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中观交通仿真模型INTEGRATION及其案例应用

2022-03-23 来源:易榕旅网
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中观交通仿真模型INTEGRATION 、 及其案例应用 滕怀龙.于 雷,赵 慧.姜乙甲 (北京交通大学交通运输学院,北京l0H0O44) 摘要:交通仿真模型可以分为宏观、中观、微观三类,中观交通仿真模型是一种能够兼顾宏观与微观模型优点的交通流 动态仿真模型。国内对宏观、微观交通仿真模型已有很多研究,但是对于中观交通仿真模型的研究还很少。根据中观交通仿 真模型INTEGRATION的模块构成及功能特点,将其应用于道路交通中,并结合实例加以分析,对于推动国内中观交通仿真 模型的研究及国内路网规划的逐步完善具有重要的理论和实践意义。 关键词:中观仿真模型;跟车模型:INTEGRAT10N仿真模型 中图分类号:U491.123 文献标识码:A 文章编号:1002--4786(2008)01-0148—04 Mesoscopic Trafic Sifmulation Model INTEGRATION and Its Case Application TENG Huai-long,YU Lei,ZHAO Hui,JIANG Yi—Jia (School of Trafifc and Transportation,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China) Abstract:Traffic simulation models can be classified into three types,macroscopic,mesoscopic,and microscopic simulation models.The mesoscopic traffic simulation model combines the merit of macroscopic and microscopic simulation models.In China,studies on macroscopic and microscopic trafic simulatifon models have been extensive,however,similar studies on the mesoscopic traffic simulation models are scare.According to the model structure and functions of mesoscopic tramC simulation models INTEGRA一 可由于临界间隙的不可观测性,因而并不能从理论 上证明临界间隙服从正态分布。 相比之下,上述前两种方法都是从连续车流提 供给行人穿越间隙的角度来考虑临界间隙的,而第 三种分析方法则利用Raff方法的原理,将行人在无 车辆到达冲突区时穿越的最小时间作为行人可穿越 [1]Lester A.Hoel。Traffic and Highway Engineering [M].West Publishing Company,California,1988. [2]Werner Brilon。Use ̄l estimation procedures for critical gaps[J]。Transportation Research Part A,1 999, 33:161-186。 作者简介:陆斯文(1983一),男(汉族),上海人,现为同济 的最大拒绝间隙,从而结合可穿越间隙分布函数与 最大拒绝间隙分布函数来得出行人穿越的平均临界 大学交通运输学院硕士研究生.研究方向为道路交通安全; 方守恩(1961一),同济大学交通运输工程学院道路与机场工 程系教授,博士生导师.同济大学交通运输工程学院党委 书记,中国公路学会计算机应用学会理事、上海市土木工 程学会计算机应用专业委员会副主任委员、世界道路协会 (PIARC)个人会员,主要从事道路与交通工程专业的教学与 研究工作,主要研究方向包括:道路规划与设计理论与方 间隙,但其值受到了行人反应时间的影响。