文摘

工作区域广泛存在在许多国家和城市道路交通产生严重的负面影响。很少有研究关注的交通流建模工作区域城市干道,尤其是在十字路口的工作区域。本文基于社会力量理论的微观模型对交叉路口的交通流与特定工作区域,称为跨区域工作,提出了。模型可以捕捉没有车道划分和不规则边界特征的交通路口,跨区域工作,也可以反映交叉口交通流之间的相互作用的两个相反的方向。该模型校准和验证使用真正的工作区域数据,结果显示,母马值都小于10%。交通流的影响因素通过仿真分析了跨区域工作。我们的研究显示,下缘的距离的工作区域中值分频器的公路和大型车辆的比例在工作区域产生最大的影响在路口路口,它提供了一个参考未来的十字路口交通控制与跨区域工作。

1。介绍

工作区域广泛存在于许多国家的高速公路和城市干道和道路交通产生重大的负面影响。根据现有的研究,工作区域将导致严重交通堵塞和更多的交通事故1- - - - - -7]。有必要寻找方法减少工作区域交通的影响。

尽管许多研究都已经进行工作区域的交通问题,他们主要集中在高速公路工作区域的交通问题,如交通安全(8)、道路容量(9),和交通延误10]。研究城市干道的工作区域是非常有限的11- - - - - -15]。有许多工作区域位于路段和交叉口的城市在许多国家,和本文交叉工作区域在城市干道。十字路口的工作区域可以分为两种类型:岛上工作区域和跨区域(参见图工作1)。岛上工作区域指的是工作区域的面积完全坐落在十字路口(见图1(一))。横跨工作区域指的是工作区域,横跨一个十字路口和路段(见图1 (b))。杨et al。7)提出了岛上的交通流模型区工作,分析了交通流特征。然而,横跨工作区域的交通流模型尚未提出。

因此,本文试图提出一个微观交通流模型的跨区域工作。如图1 (b)跨区域工作,十字路口的原始空间的一部分被横跨工作区域和通行空间严重减少,这使得横跨工作区的交通流表现出不同的特征与正常的交通。首先,横跨工作区域的面积没有巷分歧,所以车辆不能移动直在这样一个区域。第二,十字路口的通行区域的边界变得越来越不规则,导致更多的车辆之间的冲突。现有的微观交通流模型,如车辆模型和换道模型,无法捕捉上述特征,因为它们被设计用于lane-based交通流在一个常规通行的区域(16,17]。此外,横跨交通流的工作也不同于岛上工作区域。在岛上工作区域,这两个流量从相反的方向由工作区域(如图1(一))。与此同时,在横跨工作区域,交通流与迎面而来的交通流强相互作用。因此,拟议的岛上交通流模型由作者在工作区域7)不能用于横跨工作区域的交通流量,和新模型是必要的。在我们的研究中,社会力量的交通流理论应用于模型跨区域工作,我们构造一个non-lane-based模型来克服传统的微观交通流模型的缺点,它描述了交通流的跨区域工作。

剩下的纸是组织如下。部分2回顾了现有的研究工作区域和社会力量的理论。部分3介绍了交通流模型的跨区域工作。部分4校准和验证该模型使用收集到的数据。部分5讨论了基于该模型的模拟和分析。部分6总结了纸和讨论了未来的工作。

2。文献综述

研究区位于城市干道工作收到越来越多的关注。一些作品集中在工作区域动脉段之间的两个十字路口。Sadegh et al。18]应用车辆换道模型来描述交通流的工作区域的动脉段,进一步开发了一个仿真工具叫艺术品评估条件,车道的交通控制系统是封闭的路口附近的十字路口。约瑟夫et al。19)开发了一个工具,分析和评估的交通车道的情况下关闭两个路口之间的十字路口,这是WZATA命名。Tsyganov et al。20.,21交通事故数据收集的工作区域在奥斯汀城市干道,圣安东尼奥和休斯顿大城市给建议来改善城市的交通控制动脉区工作。Heaslip et al。22)使用模拟方法估算的能力工作区域动脉段考虑的各种因素,包括左转车辆的百分比,工作区域和下游交叉口之间的距离,和g / C(有效的绿色循环长度)每个车道组。他们结论的工作区域在整个动脉动脉段影响的能力,结果是高度影响的工作区域和下游交叉口之间的距离。侯et al。15提出四个machine-learning-based模型:随机森林,回归树,多层前馈神经网络和非参数回归。两组数据收集高速公路和城市道路交叉口的交通流预测城市区域工作。

