使用离散事件仿真分析不同金刚石交换

文摘

发散的钻石交换(DDI)可以改善交通流量通过限制的阶段交通信号,提高安全通过消除左转弯。几个灌注物的交换已经构建,构建更有巨大的潜力。为了开发一个方法来评估这些交换,本文提出的离散事件仿真模型的开发的菱形交换(DDI)。特别强调DDI使用模拟模型,仿真模型的操作的描述,并使用模拟了解DDI的操作。本文得出结论:仿真软件包的使用允许DDI的快速评价和表明,这种交换设计不会在所有地点工作。

1。介绍

事故的主要原因之一,在交换是左转到滚滚车流中去。特别是立交桥上车辆左转进入州际。一个解决这个问题的是发散的钻石交换(DDI)。DDI消除左手变成自由流动的车流。DDI使用红绿灯允许车辆短暂转向左边的路。车辆可以直接左转入口坡道也无需面对迎面而来的车辆。

第一的菱形交换在美国于2009年在斯普林菲尔德,密苏里州。图1斯普林菲尔德DDI的照片。不需要新的桥梁和高架车道。初步结果表明,新的交换减少了46%的总崩溃,左转崩溃被淘汰,和后端崩溃略有下降(1]。研究还表明,超过百分之八十的民众表示,交通流量改善了交通延误和减少。

本文提出的离散事件仿真模型的发展背离钻石交换。特别强调的描述仿真模型的运行和使用模拟理解DDI的操作。论文的假设是确定如果一个非运输仿真程序可以有效地模型DDI和模拟延迟为各种不同的测试用例来证明在所有地点DDI并不是合适的解决方案。实验设计是建立一个DDI模拟程序和发展情况调整流量和监控的响应模拟。

仿真模型是用ProcessModel [2]。ProcessModel被选中是因为它的易用性和基础架构。ProcessModel有以下构建块:实体、活动、商店、资源和标签。实体、活动和标签被用于构建DDI模型。实体模拟车辆的到来。活动模拟处理,或运动,通过DDI的实体。的行动逻辑部分活动被用来嵌入复杂的逻辑控制和路由通过DDI车辆。标签模块用来显示关键结果仿真运行中观察DDI的操作和模型验证和确认。

2。先前的研究

第一个已知的菱形交换都坐落在法国。的菱形交换配置被介绍给美国的一篇论文中通过Chlewicki第二城市街道研讨会在阿纳海姆举行,加州(3]。

联邦高速公路管理局建模的斯普林菲尔德,密苏里州DDI使用高速公路驾驶模拟器评估的人为因素方面提出设计(4]。联邦高速公路管理局还发布了一个技术简单覆盖四个十字路口设计和两个交换设计提供巨大的优势的传统平面十字路口和grade-separated钻石交换(5]。

Chilukuri et al。1)进行了绩效评估的菱形的交换在斯普林菲尔德,密苏里州评估评估交通运营、安全、和公共观念。其他研究人员一直在研究的各个方面DDI包括施工、操作和应用程序(6,7]。

安德森et al。8)已经开发出一种不同的初始ProcessModel钻石交换。本文评估以下因素影响交通通过DDI:交通量,交通灯是绿色的时间长度,标准改变交通信号。

3所示。ProcessModel

一个ProcessModel DDI给定图的开发2。州际交通旅行东部和西部。南北立交桥交通旅行。总共有十二个通过DDI交通路线。路线从年代到N, S W S E, N, N E, N W W到N, W S W W E, E N, E·E·W E和E W州际通过交通建模并没有因为这交通不进入DDI。

ProcessModel有以下车辆的实体,一个为每个前面提到的交通路线。Cars_Arrivals_from_SCars_Arrivals_from_WCars_Arrivals_from_NCars_Arrivals_from_ES_Turn_ES_Turn_WW_Turn_SW_Turn_WN_Turn_WN_Turn_EE_Turn_NE_Turn_E

ProcessModel下面的全局变量。光()值=绿色或红色CARSL()的汽车数量等在光XTIME(当灯变成红色)时钟时间DELTAT()汽车等待时间=时钟()* 60-XTIMENRCARS()的汽车数量等在光LIGHTTIME最小时间光线的变化MAXCARS最小数量的汽车前等待光线变化