因此, 通过以上所述 种方法得出的平均临界间隙可以用 来解决今后的行人延误时间、行人过街的通行能力 和行人与车辆的冲突等问题.从而有效地解决行人 过街安全问题。 法、道路交通安全、道路计算机辅助设计等。 收稿日期:2007—05—3l 参考文献 ,TION N0 ̄1;2o【)8(ISSUE NoA73) 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年第l期(总第173期) 交癌与安宝 TION,applications are introduced based on examples,which are of great signiifcance study of mesoscopic traffic simulation models and improvement of road network planning. Key words:mesoscopic simulation model;cal"一following model;INTEGRATION 交通仿真是一种运用现代计算机技术再现交通 流时间和空间变化的模拟技术.根据交通仿真模型 对交通系统描述的细节程度的不同,可分为宏观、 中观和微观三种交通仿真模型。其中.宏观交通仿 是车辆跟驰模型和交通流模型,其基本原理是: INTEGRATION模型中微观层次的参数根据模型中 宏观层次的交通参数而确定.即单车的速度是基于 路段的自由流速度、通行能力、阻塞密度等宏观交 真模型主要用于城市整体规划,它以车辆整体流动 通流参数而确定的。此外,该模型中另外一个显著 为研究对象.能够分析和重现交通流的宏观特性, 特点是能够进行准动态OD模拟.这是由于静态的 但模型的灵活性和描述能力却较为有限,且缺乏对 交通分配无法达到准确性要求.而实时动态交通分 道路横纵断面和交通控制与管理特点变化的考虑。 配所需数据量相当宏大.且对硬件设备和交通基础 微观交通仿真模型以个体车辆行为为研究对象,能 环境的要求十分苛刻。可见.基于准动态中观层面交 够非常细致地描述交通系统中每一时刻每一辆车的 通流分配技术的INTEGRATION模型能够兼顾这两 驾驶行为及其相互作用关系.但其运算速度及内存 个方面的需求,更好地再现实际路网的交通状况ll1。 需求会随着车辆数的增加而增加.因此一般适用于 INTEGRATION模型主要由六个模块构成.各 中小型路网的交通仿真研究。中观仿真模型以车辆 模块分别承担着不同的功能,下面分别予以简要介 群体为研究对象,与宏观模型相比.它可以较为细 绍。 致地描述交通流特性。除此之外,中观仿真模型还 1.1 车流分布模块 可以描述车辆之间的相互作用,虽然在这方面它不 1.1.1车流的启动 如微观仿真模型细致,但是运算速度较微观模型 在实际进行仿真之前,该模型将根据输人参数 高.因此适用于大中型路网的交通仿真 。 生成车流信息,并计算出每辆车的出发时间,当预 目前我国对宏观、微观交通仿真模型的研究较 定出发时间来临时系统会自动生成车辆进人路网。 多,并且TRANSCAD、VISSIM等模型已经在我国 1.1.2车流速度的确定 得到了广泛的应用,然而对中观仿真模型的研究还 当车辆在某车道行驶时,其速度主要根据同车 处于起步阶段。由于中观交通仿真模型解决了以往 道下游方向车辆之问的车头时距来确定,且每毫秒 宏观交通仿真模型不能描述排队长度和延误等详细 更新一次。 交通状态指标.以及微观交通仿真模型不能描述 1.1-3车流的排队 OD对交通系统产生的影响等问题,所以中观仿真 车流排队长度取决于队列中车辆的相关速度【1]。 模型在交通领域有着其独特的优势,因此有必要对 1.2车辆跟驰模块 中观交通仿真模型进行深人的研究。鉴于此,本文 车辆根据它与同车道下游方向车辆之间的车头 将重点介绍目前世界上广泛应用的中观交通仿真模 时距来计算速度,车辆的空间位移每毫秒更新一 型——INTEGRATION,从该模型的基本原理、模 次;每毫秒得到的更新地点就作为在下一个毫秒中 块构成、应用和实例分析四个方面分别进行介绍。 计算新的车辆时间间距和速度的基础。车辆的速度 1 TEGRATIoN模型基本原理及模块构成 是根据车辆跟驰模型计算得到的,且该路段上的车 INTEGRATION模型于20世纪80年代中期由加 流运行状态要符合宏观模型标定的速度一流量一密 拿大皇后大学的Michel Van Aerde教授开发,目前 度曲线关系l】1。 