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信号 交叉口 排队 长度 动态 计算方法 研究

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第1 5 卷第3 期 2 0 0 2 年7 月 中国公路学报 C h i n aJ o u F l 7 t a o fH i g h w a ya n dT r a n s p o r t V 0 1 1 5N O 3 J u l y2 0 0 2 文童编号 1 0 0 1 7 3 7 8 2 0 0 2 0 30 1 0 1 0 3 信号交叉口排队长度动态计算方法研究 荣建 何民 陈春妹 北京工业大学交通研究中心 北京 1 0 0 0 2 2 摘要 利用北京市道路交通的实洲数据 对比分析了国外多种信号交叉口排队长度计算方法的结 果 在此基础上 以S I G N A L 9 4 为基本模型 针对北京市交通的实际情况 建立了适合北京市交通 特性和动态计算的排队长度优化模型 运用时间平滑处理方法减小了交通系统随机性对计算精度 的影响 经过实际数据的验证 在通常的交通条件下 优化模型的相对误差保持在5 左右 关键词 排队长度 动态计算 信号交叉口 中图分类号 U 4 9 1 2 6 4文献标识码 A D y n a m i cm o d e lo fc a l c u l a t i n gq u e u el e n g t ha ts i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n R O N GJ i a n H FM i n C H E NC h u n m e t T r a n s D o r t a t i o nR e s e a r c hC e n t e r B e i j i n gP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y B e i j i n g1 0 0 0 2 2 C h i n a A b s t r a c t M e a s u r e m e n t so ns e v e r a lq u e u el e n g t hm o d e l sw e r ec o m p a r e dw i t he a c ho t h e rb a s e do n t h es u r v e yd a t af r o mD o n g d a ni n t e r s e c t i o n T h e nS I G N A l 9 4w a ss e l e c t e da st h eb a s i cm o d e lf o r d e s c r i b i n gt h et r a f f i cc o n d i t i o ni nB e i j i n g A no p t i m u mm o d e l w h i c hw a ss u i t a b l ef o rd y n a m i c c a l c u l a t i o n w a sp u tf o r w a r db a s e do nt h ea n a l y s i so fo v e r s a t u r a t e df l o wa n dam e t h o do ft i m e s m o o t hw a sp r o v i d e di no r d e rt or e d u c et h ee r r o rd u et or a n d o mc h a r a c t e r i s t i c so ft r a f f i cs y s t e m B a s e do nt h es u r v e yd a t aa n a l y s i s t h eo p t i m u mm o d e lW a sp r o v e n a n dt h eq u e u el e n g t h p r e c i s i o nw a sa b o u t9 5 u n d e rt h ep r e v e i l i n gt r a f f i cc o n d i t i o n s