量的合理性本文都会一一阐明。网格图的边代表的含义在第四节中有精确的定义,大概描述为通过环岛的车道行车线。图像的节点主要用一种方式定位边从而对应于行车道的安排上。在网格中,边的权重(某些方面需要时间的依赖性,某些方面不需要)表示一些固有属性,比如车流密度,给定边的自然长度和其他一些对交通流起重要作用的相关量值。虽然有关环形十字路口的表示确实使用了有关圆环的几何特征,但是研究结果表明这些较好的几何模型在决定交通流方面仅起到很小的作用。

本文提出了一套行之有效的“公理”来针对如何组织协调环形交叉路口车道(网路图中的边线)相互交叉作用的问题。我们建立模型的根据是基于对现实环形交叉路口运行规律的实际观察。这个过程的目的在于使用一种算法用以描述满足最起码“合理性”要求的一些边的形状。“公理”的目的在于使这些网络图更加的合理(具有现实意义,而不是简单的理想化),使之成为块状,从而鉴于给定的车流仿真系统和基本的输入数据(比如被观测的车辆在进入环形车道附近时给定方向,又沿另外的方向离开)决定了边的权值,我们可以使用计算机算出网络图(控制参数)。对于给定环境的优化交通流模型,通过计算出每幅网络图的一些量值(比如,一辆车在交通环岛系统中平均花费的时间),然后从中选出可以优化这些量值的网络图作为最终交通环岛的安排。

在下面的方案中,我们将会看到真正决定环形交叉路口的重要部分是我们被允许接近进入和离开环岛的车道。因此,我们在下面所提出的“公理”与它们上述一样:行之有效。采用一系列不同的“公理”的目的在于应用于所描述的方法中,人们仅需要重复计算允许的进出口的结构,把关于公理的信息不断添加进图像-计算的算法中。如果最基本的假设都不存在,那么就要考虑在进出口之间是怎么转换的;许多网络图所显示的结果都不合理,但是这里所提出的方法可以将工作提到一个良好的程度,如果认为进出口之间的节点不仅仅是进出口本身。

三、公理的建立

现在,我们开始选择建立公理,从那里得到所有允许的进/出口的结构。然后我们定义一个算法,从已给的数据中计算出所有的网络图,适合公理的要求并且通过例证证明数字并不是没有理由的大,即使是最重要的输入和输出数据。具体来说,为了比较容易得出网络图,我们最初认为在交通环岛每个给定的方向最多只能有两条车道,我们观察到尽管我们公理选择比较特殊化,但是对于我们的方法并没有产生很严重的阻碍,即便是可以想象的大量车道数,最重要的信息包含在交通环岛的进/出口结构设计方面,我们所选择的任何公理产生的限制与结构之间是怎样相互作用的。

交通环岛是环状结构的也即,车道以环形交叉路口的中点绕行,作为一个整体而言,贯穿全程。在此并不假设有一条特殊的车道一直是环形方式,在这方面并没有严格地限制;如果一些地区需要并不是环状的交通环岛,并且可以使所有的进出口之间充分连接,允许相互之间的连接几乎不会损失任何绩效值,严格意义上而言,这里并不需要。解除这个公理是可以想象的,并且可以简化大量进/出口的结构,但是根据假设所禁止的行为看起来有些反常,我们选择继续保留公理并且严格限制可能的结构。接下来,我们有如下公理:(1)每一入口都连接出口;(2)环岛的车流保持不弯曲;(3)环形车道只在出口处终止;(4)环形车道仅在入口处开始;(5)不同的车道从入口进入环岛必然自入口后立即进入不同的环岛;(6)每条从入口处接近环岛的车道至少连接环岛的一条车道;(7)在入口处,即进入口后环岛内的每条车道立即进入至少一条出口;(8)在出口处,环岛内的车道在接近出口前便汇合成为一条离开环岛。

四、结束语

在本文制定的所有公理中,可以得到有关环形十字交叉路口(至多两条车道)允许的进出口结构模型,以下所计算的进出口模型也同等地适用于多于两条车道的情况,可以有更多的情况被计算出来。值得注意的是并不是所有的公理都应用于进出口模型的建立上,一些公理旨在组织进出口之间的相互作用,而其他的则是被用以确定进出口的形式。

[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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