已经发布了INTEGRATION 2.30版本。INTEGRA— 1.3车道变更模块 TION模型混合使用了微观和宏观的交通流理论, 该模型针对每辆车共计算了三种速度:车辆在 因而被认为是准微观模型,又称为中观仿真模型。 占用车道中继续行驶的潜在速度、车辆在其占用车 该模型最大的特点是将宏观交通流参数与微观交通 道的左边和右边车道中可能的行驶速度。当车辆计 流参数结合起来综合再现道路交通状态.核心理论 划变更车道时,将提前计算这三种速度,并选择三 维普资讯 http://www.cqvip.com

交圈与安呈 种速度中速度最高的车道行驶[21。 1.4路径选择与交通分配模块 2008年第l期(总第173期) INTEGRATION提供了详细的驾驶员(或车辆) 行为模拟,能够评价路径诱导系统的有效性、匝道 控制和信号控制策略的影响、事故的模拟等,从 而开展不同仿真方案的模拟,为管理者提供决策支 持。 2.1 模型在交通控制方面的应用 INTEGRATION提供了详细的驾驶员(或车辆) 行为模拟。模型提供了7种路径选择方法:迭代加 权分配法(MSA)、分组反馈分配法(SFA)、个体反 馈分配法(IFA)、动态交通流分配法(DTA)、法兰 克一沃尔夫算法分配法(FWA)、外部路径选择法 (ER)、基于距离路径选择法(DBR)。无论选用哪种 交通分配方法,模型的路径选择均是通过使用列有 从起点到终点所经过的所有路段的排列矩阵来实现 的。此外.在路径选择方面,INTEGRATION模型 也充分考虑了路段使用和转弯限制等因素,从而能 够真实地反映实际路网特征…。 1.5高速公路模块 1.5.1 合流 2.1.1 模拟分析路段交通流的运行状况 通过模拟.可再现路段的交通流运行状况,反 映该路段的交通量、平均速度、延误等信息。 2.1.2模拟分析交叉口处交通流运行状况 该模型可以模拟不同信号配时、不同渠化方案 下交叉口处交通流的运行状况。 2.1.3模拟分析高速公路的匝道控制 高速公路的匝道控制主要针对高速公路的合 流、分流、交织情况进行模拟分析。当两个交通流 在仿真过程中,当两支交通流汇合时,模型将 对汇合的交通流进行动态的交通分配。在进入快速 路或高速路的匝道汇合处,根据车流的到达率在匝 道上游、下游、匝道处形成车辆排队。如果没有加 速车道,车队会排队于匝道汇合处的上游。 1.5.2分流 汇合的时候,汇合能力是通过授权给两条汇合道路 非排队能力的比例来进行分配的:在接近分流处. 当进入某一条道路的交通流量高于其通行能力时, 同样会产生排队现象。另外.车流交织所产生的影 响大小与车流跟踪和换道行为的交互作用有关。 2.1_4模拟分析高速公路的停车收费 通过设置交费路段、收费时段.可以模拟分析 高速公路的收费情况。 2.2模型在信号控制方面的应用 在快速路分流处,当道路流量超过它的通行能 力、匝道下游有信号灯或下游主路产生交通阻塞 时,也会产生排队现象。模型将把最终排队长度作 为匝道超饱和程度的函数来计算。模型根据不同车 辆在路段上不同的走行时间来进行分流仿真。 1.5-3交织 该仿真模型可以用于信号灯控制的交又口和立 交桥的方案设计、评选和优化。本模型利用Web— ster和Cobber方法对信号配时进行优化[1】,同时它并 车流交织区域与换道行为有关,车辆换道会降 不局限于使用统一的信号周期.模型既可以评价两 个子网络间无协调的效果.也可以评价把一个单独 的信号从一个协调网络中去除后所产生的影响,还 可以有效地评价对某一交叉口采取一些特殊控制所 低该区域的平均速度,本仿真模型能对此进行动态 中观仿真。 1.6交通信号仿真 1.6.1交叉口信号 产生的影响。 2-3模型在公交方面的应用 当交通信号为红灯时,车辆遵循跟车理论,不 同的是红灯在仿真模型中被认为是刚超越停车线的 车辆.靠近红灯的车辆减速,车距减小。接下来的 车辆将会自动地跟随在首辆车后进行排队,车距由 阻塞密度确定。 2.3.1模拟分析公交线路 通过设置和定义公交的停靠站、公交的发车间 隔、公交车在公交车站的停靠时间、公交线路等. 可以模拟公交线路的运行情况。 2.3.2模拟分析专用道线路 1.6.2交通信号的冲击波 当绿灯开始时首辆车加速.将引起两个冲击波 通过设置专用道线路、车道以及所允许行驶的 车辆类型,可以模拟专用道的运行情况。 2.4模型在可变信息标示方面的应用 同时产生,第一个冲击波从停车线向下游移动,第 二个冲击波从交通信号停车线向上游移动。 2 TEGRATIoN模型在道路交通中的应用 通过在路段上设置可变信息情报板,可以分析 维普资讯 http://www.cqvip.com