一些研究探讨了工作区域位于十字路口和研究信号设计改进(13],安全问题[11),和工作区域布局策略12]。(概述23)定性提出的几种方法提高十字路口的信号设计与工作区域,如调整信号相位和时间,缩短周期长度和住宿的行人。然而,建议缺乏真实的数据支持和科学的分析方法。李和白11]研究了崩溃在十字路口工作区域,发现事故发生在十字路口的数量远低于在nonintersections事故发生的数量,这可能归因于十字路口的车辆的相对较低的速度。班和Elnashar12]讨论了十字路口的问题工作区域和工作区域布局战略在一个十字路口。杨et al。14十字路口工作区域数据收集和提出了一个线性回归模型来估计城市信号交叉口的容量与工作区域首次。然而,他们的模型是一个统计模型,工作区域如何影响机制十字路口交通流仍然是未知的。最近,杨et al。7专注于一个特定类型的工作区域是位于十字路口的面积,即岛上区工作,提出了一个新颖的岛上工作区的交通流模型的基础上,社会力量的理论。他们评估该模型通过现场工作区域数据,而结果表明模型获得高绩效。

总之,大多数现有的研究工作区域集中在工作区域道路干线段。一些研究工作区域在十字路口的交通流模型跨区域工作。因此,需要一种新的模式来更好地调查的交通流特征跨区域工作。

3所示。模型开发

3.1。驱动程序行为分析的跨区域工作

当一个横跨工作区域存在在一个十字路口,司机的行为明显改变。我们提取驱动程序行为的五种类型:free-driving行为,行为后,合并行为,传播行为,穿梭的行为。free-driving行为意味着车辆可以自由通过十字路口没有任何障碍物的工作区域或其他车辆。这种类型的行为属于领先队列在停止线的车辆。以下行为是通过车辆必须遵循前面的车辆。合并行为指的情况下车辆绕过了工作区域合并成主流。扩散行为发生后,车辆通过工作区域面积。它描述了车辆的行为背后的工作区域扩散到一个更为广阔的空间。穿梭的行为属于激进的车辆,更愿意获得更快的速度或更多的前沿。合并行为,传播行为,穿梭于行为三种类型的驱动程序行为独特的交通路口与一个工作区域。

此外,当一个横跨工作区域存在,车辆通过路口的轨迹将会显著改变。当交通灯变成绿色时,后面的排队车辆停止线被释放。然而,车辆不能直向前发展。他们被迫移动曲线后绕过跨区域工作。与此同时,车辆从相反的方向绿灯时同时公布。车辆的轨迹被挤向空间最初设计迎面而来的车辆由于工作区域的存在。到最后,在十字路口横跨工作区域,车辆从两个相反的方向有很强的相互作用。总之,横跨工作区域的存在严重影响了车辆在十字路口的传递行为。因此,一种新的模式,可以捕获横跨工作区域的交通流特性是必要的。

3.2。改善社会力模型的跨区域工作

提出的车辆在一个横跨社会力量系统工作区域如图2。本文提出了六种社会力量获取车辆的司机的行为在一个十字路口,横跨工作区域:自励的力,力后,passable-gap力,排斥力,边界力和摩擦力。

