基于微观仿真的交通检测器布设间距研究

曹广斌　戴玥

摘 要：合理布设以事件检测为目的的交通检测器有利于准确快速地检测及确认各类异常事件发生的时间、地点及性质，有效提高高速公路经营管理单位突发事件处置效率。本文以京沪高速一段平直路段为例，采用加利福尼亚事件检测算法，利用VISSIM微观仿真软件模拟高速公路事件的发生并将检测器分成多种间距进行布设，通过将获得的检测点处的数据进行分类、整理并带入事件检测算法中，确定高速公路检测器最优布设间距，为高速公路视频监控系统建设提供理论依据。

关键词：公路工程；微观仿真；检测器布设；间距

京沪高速是华北、东北及中西部地区向长三角乃至东南沿海方向的主要陆路通道，承担着大量的人流、物流运输。作为全国路网主骨架的重要组成部分，其重要地位和作用要求必须把保证道路安全畅通放在首位。京沪高速公路快捷、畅通、舒适的通行环境，已成为交通运输和人们出行的重要通道，但由于交通事故、恶劣天气、道路施工、重大交通保障任务等各类突发事件，都可能导致高速公路产生拥堵事件。交通事件是造成行程時间无法预测、运行成本增加、事故率提高、能源浪费和环境污染加剧等的主要原因之一。及时检测交通事件，缩短救援的响应时间，提高救援效率，能够有效降低各类事件造成的损失，最大限度地保护司乘人员生命财产的安全。

如何准确、快速地检测交通事件发生的时间、地点及性质，是高速公路紧急救援系统能否成功运行的关键。而检测器的合理布设则是交通事件准确、快速检测的有力保障。因此，确定合理的交通检测器的布设间距具有非常重要的意义。本文借助仿真软件对实时道路交通状况进行模拟，采用加利福尼亚事件检测算法，对检测器的布设方案提出相应的原则和思路，对交通检测器的布设提高具有一定的借鉴意义。

一、交通事件检测算法

良好的事件检测算法应是快和准的算法，主要的衡量指标有三个，即检测率DR（Detection Rate）、误报率FAR（False Alarm Rate）和平均检测时间MTTD（Mean Time To Detection）。检测率越高越好，误报率越小越好，平均检测时间越短越好。

加州算法于20世纪60年代末由美国加州运输部开发，并得到广泛承认和应用，一般作为评价新算法的参考。该算法通过比较相邻之间的占有率数据，对可能存在的突发交通事件进行判别。该算法在时刻t从检测站（i=1，2，...，n）得到的平均占有率OCC（i，t）按下面三个条件来判断拥挤是否发生：

式中：OCCDF为拥挤路段上下游占有率差值；OCCRDF为拥挤路段上下游占有率相对差值；DOCCTD为拥挤开始时下游占有率的相对差值；OCC（i，t）为第i个检测站t时刻所测得的占有率；K1，K2，K3分别为相应条件的阈值。

如果上述三个条件都满足，则判断产生交通拥挤事件。

二、交通检测器布设间距微观仿真

（一）仿真步骤

1、选取事件检测算法。本文选用加利福尼亚算法，加利福尼亚算法已被广泛应用在高速公路交通事件检测，且常用来检验其它交通事件检测算法的有效性；2、选取仿真工具。本文选取VISSIM仿真软件；3、选取实际道路中的一段，并将其进行简化，作为仿真的基础路段；4、将检测器间距分成多种情况，分别布设于选取的道路上进行仿真；5、整理检测点仿真数据；6、综合检测器成本与检测算法的优劣性选择合理的检测器间距。

（二）仿真方案设计

1、道路网络：选取京沪高速沂淮江段一段平直路段，路线长3 km，设计行车速度120 km/h。该路段为高速公路双向四车道平直路段，交通状况不受匝道影响，在模拟方案中只考虑单行驶方向；2、主线输入交通量： 1700 pcu/h，此交通辆为实际车辆数；3、车辆类型：、客车占60%，货车占40%；4、交通量车道分布：交通量均匀分布，每车道分别占50%；5、仿真时间：仿真时间2400 s，间隔60 s；6、本仿真中以200 m为步长，检测器间距从200 m到2000 m分成10组分别布设。

（三）仿真结果分析

本文通过微观仿真软件对实时道路交通状况进行仿真，采用加利福尼亚事件检测算法，对检测器的布设间距进行研究，得出如下结论：

1、交通检测器布设密度越大，交通事件检测效果越好。随着检测器布设的间距不断增大，事件检测效果在逐渐变差。因此在布设检测器的时候，要注意合理地考虑检测器布设密度问题。

2、综合考虑，检测器的布设距离存在一个合理稳定的范围，且会受到高速公路高峰小时流量、外界气候环境和经济因素的影响。本文得出相邻检测器间距在600-800 m时检测率较高，误报率越小，平均检测时间较短，经济性较好，可用来指导高速公路交通检测器布设的合理数目。

参考文献：

[1]姜桂艳，温慧敏，杨兆升.高速公路交通事件自动检测系统与算法设计[J].交通运输工程学报，2001，1（1）：78-81.

[2]杨耀华，李听，江芳泽.高速公路事件探测系统及算法[J].公路交通科技，2003，20（3）：133-136.endprint