确定城市干道检测器最佳布设位置的仿真研究.doc

文章编号：确定城市干道检测器最佳布设位置的仿真研究李 琳投稿日期：2003-12-05作者简介：李琳（1974），男，广东惠州人，路桥工程师。，金双泉（广东省公路勘察规划设计院，广东 广州 510507）摘要：路段行驶速度和行驶时间判断的准确性是进行交通管理和开发智能交通系统的基本条件。本文以仿真技术作为研究手段，就城市干道中用于判断路段车辆速度和行驶时间的检测器最佳布设位置的确定进行了大量的实验，并以长沙市五一路为研究对象将实际车速与仿真结果进行了对比分析。关键词：检测器位置；行驶车速；交通管理；城市干道；仿真技术中图法分类号：U491 文献标识码：A Study on Optimal Detector Location in Urban Arterial Roads with Simulation TechnologyLi Ling, ，JIN Shuang-quan (Guangdong Highway Design Institute, Guangdong Guangzhou 510507, China)Abstract: The estimation and provision of accurate travel speed or time information are essential for proper traffic management and successful ITS deployment. The paper tried to identify the best detector locations on urban arterial roads for estimate travel speed and travel time through a lot of experiments, and contrast actual speed and simulation result in Wuyi Road of Changsha City.Key Word: Detector location; Travel speed on arterial; Traffic Management0 引言研究表明，通过在高速公路上埋设环形检测器来获得即时的行驶速度能较好地反映真实情况；但对于城市干道，由于受各种因素如车道数、路段长度、信号灯绿时长、速度限制措施和交通量的影响，检测器反映的信息在一定程度上出现失真，而环形检测器作为交通管理和智能交通的研究重要的数据源，具有价廉和可靠性好等优点。本文拟以CORSIM仿真系统作为研究平台，利用仿真手段针对交通量、交通信号系统、路段长度、速度限制和车道数对检测器判断结果进行研究，以期确定不同条件下检测器的最佳布设位置，并将仿真结果与长沙市五一路实测数据进行对比分析，判断其可行性和有效度。 1 模拟方法城市交通网络中影响路段行驶速度因素的多样性决定了其判断或检测的复杂性；这些因素除引言中提到外还有转向交通、停车场的位置、行人、交通量构成以及驾驶员的行为。但城市干道因有相应的交通管制而相对较为顺畅，故本文只研究交通流量、信号系统、路段长度、速度限制措施、车道数对不同位置的检测器判断行驶速度准确度的影响。基于研究需要，路段长度的取值有如下原则：短路段检测器的定位不如长路段重要；相邻交叉口的间距小，则平均行驶车速的精确度低；交通管理和ITS研究更倾向于长路段。因此路段长度的取值范围为6001800m，交通流量取值范围为500pcu（低饱和流）5000pcu（高饱和流，在仿真试验过程中以500pcu/h为步长递增），速度限制取值分别为30、35、40、45km/h（以5km/h为步长递增），以及相应地将信号绿时长标定为20、30、40、50s（以10s为步长递增），车道数相应地分别标定为2车道和3车道。仿真试验的路段及相应的检测器布设位置如图1所示。图中示意的路段长度变化范围为6002000m，为了准确了解全路段行驶速度的变化情况，检测器每15米布设1个；试验的流程图如图2所示，全试验过程根据四个参数的变化总共在CORSIM系统中运算338次并得到相应的仿真结果，即通过检测器的平均车速。图1 仿真试验路段简图及检测布设示意图根据图2逻辑关系，仿真试验过程及步骤简述如下： 在CORSIM中创建仿真试验路段，并标定相应的初始仿真参数：路段长度为2000m，交通流量为500pcu/h，45km/h的速度限制，绿长时为20s以及2条仿真车道进行仿真运算，输出相应的仿真试验结果。即各检测器探测到的车辆通过速度。 保持第一次仿真试验的参数不变，将交通流量以500pcu/h步长的增加量更新原流量，直至V/C大于2，对每一次迭代都进行运算并输出结果。 将交通流量重新标定为500pcu/h，并保持其他参数，将限制速度以5km/h为步长由初始值45km/h递减直至为30km/h，同样对每次迭代运算并得出结果。 初始绿时长为20s，与上述步骤一样，以10s为步长递增至50s。 上述4步都完成，即将车道数改为3车道再次重复循环运算。2 仿真结果表1、2和图3、4分别为两个以交通流量为变量的仿真案例的运算结果。图中的曲线表明车辆以较低的速度靠近交叉口，以较高的速度驶离交叉口的一个速度连续变化的过程；另在高饱和的情况下，整条路段的行驶速度比低饱和的情况要低。可依据下式标定检测器的最佳位置： （1）式中：仿真次数；路段平均行驶车速；检测器的判断速度。以A为目标搜索相应条件下检测器布设的最佳位置，绿时长与路段长度的汇总结果见表3。表中结果表明：路段长度越长，检测器的最佳布设位置距下游交叉口越远。图5表示的是以路段长度为2100m、45km/h的限制速度、2车道和绿时长为40s的路段平均车速与检测器判断速度比较图；图中结果表明：当交通流量小于2500pcu/h时，最佳位置检测器的判断车速比路段平均车速要高，这是因为路段长度较长，检测器的位置埋设相对较远，在低饱和流的情况下车辆通过检测器时仍可保持较高的速度。