3.2.1之上。自励的力

当队列中领先的汽车开始停止线,他们试图加速所需的速度和维护所需的速度通过十字路口。领先的汽车采用free-driving行为。自励的力量表现在领导车辆捕获其驱动程序的特点。十字路口的自励的力指向出口速度差成正比的实际速度和所需的速度和不能超过的最大加速度。力可以使车辆调整其速度在每一个适应时间达到允许的最大速度的十字路口。自励的力的方程如下: 在哪里表示自励的力量,表示车辆的最大加速度我,和 ,分别表示预期的和实际的车辆的速度我,τ_我表示车辆的反应时间我,表示所需的车辆的方向我当时t,它可以来自当前位置和所需的位置车辆的我,以下表达式:

3.2.2。后力

当车辆被迫跟随前面的车辆,它表现出以下行为和传播采用安全航速。反映以下行为的特点,以下部队行动的车辆后,指出其前面的车。在接下来的力量,当后车的速度小于安全速度,使车辆加速;否则,车辆将减速。力后的方程如下: 在哪里表示下面的力量,表示车辆的标准向量指向我前面的车辆,和表示车辆的安全速度我应该保持与前面的车辆吗t它可以计算通过Gipps的安全车辆模型(24)如下: 在哪里b_我表示以下车辆的最大减速我,b_j表示前面车辆的最大减速j,d_年代(t)表示,车辆之间的差距我和j,表示前面车辆的速度j当时t。

3.2.3。Passable-Gap力

如图3前方出现一个巨大的差距时,车辆将试图进入的差距,这是由一个叫passable-gap力的力量驱动的。passable-gap力指向中心点的差距。在合并、扩散和穿梭于行为,车辆可能会受到外力作用,passable-gap力量。如果之前的差距大于车辆宽度和安全方面的和保证金(例如,在图3),passable-gap力付诸行动。差距越大,越大passable-gap力。应该注意的是,如果车辆passable-gap付诸行动的力量,它需要比较的值以下,passable-gap力量。如果以下力大于passable-gap力,车辆将遵循这前面的车辆;否则,它将进入更大的差距。passable-gap力表示为指数函数的差距如下: 在哪里表示passable-gap力量,一个^p代表一个参数,d_f表示主体车辆的宽度,∆d表示安全起见距离主体车辆旁边车辆主体车辆穿过通行的差距时,和表示passable-gap力的方向,一个标准向量指向前面中点的车辆我的中点尚可的差距。

3.2.4。斥力

避免侧向碰撞车辆的车辆,一个力叫斥力作用于车辆。当一辆车之间的距离,其身旁车辆超过代理范围,排斥力非常小。当距离小于代理范围,排斥力增加与距离的衰减非常快,确保安全。两辆车不允许触摸对方,所以一个极大值的力应该当距离很小。斥力是两个相邻车辆的横向距离的函数,以下表达式: 在哪里表示排斥力,一个^r表示参数,d_ij表示车辆之间的距离我和的车辆j,B_r表示代理范围的社会车辆的排斥力j,这意味着当车辆我入侵的行动范围j将生成排斥力,表示车辆的标准向量指向j的汽车我外侧。

3.2.5。边界力

同样,为了避免碰撞边界,边界力还需要,公式如下: 在哪里表示边界力,一个^b代表一个参数,d_ib表示横向距离我边界,B_b表示边界力的作用范围,这意味着当车辆之间的距离我和边界小于B_b,边界力将行动我。表示标准向量指向从边界到车辆我外侧。

3.2.6。摩擦力

以反映两个相反方向的车辆之间的相互作用,摩擦力是补充道。摩擦力的方向与车辆的行驶方向相反。摩擦力将产生一个相反的方向旅行减速,导致车辆减速。它还将对过往的车辆的数量有一定的影响,平均旅行时间。摩擦力是表示如下: 在哪里表示边界力,一个^fr表示参数,∆d表示车辆能顺利通过的安全距离(宽度的后视镜,等等,以1/4车辆的宽度),l_ij表示车辆的纵向距离我和迎面而来的车辆j,d_ij表示两辆车的横向距离我和j,表示车辆的相对速度我和j,表示标准向量指向从迎面而来的车辆j的汽车我。

总之,结合部队行动的主要车辆如下:

其他车辆上的联合力量的行动如下:

本文提出的交通流模型是一个部队的模型,它不同于常用lane-based车辆或换道模型,模型具有广泛的应用。模型不仅可以用来描述常规交通没有工作区域也可以用来反映不规则交通的特点,如非结构化道路,混合交通、区域交通工作,异常的十字路口。

4所示。模型校准和验证

4.1。数据收集

校准和验证该模型,数据的三个跨区域收集工作。数据收集时间是从下午7:30在工作日在成都,四川,中国。两个无人机(无人机)被用来记录三个十字路口的交通信息。与此同时,信号信息和几何信息的工作区域和十字路口进行调查。所有这三个十字路口有四条腿,而不同的十字路口有不同数量的方法和退出通道。工作区域也有不同的大小。基本的几何信息数据的三个十字路口和工作区域,见下表1。交通流数据显示在表中2。在表2,t_f表示平均通过时间领先的车辆,t_o表示中间车辆的平均通过时间,T表示信号相位,表示信号相位的绿灯时间,R表示信号的红灯时间阶段,和Y表示信号相位的黄灯时间。

4.2。校准和验证结果

基于宏观交通数据的方法应用于校准模型。这种方法被广泛采用调整交通流模型(5,10,15,25- - - - - -27]。标定方法是解决非线性规划问题泰尔的U函数作为目标函数,模型参数独立变量和模型参数约束的可行范围(16,28- - - - - -31日)(见表3)。使用校准方法的目标函数如下: 在哪里z_k的评价变量表示的真正价值k^th观察,表示的估计价值z_k,N表示观测的总数。

在方程(11),评价变量z_k有六个选择:总车辆的数量N_t汽车的数量N_c平均旅行时间领先的车辆和车辆T_f和T_一个,领先的车辆,车辆的平均速度年代_f和年代_一个。在所有5个收集的观察,其中四个将用于校准模型,剩下的人会被用来验证模型。遗传算法(GA)嵌入在采用MATLAB遗传算法工具箱解决非线性规划问题(32]。获得最好的结果,遗传算法函数运行的十倍。最后,提出了模型的最优参数值(见表3)。

三个MOE(测量的有效性)索引是用来评估该模型的性能:平均误差(我),平均绝对误差(mae)、平均绝对相对误差(母)。他们计算如下26,33]:

校准和验证结果显示在表中4。从表4,它可以观察到母马六个变量的值不超过0.05。特别的美N_c大约是2,显示模拟车辆数量之间的差异和实际车辆数量也非常小。所有的结果表明,该模型具有较高的性能在十字路口的交通流复制跨区域工作。

5。仿真和结果分析

5.1。仿真设置

在模拟一个十字路口,横跨工作区域设置,如图4。十字路口有相同的风景和信号设计与网站1中收集到的数据。汽车和公共汽车都是包含在模拟。原代车辆类型的概率取决于类型的站点1的字段数据。仿真时间步长设置为1秒。输出模拟的微观和宏观交通数据。微观数据包括速度、位置,在每个时间步和加速度的车辆。的宏观数据聚合的微观结果输出包括平均旅行时间、平均速度、饱和流率。

5.2。距离下缘的工作路的中间分隔带( )

图5显示的速度和数量的变化通过车辆信号的变化在图4。它可以看到从图5当m≤0< 7米,更大的上边缘的距离道路的工作区域中值分频器,通过面积越大。的关系和是线性的。当接近或大于入口,左边的宽度,≥7米,十字路口的能力接近正常的十字路口。这个时候,工作区域位于道路段和工作区域交叉的影响可以忽略,所以保持不变。此外,结果表明,车辆的平均传递速度的增加而增加 。原因是,当的价值增加,更多的道路资源可以提供车辆通过。车辆之间的相互作用及其未来车辆减少,平均速度会增加。

5.3。空置的车道的宽度(D)