K e yw o r d s q u e u el e n g t h d y n a m i cc a l c u l a t i o n s i g n a l i z e di n t e r s e c t i o n 0 弓l言1 信号交叉口排队长度计算方法回顾 随着北京申办2 0 0 8 年奥运会的成功 尽管近年 来北京在交通基础设施和交通管理方面取得了长足 的进步 但相对全面 系统的交通管理还有相当的距 离 为此 北京市进行了 北京市道路交通流动态显 示系统 的研究 其中核心的工作就是建立道路交通 流的评价指标体系 信号交叉口的排队长度作为重 要的评价指标 具有举足轻重的作用 笔者是在项目研究过程中 吸取国外此类研究 先进经验的基础上 综台考虑北京市道路交通实际 状况 提出了适用于j E 京实际情况且便于进行动态 分析的信号交叉口排队长度优化模型 从而为北京 市实施科学 规范的交通管理提供定量的基础依据 在交通流理论的研究过程中 先后提出了多种 排队长度计算方法 其中较为经典的是M I L I E R A K C E L I K S Y N C H R 0 3 S I G N A L 9 4 T R A N S Y T 排队长度模型L l j 各模型的具体形式如表l 所示 这 些模型都是认为排队长度与来车强度和红灯时间有 关 不同模型还考虑了不同的影响因素 提出不同的 公式形式和参数 2 各种模型的精度对比 笔者采用长安街东单路口2 0 0 0 年9 月6 日 1 1 3 0 1 5 3 0 的交通流数据 对上述模型的精度进 行对比分析 收藕E l 期 2 0 0 1 0 8 2 4 作者筒介 荣建 1 9 7 2 一 男 I M U t l 乐山 北京工业大学副教授 工学博士 万方数据 1 0 2 中国公路学报2 0 0 2 年 表1 排队长度计算模型 公式名称公式 说明 S l G N A L 4 Q 崔垫掣型 篡 1 排队长度的影响因素包括来车强度 红灯时同及到达分布系数 2 排队长度与上述三者的乘积戚正比 LT A K C E L l K 和 一薯耸 1 当前周期的排队长度等于分析时段内平均特留车辆数与当前周 期来车造成排从的车辆数之和 S Y N C H R 0 3 2 当前周期来车造成排队的车辆数与来车强度和红灯时间的乘积 D e x p I 3 2 3 1 S G 1 一 悯 成正比 与卜一周期删余饱和度成反此 j 当前周期排驮长度等于平均滞留车辆数与当翦周期红灯时阐内 M I L I E R 一 1 一l s 2 s 1 d s r o 1 一 十铂R 到达的车辆敷之和 2 摸型形式与A K C E L I K 模型娄越t 但授有考虑剩余通行能力对排 队长度的影响 Q Q Q I 排队妊度等于平均滞宙车辆数与当前周期来车造成捧队的车辆 乱 芸嚣i 投之和 2 当前周期束车造戚排队的车辆数随交通捌c 状态的变化而变化 当 T R A N S Y T 交通械处于非饱和状态时 它与柬车强度和红灯时间的乘积成正 Q rL 7 一l V z 1 2 葫J 比 当交通舌 c 处于饱和状态时 它与道路通行能力和红灯时间的乘 积成正比 l0 z x J 3 当饱和度大十饱和度阐值时 平均滞留车辆戤大干零 舌则为零 洼 Q 为第 周期的尿丈排队长度 v e h 旬 为丹析崩内平均滞留车辆散 v e h 为第n 周期的车辆达到流率 v e h s R 为红灯时间 s n 为第n 周期滞田的排队车辆教 v e h G 为绿灯时间 s S 为饱和流串 v e h s f 为饱和度 z q Q q 为车辆平均到达卓 在时1 9 段 T 内不变 为到达分布系数 在S I G N A L 9 4 巾为2 X 为饱和崖阁值 谈值以下不会发生排队 该值和该值以L 会发生排队 x 删06 7 器 为信号周期L s 为通行能力 v e h h Q 为红灯期问积累的年辆数 v e h 2 1 确定路口饱和流率 饱和流率是计算排队长度的基本参数 指交叉 口进口处有相当长的车辆排队等待时 有效绿灯时 间内通过的最大小时流率 笔者采用了两种调查饱 和流率的方法 一种是直接利用高峰时期内出现的 饱和周期直接观测 另一种方法是利用人工观测方 法对非饱和周期中的饱和时段进行观测 1 饱和周期调查 根据实测数据处理了五个饱 和周期 结果见表2 2 非饱和周期调查 