ProcessModel有一个实体属性:NRTHRU()编号分配给每个实体。ProcessModel有很多标签块显示全局变量的值在仿真的执行。这些标签广泛用于观察的操作模型和模型验证和验证。标签块如下。CARSL()的汽车数量等在灯光L()DELTAT()时间车等在灯光L()光()值=绿色或红色

4所示。ProcessModel交通流子模型

图3汽车是交通流模型的ProcessModel进入DDI南部和西部。在图的阴影块3虚拟活动和仅用于路由实体和添加的逻辑语句。有一个类似的交通流子模型对交通进入DDI的北部和东部。子模型模拟年代N, S W S E, N W, W S, W W交通。

ProcessModel图3也是一个很好的记录交通通过DDI的流程图。因此,交通流如下。车辆进入模型名为Cars_Enter_from_S活动。车辆实体Car_Arrivals_from_S命名。在这个活动是车辆的时间T(4、5、6)秒。虚拟活动% _Cars_Exit_Interstate_E路由车辆往东的州际公路上。没有时间花在这个活动。这些车辆实体命名S_Turn_E所以统计数据可以收集的时间DDI这些车辆。这些实体ProcessModel然后退出。

其余车辆继续往北活动Cars_Move_to_Light1命名。在这个活动是平均车时间T(4、5、6)秒。车辆然后活动命名Cars_Wait_at_Light1车辆等交通Light1变为绿色。这个活动没有处理时间。活动的逻辑是这样的。公司NRCARS1 1NRTHRU1 = NRCARS, 1公司CARSL1 1* 60-XTIME1 DELTAT1 =时钟()等到LIGHT1 =绿色等到LIGHT4 =红

全局变量NRCARS1的柜台等候的车辆。实体属性NRTHRU1序列号指派给一个汽车开始在每次光线的变化。全局变量CARSL1计数器在Light1等候的汽车数量,增加了一个。全局变量DELTAT1决定车辆实体的时间已经被减去当前时钟时间等待XTIME1 Light1变红时的时钟时间。车辆实体将等到Light1绿色和Light4是红色的。

一旦Light1 Cars_Move_thru_Light1绿色车辆将活动。这个活动有两个指示的能力,只有两辆车可以通过一次Light1。其他车辆将不得不等待。活动的逻辑是这样的。等到LIGHT1 =绿色时间(T(5、6、7)交会)如果NRTHRU1 = 1,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 2,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 3,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 4,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 5,那么时间(3秒)如果NRTHRU1 = 6,那么时间(3秒)12月CARSL1 1

通过红绿灯的时间T(5、6、7)秒。前六等候的车辆需要加速时间。第三通过八行加速时间的逻辑。前四辆采取额外的4秒,接下来的两辆车一个额外的三秒加速。全局变量CARSL1由一个每当汽车出口递减红绿灯。

车辆然后叫Cars_Move_to_Light2搬到活动。在这个活动是车辆的时间T(4、5、6)秒。虚拟路由车辆活动% _Cars_Enter_Interstate_W西行到州际公路上。没有时间花在这个活动。这些车辆实体命名S_Turn_W所以统计数据可以收集的时间DDI这些车辆。这些实体ProcessModel退出。

其余车辆然后活动命名Cars_Wait_at_Light2车辆等交通Light2变为绿色。活动没有处理时间。活动的逻辑是这样的。公司NRCARS2 1NRTHRU2 = NRCARS2公司CARSL2 1* 60-XTIME2 DELTAT2 =时钟()等到LIGHT2 =绿色等到LIGHT3 =红

全局变量NRCARS2的柜台等候的车辆。实体属性NRTHRU2序列号指派给一个汽车开始在每次光线的变化。全局变量CARSL2计数器在Light2等候的汽车数量,增加了一个。全局变量DELTAT2决定车辆实体的时间已经被减去当前时钟时间等待XTIME2 Light2变红时的时钟时间。车辆实体将等到Light2绿色和Light3是红色的。