在CORSIM中创建路网设定路网仿真参数：绿时长（G）=20s;速度限制值（S）=45km/h;交通流量（V）=500pcu/h;车道数(L)为2车道。加载交通流量仿真运算运算结果结束(V/C)2S=30G=50L=3V=V+500S=S-5V=500G=G+10,V=500,S=30L=L+1,V=500S=30,G=20NNYNYYYN图2 仿真流程图 检测器判断车速与路段平均车速统计表 表1项目交通流量5001000150020002500300035004000路段平均车速*41.239.939.937.133.226.313.66.4检测器编号检测器距下游交叉口距离检测器判断的通过速度A-4365544.443.543.539.839.226.610.47.52.4674467044.143.343.339.739.126.110.87.32.4484568544.243.343.339.839.226.511.07.02.4924670044.343.643.639.839.226.711.57.02.3924771544.043.643.639.739.127.112.26.92.4594873044.043.743.739.739.227.512.77.32.4484974544.143.643.639.739.228.012.97.02.3975076044.143.743.739.839.228.213.86.62.475-注：路段平均车速是指由CORSIM产生的有效度统计值。仿真参数为路段长2100m、45km/h的限制速度、2车道、40s绿时长。 检测器判断车速与路段平均车速统计表 表2项目交通流量50010001500200025003000350040004500路段平均车速*28.028.024.918.315.24.72.41.61.650检测器编号检测器距下游交叉口距离检测器判断的通过速度A-2538033.531.629.921.613.15.85.16.65.93.622639533.731.729.721.6135.355.85.83.482741033.731.629.921.9145.85.66.55.83.612842533.631.529.621.915.35.255.963.262944033.731.529.622.516.15.45.55.65.33.393045533.631.229.522.716.85.54.55.75.83.403146033.731.529.623.7185.24.95.96.73.833247533.831.629.623.619.74.74.95.65.23.78-注：路段平均车速是指由CORSIM产生的有效度值。仿真参数为路段长1200m、35km/h的限制速度、3车道、20s绿时长。图 3 检测器判断速度曲线图（案例1）图4 检测器判断速度曲线图（案例2）图5 检测器判断速度与路段平均车速对比曲线图（案例1） 检测器的最佳布设位置 表3路段长度（m）6009001200150018002100绿时长G=20s61213244351366427绿时长G=30s61274366457503564绿时长G=40s61290381472503655绿时长G=50s612903964885336863 实例评价根据2001年7月对长沙市五一路的交通调查统计资料，在CORSIM中建造五一路仿真路段并输入相应的数据：仿真时段绿信比、几何拓扑结构、各交叉口的流量流向，并根据以上研究在相应路段的最佳位置设置检测器。仿真检测器的判断速度与路段的实际调查车速对比情况见表4。从表4中可以看出，利用仿真手段模拟产生的检测器最佳位置，检测器的判断速度能较为准确地反映路段的平均速度。 仿真检测器判断速度与实测路段平均速度比较表 表4路段名称芙蓉路立交省政府晓园路口袁家岭路口湘江一桥西五一广场路段长度(m)60012001800绿时长(s)404550检测器布设位置(m)50400500速度限制(km/h)606040车道数(条)332时段（9:009:15）路段平均车速(km/h)19.425.726.4检测器判断车速(km/h)22.925.221.8差值(km/h)3.50.54.6时段（9:159:30）路段平均车速(km/h)18.225.331.6检测器判断车速(km/h)20.724.325.4差值(km/h)2.51.06.2时段（9:309:45）路段平均车速(km/h)18.625.419.4检测器判断车速(km/h)22.025.215.7差值(km/h)3.40.23.7注：五一路第4车道为公交专用车道，故在比较中按3车道评价，湘江一桥西五一广场取湘江一桥单向2车道为研究车道数。4 结论检测器判断路段行驶速度是进行交通管理和ITS研究和开发的重要数据来源。本文借助于CORSIM仿真系统为研究手段，就城市干道中在不同路段车辆速度和行驶时间情况下，确定检测器最佳布设位置进行了大量的仿真试验，并得出不同路段长度及不同交通流参数的情况下的最佳位置。仿真手段在检测器最佳定位中的研究方法和思路为交通技术的研究与发展在某种程度上具有启发和参考价值。参考文献：1 Sisiopiku, V.P., N.M. Rouphail and A. Santiago, “Analysis of correlation between arterial travel time and detector data from simulation and field studies”. Transportation Research Board 1457(1994):166-1732 Thomas, G.B “Optimal Detect