非饱和周期从排队车辆中 表2 饱和周期调查的饱和流率 调查样车 样本l 样车2 样本3样本4样本5 绿灯开始时间1 4 2 0 2 61 4 2 9 5 8i 4 I3 9 5 51 4 4 2 3 01 4 4 6 2 3 绿灯结束时阃 1 a 2 1 3 0 1 4 f 3 jf 0 01 4 4 l 0 81 4 4 3 4 314 4 8 0 4 绿灯时同0 0 1 0 40 O l 0 20 0 1 1 30 0 1 130 O l 4 1 起动损失时间 0 0 0 1 00 0 0 1 00 0 0z 1 8 0 t 0 0 1 3 00 0 1 Z 本周期通过车辆教 v e h i 2 61 3 6l6 1 2 19 启动损失时间通过车辆 v e h 1 61 51 81 9 饱和藏草 v e h h a n e 16 6 Z17 3 5l8 7 518 3 0 平均饱和藏事 v e h h l a n e 1 7 7 5 的第4 辆车经过停车断面线以后 开始统计 5s 非饱和周期样本2 8 1 个 结果见表3 表3 非饱和周期调查的饱和流率 实测的饱和流率为 7 5 0v e h h l a n e 2 2 确定车辆到达率 样奉量 2 8 1 平均5s 通过车辆数 驰h2 4 3 平均5s 通过车辆敷方差 卵h 0 3 7 芈均车头时距 s Z O f f 饱和流牢 v e h h l a n e 1 17 4 7 综合两种方法的处理结果 可以得到直行车道 北京现有的检测线圈是为原有S C O O T 系统服 务的 多数的检测器都埋设在交叉口的出口位置 长 安街东单路口的线圈布设位置见图1 而排队长度 计算模型需要入口引道的车辆到达分布 针对这种 情况 分析断面B D 的交通量分布规律 利用最小 二乘法标定车队从检测器断面到人口断面的离散系 数口为2 2 6 55 万方数据 第3 期荣建 等 信号交叉口排队长度动态计算方法研究 1 0 3 I 甲 摄馓机 芦 一等 厂弋焉 彳7F 图1长安街乐单路u 实地观铡 2 3 对比路口排队长度模型精度 在2 1 节饱和流率以及实测交通数据 包括绿 灯时间 交通量 通行能力 的基础上 对比实测排队 长度与表1 中排队长度计算模型得出的结果 然后 将它们的结果与实测排队长度对比 结果见图2 蹦2 计算排队长厦樱型肘比 由图2 可以看出 各计算方法的结果都能较好 地反映实际排队长度时间的变化趋势 各计算结果 都比实际排队长度小 因此 在选择现有排队长度计 算模型的基础上 根据北京的实际交通状况 通过修 正现有模型建立排队长度优化模型 3 建立排队长度优化模型 3 1 现有模型的筛选 在模型精度都有偏差的情况下 对现有模型的 筛选主要考虑的是动态特性的需求 对于 M I I I E R A K c E I I K S Y N C H R 0 3 T R A N S Y 丁等 模型 尽管模型中的参数物理意义明确 但由于模型 参数较多 不适于动态修正 相比之下 S I G N A I 9 4 模型中只有离散系数a 需要标定 且利用现有检测 线圈的检测数据能够很好地标定模型参数 因此 选 定s I G N A I 9 4 模型作为优化模型的基本框架 通过 分析该模型在实际交通流变化情况下的适用性 建 立符合北京市交通流特性的排队长度优化模型 3 2 建立优化模型 当交通需求大于通行能力时 绿灯结束时仍有 一定的滞留车辆在进口引道排队 此时 必须对公式 进行修正 在S I G N A l 9 4 中也提供了过饱和周期的 计算方法 但是其计算方法经过实际验证 与北京市 实际交通流情况相差甚远 因此 笔者提出如式 1 所示的排队长度优化模型 其中 第一项计算正常来 车引起的排队 第二项计算前一周期滞留下来的排 队车辆数 D 一0 Q a q R D 1 1 一 f 上 一1 口 c G s 十L D 川 C L G S 0 D H q L G S 式中 c 为周期长度 s L 为起动损失 v e h 其他 符号同表l 显然 上述模型的初始条件应该是排队长度为 零 在实际交通流中 要求分析周期的前一周期为不 饱和周期 除了在高峰时期 很少有交叉口总是保持 在饱和状态 可见 该优化模型具有较好的稳定性 能够从多数时刻启动 开始准确的排队长度递推汁 算 4 排队长度优化模型的精度分析 4 1 各周期的计算精度分析 将实测数据分为1 