一旦Light2 Cars_Move_thru_Light2绿色车辆实体将活动。这个活动有两个指示的能力,只有两辆车可以通过一次Light1。其他车辆将不得不等待。活动的逻辑是这样的。等到LIGHT2 =绿色时间(T(5、6、7)交会)如果NRTHRU1 = 1,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 2,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 3,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 4,那么时间(4秒)如果NRTHRU1 = 5,那么时间(3秒)如果NRTHRU1 = 6,那么时间(3秒)12月CARSL2 1

通过红绿灯的时间T(5、6、7)秒。前六等候的车辆需要加速时间。第三通过八行加速时间的逻辑。前四辆采取额外的4秒,接下来的两辆车一个额外的三秒加速。全局变量CARSL2递减是一个车辆时退出。

这个子模型也有车辆从西方退出州际。这些实体命名Car_Arrivals_from_W Cars_Enter_from_W,搬到活动。车辆的时间活动T(4、5、6)秒。的虚拟活动% _Cars_from_W_Exit_S路由南立交桥上车辆。没有时间活动。这些车辆实体命名W_Turn_S所以统计数据可以收集的时间DDI这些车辆。这些实体ProcessModel退出。

其余车辆Cars_from_W_Move_to_Light2搬到活动。在这个活动是平均车时间T(4、5、6)秒。车辆然后活动命名Cars_Wait_at_Light2车辆等交通Light1变为绿色。活动没有处理时间。

5。ProcessModel交通路口子模型

图4的ProcessModel交通十字路口交通灯L1和L4的子模型。又有一个类似的红绿灯L2和L3的子模型。

创建一个虚拟实体命名项目在时间为零,并将继续在模拟循环逻辑。以下全局变量初始化活动命名为假。LIGHT1 =红LIGHT4 =红XTIME1 =时钟()* 60XTIME2 =时钟()* 60

交通信号灯是最初设置为红色。XTIME1和XTIME2时钟灯变红的时候。活动的逻辑Stop_Light1_and_4如下。等到CARSL1 > = MAXCARS或DELTAT1 > = LIGHTTIMELIGHT4 =红XTIME4 =时钟()* 60LIGHT1 =绿色NRCARS1 = 0时间(90秒)等到CARSL4 > = MAXCARS或DELTAT4 > = LIGHTTIMELIGHT1 =红XTIME1 =时钟()* 60LIGHT4 =绿色NRCARS4 = 0时间(90秒)

这个逻辑红绿灯从红色变为绿色,反之亦然。随着交通信号灯的变化可以移动车辆在其他的子通过交换。实体项目等到最小数量的车辆CARSL1大于或等于定义数量的车辆(MAXCARS)或直到DELTAT1的车辆等待时间最小。一旦满足这个条件,交通LIGHT1设置为绿色和LIGHT4设置为红色。LIGHT1仍将绿色为90秒。

LIGHT1仍将绿色直到CARSL4大于或等于最小数量的车辆数量定义的车辆(MAXCARS)或直到DELTAT4的车辆等待时间最小。一旦这个条件满足交通LIGHT4设置为绿色和LIGHT1设置为红色。交通LIGHT4仍然是绿色为90秒。90秒后实体项目分支回活动Dummy1和上述逻辑重复。

6。基线Run1

输入数据的基线Run1表1。的T(a, b, c)是一个三角形分布参数,b和c。参数“a”是最小的值,“b”是最可能的值,和“c”是最大的价值。

通过DDI的平均车辆时间,假设没有延误和没有加速度,如下。(我)N和N年代秒;(2)W S或N E秒;(3)W W或E E秒;(iv)W S或E N 5秒。

这些时间计算通过添加所有相应的ProcessModel活动块意味着次表1。

表2列出了ProcessModel活动虚拟活动和用于路由实体或添加逻辑语句。由于这些活动没有任何处理时间和只有一个的能力。

基线Run1结果表3。天桥车辆从从N N和年代平均40秒的等待。车辆从S W和N E平均28秒的等待。也从州际公路车辆W N和E S平均等待26秒。

正如预期的那样,所有车辆延误发生在交通信号灯。在Light1 27秒,平均延迟Light2 16秒,Light3 27秒,和Light4 16秒。这些值是典型的延迟值预期在评估单一交通信号灯使用标准程序概述了公路容量手册(HCM 2010)。