在跨区域在图工作6(一),D表示开放区域的宽度在工作区域。的体积流量和平均传递速度的模拟车辆在一定绿灯时间通过改变的价值D。如图6(b),从初始状态,工作区域的长度D= 0,即下部,完全关闭。方法车道的数量和退出通道在工作区域2和non-motor-vehicle车道的数量是1,所以有3道在一个方向上。当0≤D< 6.5 m,一半的路是被工作区域。在这种情况下,交通量的增加和平均速度增加快D。当D≥6.5米,尽管交通量和平均速度也在增加D变得更大,增加斜率小于0≤的情况下D< 6.5米。

5.4。大型车辆的比例(P_H)

图7说明了交通流量和平均速度的趋势在逐渐增加的比例大的车辆。在我们的模拟中,价值的P_H在0和1之间变化。如图7,它可以观察到当≤0P_H< 0.55,车辆通过路口的数量和他们的平均速度与大型车辆的增加都明显减少。当P_H≥0.55,如果大型车辆的比例继续增加,交通量的减量是不再重要,往往是稳定的。此时交通量达到最小值。大型车辆速度慢,会占据更多的空间,从而导致车辆的平均速度的衰减。

5.5。左转车比例(P_l)

图8显示左转车辆的比例的影响在十字路口的交通流跨区域工作。在模拟,左转车辆的比例逐渐增加,从0到0.9。它可以观察到,通过车辆的速度和数量将下降的增量的比例左转车辆。原因是左转车辆的增加将加剧左转通过运动和运动的相互作用。此外,当P_l小于0.6,车辆数量和速度明显降低,而什么时候P_l大于0.6,下降趋势是减少的。这一现象的原因是,左转交通流的车辆已经成为主要的组成部分P_l> 0.6,增加P_l将减少左转的混合程度和交互,通过车辆。

5.6。分析三条腿的十字路口

为了验证该模型的适用性在其他场景中,我们进行了模拟与横跨三条腿交叉工作区域,显示在图9。参数,如车道的数量和车道宽度,都采取相同的部分5.1。

图10的仿真结果说明了三条腿交叉跨区域工作。数据10 ()- - - - - -10 (d)分别展示的下缘的距离的影响道路的工作区域中值分频器( ),空置的车道的宽度(D),大型车辆的比例(P_H),左转车辆的比例(P_l在交通流)。它可以观察到,该模型也适用于三条腿交叉跨区域工作。上述变量的模式对交通流的影响类似于穿越十字路口,虽然tendency-changing阈值是不同的两种类型的十字路口,和影响的大型车辆左转车辆交通流不一样重要的交叉路口。

6。结论和未来的工作

大量的工作区域存在于城市干道在许多国家,有一个伟大的对城市交通的影响。然而,研究城市动脉工作区域非常有限,尤其是在十字路口的工作区域。基于交通流特性的分析的工作区域,我们提出一个社会部队模型区位于特定类型的工作在一个十字路口和一段,即跨区域工作。为了校准和验证该模型,横跨三个工作区域的数据收集在成都,中国。以下是本文的主要结论:(1)该模型可以描述交叉口的交通流特征,横跨与高性能区工作。交通量的母马值,平均速度,通过工作区域和时间都不到10%。(2)当工作区域存在,交通量是下缘的距离成反比的工作区域中值分频器。模拟显示,体积变大增加和仍然基本上不变时大于一半的十字路口。(3)大型车辆的比例和左转车辆的比例,有一个值P这使得交通量的增加而明显降低P_H当0≤P_H<P,当交通量趋向于稳定P_H≥P。(4)该模型也适用于三条腿交叉跨区域工作,和几个关键变量的影响是类似于穿越十字路口。

然而,本研究也有一些局限性。首先,基于该模型,十字路口的信号优化问题与跨区域在未来可以进行工作,这将有助于减少工作的负面影响在十字路口交通区。其次,将探索更多的工作区域类型及其对交通的影响将在未来的讨论。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突声明。

确认

这项工作是由成都市软科学项目(批准号2019 rk0000054zf)和四川省重点研发项目(批准号19 zdyf2068)。