1 3 0 1 2 3 0 1 3 0 0 1 3 3 0 和l4 3 0 1 5 3 0 三个时段 按式 1 计算 对比排队 长度的计算值与实测值 图3 发现 前两个时段中 相对误差大于3 0 的周期数为2 占分析周期的 4 0 绝对误差小于3v e h 的时问占分析周期的 8 0 O 两个时段总的绝对误差平均值为1 0 9v e h 相对误差平均值为1 1 0 而最后一个时段 由于 刚执行完勤务 信号灯一度改为手动控制 模型的初 始最大排队长度近5 0v c h 在此情况下 优化模型的 计算精度有所下降 最大绝对误差为9 8v e h 相对 误差为2 0 9 可见 优化模型能较好地描述通常 交通状况下的排队长度 而计算拥挤状态的排队长 度时精度有所下降 之 例 出 矗 世 篇寮 鬻冀 蛊景 雩 罱寓 爱喜囊鲁誊耋商蓉苎崮誊喜螽窘三 粕i越叠i 二 时间 注 时置一为z 1 1 3 2 1 6 1 2 2 8 5 6 时臣二为 1 3 0 2 1 61 3 3 2 1 6 时置i 为 1 4 3 4 3 81 5 1 7 1 1 圜3 各用期内优化模强糕度对比 下转第1 0 7 页 睁 加如蚰如 m o 万方数据 第3 期祁东辉 等 L P G 柴油双燃料发动机排放特性的研究 1 0 7 加 另外 转速升高后 每循环燃烧所占的时间减少 碳烟生成后来不及进一步氧化而较多地排出机外 转速较低时 燃烧室内的气流运动较弱 混合气形成 条件恶化 油气混合不均匀 引起局部缺氧 碳烟生 成量增加 图5 b 为平均有效压力对碳烟的影响 随着平均有效压力的升高 烟度的排放明显提高 因 为负荷增大 每循环喷油量增加 过量空气系数减 小 燃烧向缺氧方向发展 从而使烟度升高 5 燃用1 P G 柴油双燃料时小负荷应增加引 燃油量而大负荷应减少 6 如何降低小负荷时的H C 以及使大负荷时 N O 不过多增加 是双燃料发动机亟待解决的问 题 可采用机电联合控制或电控喷气 控制不同工况 下的气体燃料替代率来解决 参考文献 4 结语 门 1 燃用I P G 柴油双燃料时碳烟排放明显降 低 在小负荷可以实现无烟燃烧 2 燃用L P G 柴油双燃料时C 排放在低转 速 小负荷时非常高 而在商转速 大负荷时接近于 柴油机 甚至低于柴油机 3 燃用I P G 柴油双燃料时H C 排放明显高 rd 于柴油机 在大负荷较为接近 4 燃用L P G 柴油双燃料时N O 排放在小负 5 荷时低于柴油机 而在大负荷时较高 K A R I MGA Z H A D AYA na n a l y t i c a lm o d e lf o r k n o c ki nd u a lf u e le n g i n e so ft h ec o m p r e s s i o ni g n i t o r t t y p e J S A EP a p e r 8 8 0 1 5 1 K A R I MGA I T UZ J O N E SW E x h a u s te m i s s i o n s f r o md u a lf u e le n g i n e sa t l i g h tl o a d J S A EP a p e r 9 3 2 8 2 2 K A R I MGA Z H I G A N GL I U Ap r e d i c t i v em o d e lf o r k n o c ki nd u a lf u e le n g i n e s J S A EP a p e r 9 2 1 5 5 0 李勤 现代内燃机排气污染物的测量与控制 M 北 京 机械工业出版社 19 9 8 胡选民 李飞鹛 内燃机废气净化 M 北京 中国铁道 出版社 1 9 9 4 上接第1 0 3 页 4 2 时间平滑处理后的精度分析 由于交通流特性本身具有的随机性 可能导致 结果的剧烈波动 为减少交通流随机性对优化模型 精度的影响 选取了交通分析中通常采用的1 5m i n 做时间平滑处理 结果见图1 结果发现 第一 二时 段的相对误差分别由1 1 6 和9 9 下降到6 1 和5 2 绝对误差也由I 0 9v e h 下降到0 8 9v e h 时间平滑对第三时段提高精度尤为明显 其相对误 差由2 9 6 下降到1 2 4 绝对误差从4 4v e h 降 为2 3v e h 由此可见 