7所示。实验设计

DDI的一项研究[8)以下参数评估:通过DDI交通量,交通信号灯是绿色的时间长度,规则改变交通灯从绿色到红色。

这项研究的结果如下。(我)减少长度的绿色交通灯减少车辆的平均延误。(2)增加车辆交通通过DDI平均车辆延误增加。(3)改变光绿色标准平均车辆延误没有影响。

先前的研究还发现了几个领域进行进一步分析。一个领域是加速度的增加车辆等在红绿灯的逻辑。另一个领域是确定车辆的最大吞吐量在拥塞发生超出了正常等待红绿灯。

基线Run1结果表3包括加速度数据的添加影响甚微的基线Run1相比之前的研究(8]。加速度的一个原因是,只有等待添加到前六辆。这是假定其他车辆已经加速了他们穿过红绿灯的时间。

为了试图确定最大车辆吞吐量一个实验同时变化的几个参数的定义(见表4)。

8。仿真结果

表5每次运行的平均车辆延误。看来的平均延迟降低Run2 Run3进一步下降。然而,延迟开始增加对Run5 Run4然后显著增加。所有的延迟的红绿灯。其他交通路线没有延迟。

表6给出了平均延误到红绿灯处。Run3拖延是最低,平均为12秒Light1, Light2 22秒,Light3 11秒,Light4 20秒。另一方面,Run4延迟开始增加,Run5系统似乎变得不稳定,基本达到的服务水平F交通状况的需求超出容量交换。平均延迟在Light1 36秒,Light3 Light2 4分钟,在Light4 6分钟。

大增加延误Light2和Light4 Run5可以归因于到来的增加交通从西部州际去北方交通Light2和东部州际通过交通Light4南去。过度队列长度Light2 Light4将继续,直到低于初始输入水平的需求,自然会发生在典型操作。然而,延迟的时间与通过交换将使一个最优的解决方案。

表6也给当前队列内容在红绿灯前的模拟。请注意,对于Run5 96辆在Light4等待Light2和89辆。也是为了Run5队列增加到8车辆为Light4 Light1和4辆。这意味着所有的车辆等待红灯变绿无法穿过十字路口时灯是绿色的。由于这些队列可能会继续增加,如果模拟扩展。

队列的内容在其他的路灯运行低,范围从0到5车辆。这些队列没有在同一交通信号灯表示这可能是正常的交通阻塞在前的模拟交通灯变成绿色。

图5是一个阴谋的平均车辆时间通过DDI交通方向到N, S W,和W从N和N .其他车辆进入E有相似的时期。看来,《纽约时报》通过DDI Runs1-3相似。然而,一旦之间的平均时间人数降低到10秒的W和E号州际公路的交通和6秒N和S交通,车辆通过DDI倍和相应的延误可能大幅增加,信号系统变得不稳定。

9。结论

以下的结论。修改ProcessModel迅速被由于模块化的建设。这种结构将允许快速分析的其他位置和及时的评价。它的目的是将使用这里介绍的仿真结合现有模拟现有的传统钻石交换设计和现有的交通容量,本质上允许用户确定交换结构的变化将有利于该地区的交通。

的五分Run3最小延误了红绿灯。Run3移民之间的时间是12秒E和W交通流量和8秒N和S。交通信号灯是绿色的至少30秒。

仿真可能是Run4开始变得不稳定。Run5延迟的N, N年代交通5至7分钟。延误了W N和E S 4到6分钟。也延误S W和N E交通50秒。也为Run5当前队列内容是在Light4 Light2 96辆和89辆,是另一个指标,系统变得不稳定。其他交通路线没有延迟,因为这些路线没有红绿灯。

总的来说,钻石不同交换可以通过仿真显示是一个很好的潜在解决方案;然而,这并不是正确的解决方案在所有情况下,必须注意确保交换是成功的在适当的位置。

确认

这项研究是由美国交通部,联邦运输管理局。

引用

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