2008年第1期(总第173期) 交蘧与安至 不同比例车辆接受该信息所产生的影响.从而评价 公交场站的位置、规模及公交线路信息、专用道组 路径诱导系统的有效性。 织方案。随时间变化的路段流量信息和宏观模型平 2.5模型在交通信息采集方面的应用 日OD信息主要用于动态OD反推,从而获得适用于 模型主要通过设置线圈检测器或浮动车.开展 中观模型的OD信息[5】。 交通信息采集工作。具体而言,当一辆车通过设有 利用INTEGRATION仿真后,可以得到平日关 线圈探测器的地点时,系统就会记录该车及车速和 键时段路网运行速度、路网负荷度和拥堵路段变化 估算车辆探测器的占有率;针对不同的车辆类型, 率等指标。通过对指标的分析,可以识别出平日关 可以设置不同比例的浮动车。 键时段下仿真路网中的重点拥堵路段.评价公交场 3 国内外INTEGRATION模型应用现状 站的规模能否满足奥运会观众的需求。 3.1 国外应用现状 根据仿真得出的结果,用户可以通过在路网中 自从2O世纪8O年代INTEGRATION模型开发出 设置信息显示牌、调整拥堵交叉口的信号配时等措 来以后,广泛地应用于美国及其他很多国家的工程 施,对仿真方案进行优化.从而改善整个路网以及 项目仿真中,如美国MTO IBI McCormick—Rankin高 高等级道路的拥堵状况,从整体上提高车流的运行 速公路交通诱导系统及荷兰的Goudappel Coffeng交 效率,保证道路交通的服务质量。 通监测系统的开发;加州大学伯克利分校的PATH 图1、图2、表l所示为I一I{,III N rEGRATION仿真得出 项目:美国波士顿市中央干道/隧道工程:模型同 的路网优化前后路网运行速度、路网负荷度和拥堵 ∞∞∞∞∞∞∞m 0 时在美国通用汽车研究实验室TravTek系统开发 路段变化率的对比分析。 (交通路线引导系统)中发挥了重要作用,并应用到 l-▲-椅 前 了对TravTek(交通路线引导系统)的评估中;在盐 固—0 呕 艮 = J 湖城冬季奥运会中JHK国际交通咨询公司应用IN— 赛§ 岛 TEGRATION模型对盐湖城的道路交通网络进行了 胡 香 , ◆ 仿真,为冬奥会的交通组织做出了贡献。 3_2 国内应用现状 INTEGRAnON模型在我国的应用还不是很广 15:30 16:00 16:30 17:O0 17:30 18:0o 18:30 19:O0 19:30 2O:0o 泛,北京交通大学交通运输规划与管理长江学者研 时间 究中心率先引入了INTEGRATION模型.并将其应 图1 平13关键时段路网优化前后速度对比 1.0o 用于北京市路网可靠性课题研究和奥运交通仿真系 O.8O l-◆-优化前 统课题研究及其他相关研究中。他们在北京市路网 O.60 l_口_优化后 可靠性课题研究中,应用IN IEGRATION模型对首 蓑o-40 E 1 程;芒f 西 体演唱会观众的进场和散场进行了模拟.为可靠性 O.2O 指标的分析提供了基础信息;在奥运交通仿真系统 O.oo 15:30 16:00 16:30 17:00 17:30 18:00 18:30 19:00 19:30 20:00 研究课题中,对高峰时间段、发生紧急事件的奥体 时间 公园周边路网进行了仿真,为奥运交通系统搭建了 图2平13关键时段路网优化前后负荷度对比 中观仿真平台,并识别出了路网中的重点拥堵路 表1 平日关键时段路网优化前后 段,从而能够为开、闭幕式、关键时段下的交通组 重点拥堵路段长度比例对比表 织提供辅助决策支持。 长度(km) 比例 变化率 道路等级 4案例分析 优化前 优化后 优化前 优化后 (%) 利用INrIEGRATION模型搭建奥林匹克公园周 路网 19.578 7 15.127 4 0.040 7 0.O31 4 -22.74 边道路交通网的仿真平台,对平日关键时段下路网 运行状态进行仿真分析。仿真范围北至北五环,南 通过比较优化前后路网运行速度(见图1),可 至北三环,西至学清路和学院路,东至京承高速公 以看出优化后的路网运行速度较优化前在17:30~ 路。基础数据主要包括4个方面:平日路网信息、 19:00时间段内有所提高.其他时段速度变化不明 维普资讯 http://www.cqvip.com