通过简单的时间平滑处理 不 仅可以提高优化模型对通常交通流状况下排队长度 世c 站 吝 撇 的计算精度 而且增强了该模型对变化剧烈的交通 流状况的描述能力 同时也提高了计算精度 5 结语 笔者利用北京市东单路口的实测数据 在标定各 模型参数的前提下 对比分析了国外信号交叉口排队 长度计算精度 在此基础上 选择了适台于动态分析 的S I G N A l 9 4 作为描述北京市实际排队长度的基本 模型 针对北京市交通状况 提出了排队长度优化模 型 并根据实际数据分析结果 提出了1 5m i n 时间平 滑的数据处理方法 利用实测数据进行精度分析 证 明了优化模型的有效性 其计算精度在通常交通流状 况下可达到9 5 左右 排队长度优化模型的建立解 决了 北京市道路交通流动态显示系统 的关键问题 为全面完成该系统打下了良好基础 参考文献 1 c I N D YM Y s T K o w s K I S A R O S HK H A N E s t i m a t l n gq u e u el e n g t h su s i n gS I G N A L 9 4 S Y N C H R 0 3 T R A N S Y T 一7 F P A S S E R 一9 0 a n dC O R S I Mr A T h e7 8 T r a n s D o r t 8 t l o nR e s e a r c hB o a r dA n n u a l M e e t i n g C W a s h i n g t o n D C T r a n s p o r t a t i o n R e s e a r c hB o a r d 19 9 9 i i 度 s i 黼 N 冀簧年H 型摸 i c I 龇 o 一栅蝣娃 口I 9 2 滑 甲 口 H 恫 嚣 0 兰H 叭 口 N z 圉 如 加 m O 万方数据 信号交叉口排队长度动态计算方法研究信号交叉口排队长度动态计算方法研究 作者 荣建 何民 陈春妹 作者单位 北京工业大学交通研究中心 北京 100022 刊名 中国公路学报 英文刊名 CHINA JOURNAL OF HIGHWAY AND TRANSPORT 年 卷 期 2002 15 3 被引用次数 11次 参考文献 1条 参考文献 1条 1 CINDY MYSTKOWSKI SAROSH KHAN Estimating queue lengths using SIGNAL94 SYNCHRO3 TRANSYT 7F PASSER 90 and CORSIM 1999 本文读者也读过 2条 本文读者也读过 2条 1 陈小红 钱大琳 钮志强 CHEN Xiao hong QIAN Da lin NIU Zhi qiang 混合交通下信号交叉口排队长度计算模 型研究 期刊论文 交通运输系统工程与信息2010 10 1 2 杨少辉 王殿海 马林 交叉口延误时间和排队长度计算模型研究 会议论文 2006 引证文献 11条 引证文献 11条 1 李凤 王殿海 别一鸣 流量预测精度对控制效果的影响 期刊论文 中国科技论文在线 2008 10 2 祁宏生 王殿海 路段排队最远点估计方法研究 期刊论文 交通与计算机 2008 6 3 贾晋宁 王新萍 基于网络拥塞反馈控制原理的交通调度研究 期刊论文 钦州学院学报 2011 3 4 祁宏生 王殿海 信号控制交叉路口车辆排队长度 期刊论文 吉林大学学报 工学版 2009 6 5 刘松涛 自适应信号控制条件下的交通流预测模型研究 期刊论文 中国新技术新产品 2010 22 6 陈小红 钱大琳 钮志强 混合交通下信号交叉口排队长度计算模型研究 期刊论文 交通运输系统工程与信息 2010 1 7 代磊磊 姜桂艳 裴玉龙 饱和信号交叉口排队长度预测 期刊论文 吉林大学学报 工学版 2008 6 8 张和生 张毅 胡东成 路段平均行程时间估计方法 期刊论文 交通运输工程学报 2008 1 9 徐晓丹 林丽 城市隧道口交通优化方案研究 期刊论文 森林工程 2013 5 10 陈琳 数字控制系统优化算法若干问题的研究 学位论文 硕士 2006 11 凌镭 城市单点信号交叉口时空资源优化技术研究 学位论文 博士 2004 本文链接

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