公路工程与运辑 2008年第1期(总第173期) 李洪军 (湖北交通职业技术学院,湖北武汉430079) 摘要:锚杆加固技术用于边坡加固具有施工机动灵活、施工快、安全、造价低等优点,在公路建设中被广泛地应用于 加固高挖方边坡工程中。 关键词:锚杆加固;硬岩;软岩;高边坡;防护 中图分类号:U416.14 文献标识码:B 文章编号:1002—4786(2008)01—0152—04 Application of Anchor Bar in High Slope Consolidation and Protection LI Hong-jun (Hubei Communication&Technology College,Wuhan 430079,China) Abstract:There are many advantages of anchor bar technology applied in high slope protection,like flexible construction,rapid construction period,safety and low cost.Anchor bar technology has been wide— ly used in high slope construction of highway development. Key words:anchor bar;hard rock;soft rock;high slope;consolidation and protection 我国是一个地形、地质结构复杂,山体分布较 是高速公路修建的重要部分。上个世纪80年代中期 以前,我国主要以低等级公路建设为主,路基高边 多的发展中国家,随着我国西部大开发步伐的进一 步加大,公路建设显得尤为重要。边坡的防护加固 坡很少。进入90年代以后,我国高速公路迅速发 和快速路的拥堵情况):拥堵路段里程有了明显减 <>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>●<>● 显.说明优化后的方案显著改善了路网的运行状况。 平日关键时段路网优化前后的路网负荷度随 时间的变化趋势基本相同,即随着时间的推移, 负荷度逐渐增大,在18:00达到最大值,随后逐渐 降低(见图2)。 少(见表1);对于公交场站规模分析而言,在考虑 公交车周转因素等情况下,公交场站运营区的泊位 数均能满足奥运公交停车的需求。 5 小结 由表1可知,通过对路网进行优化,重点拥堵 路段的长度有了明显的下降。 本文详细介绍了中观仿真模型INTEGRAT10N 的模块构成及其在道路交通中的应用,对其在国内 外的应用现状也进行了深入的分析,并且应用IN— TEGRATION模型对奥运公园周边路网进行了模拟 通过对INTEGRATION仿真结果的分析可知. 平日关键时段路网主要集中在交叉口和立交桥附 近.例如.惠新西街南北向南方向和安苑路由西 向东方向、八达岭高速的上清桥、健翔桥等,路 网优化后路网的运行速度有所提高(见图1);负荷 度变化不大(优化后有部分车流改选在部分主干路 仿真。本研究对于推动国内中观交通仿真模型的研 究及国内路网规划的逐步完善具有重要的理论和实 践意义。 参考文献 和次干路上行驶.在一定程度上缓解了高速公路 、}[》ARf 『1]于雷,赵慧,滕怀龙,等.奥林 克公园周边 {o: '2oo8(ISSUE N0 ̄73) 维普资讯 http://www.cqvip.com

2008年第1期(总第173期) 公路工程与运输 3施工工艺及方法 展,尤其是山区高速公路的大量建设,使得高边坡 稳定性问题13渐突出。本文结合湖北某高速公路的 建设,对锚杆加固高边坡问题进行分析研究。 1工程地貌概况 施工中先做边坡的锚杆,接着施工处理锚杆锁 紧装置,焊接锚杆与锁紧装置的钢筋,锁紧装置安 装后将钢筋与框架钢筋点焊在一起,然后处理钢筋 混凝土内框架及边部框架。 3.1 工艺流程 高速公路所经地区主要有两种地貌形态.即侵 蚀一溶蚀地貌和剥蚀一溶蚀地貌,地形变化较大, 主要有中山、中低山、丘陵三种类型。在全线高边 坡中,边坡岩体部分为硬岩,部分为软岩。该高速 锚杆加固的工艺流程是: 清理、平整坡面一规划放样布点一钻机安装一 公路地处山区,沿线挖方多,开挖深度较深,水 钻孔一清孔一安装锚杆一注浆一框架梁制作一立 文地质情况较复杂。在进行了多次认真细致的现场 模一锚杆锁定一浇注混凝土。 调查和勘测工作后,拟定了用锚杆加固边坡的防 3.2施工重点工序 护方案。 3.2.1锚杆制作 2锚杆防护作用机理 锚杆的长度=锚固段长度+自由段长度+lm,采 岩土边坡的稳定性取决于它的坡度和高度、边 用机械切割机,将锚杆置于干净、平坦的硬表面 坡内部应力、自然地层重力和强度、土壤孔隙或岩 上,用除锈剂涂抹洗刷钢绞线表面,用钢丝刷清除 石裂隙中的水压力以及边坡表面可能受到的各种外 表面的锈及表面的杂质,开将底部排列整齐。 力作用。边坡破坏的主要作用力是岩土自重或对边 3.2.2钻孔 坡产生荷载的其他物料的重量以及边坡内部的水压 按照孔径为 ̄lOOmm、角度为15。的工艺要求使 力.这种作用力总有使边坡表面的某一部分岩土沿 用钻孔机进行钻孔。锚杆水平方向的孔距误差不应 剪切面向下移动的倾向。 大于50mm.垂直方向的孔距误差不应大于lOOmm: 锚固是一种把受拉杆件(钢绞线或其他杆件)埋 钻孔人口点的允许误差为_+75mm。由于本地的地质 人边坡剪切面以下,以增加剪切面上的摩阻效应, 情况复杂且不稳定,钻孔时有些边坡大量涌水,钻 同时直接产生抵抗边坡移动的作用力.是提高边坡 孔后内部地下水冲刷孔壁造成塌孔严重.使锚索进 稳定性的技术。它主要由锚头、杆件和锚固体三部 孔困难,成孔率相对较低。为解决这一问题,钻孔 分组成:锚头位于锚杆的外露端,通过它最终实现 时采用先钻孔并对其进行预注浆.待注进的水泥浆 对锚杆施加预应力,并将锚固力传给结构物;杆体 体与孔壁结合形成一定强度后再钻孔,也就是采用 连接锚头和锚固体,通常利用其弹性变形的特性, 二次压浆、二次成孔技术,以保证锚杆能顺利进 在锚固过程中对锚杆施加预应力;锚固体位于锚杆 孔。钻孔完毕之后进行扫孔,清除钻渣,采用高压 的根部,把拉力从杆体传给地层。采用预应力锚索 空气将孔中的岩粉及水全部清除出孔外。 (杆)加固边坡,可使滑动岩体自重作用力均匀分布 3.2.3下锚杆、注浆 在边坡上,边坡坡面经预应力锚索(杆)与土层深部 钻孔完毕之后要尽快下锚杆和注浆。安装时利 连成一体,最终形成可保持永久的边坡抗滑体。 用锚杆的重力,人工与机械相结合,平顺缓缓推 地区道路交通仿真系统研究[R].北京:北京交通大 tional Academy of Sciences.2004.1 40—1 49. 学.2007. [4】Van Aerde M.and Yagar S.Combining Trafifc Ma- [2】Van Aerde,M.and Rakha.H.A.INTEGRATION nagement and Dfiver Information in Traffic Integrated release 2.30 for windows:User S Guide[R].Virginia: Networks『A1.IEE Third International Conference on. Virginia Tech Transportation Institute,2002. Road and Trfafic ControllC1.London.1990.11—16. [3】Rakha,H.,Zhang,Y.The INTEGRATION 2.30 『51刘运通,石建军,熊辉.交通系统仿真技术 framework for modeling lane——changing behavior in 『M1.北京:人民交通出版社,2002. weaving sections[A].Proc,,Annual Meeting of Trans— portation Research Board[C].Washington,D.C:Na- 收稿日期:2007—07—18 

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