CN102034353B - 基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法 - Google Patents

Abstract

基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法涉及在城市道路上发生交通事故后，根据在路段上布设的固定检测器确定交通事故排队长度的计算方法。具体包括以下步骤：计算交叉口进口道车辆的到达率；检测交叉口车辆的离去率；基于固定检测器计算排队长度；最后确定最大排队长度。本发明可以达到快速、准确获得城市道路交通事故造成拥堵的排队长度的目的。本方法具有简单实用、准确性高的优点。

Description

基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法

技术领域

本发明涉及在城市道路发生交通事故后，根据在路段上布设的固定检测器，确定交通事故造成拥堵的排队长度的计算方法，为交通事故的处理、交通处置措施的实施提供理论依据。属于城市道路交通控制领域。

背景技术

城市道路交通事故频发，不仅会造成人员伤亡、财产损失，还会导致交通拥堵，降低路网的运行效率，甚至诱发二次事故的发生。减小交通事故带来的负面影响的有效途径，就是实时计算事故造成的影响，及时采取具有针对性的交通事故处置措施。国内外在交通事故影响扩散方面进行了一些研究，但现有的研究存在一些不足，使之不能有效应用于城市道路，尤其是无法进行拥堵排队长度的准确计算，主要如下：(1)对城市道路中交通事故影响扩散机理的研究大多是借鉴公路交通相关理论，但城市道路交通多由信号控制，其交通流形式比较复杂，不能简单以连续流进行分析，需要引进新的到达流模型以便准确计算排队长度；(2)通常认为交通事故解除后，车辆的离去率等于道路的最大通行能力，而实际并非如此。

经发明人长期研究发现，用城市交通组合流来描述车辆的到达率，具有较高的准确性。通过布设在路段上的固定检测器，可以实时检测车辆的离去率。根据车辆的到达率与离去率，可以准确预测任意时刻的拥堵排队长度，结合交通事故持续时间和事故点上游交叉口信号配时，可以计算得到事故造成的拥堵最大排队长度。确定交通事故造成拥堵的排队长度，可以为交通事故的处理、交通处置措施的实施提供理论依据，避免交通事故造成的拥堵恶化，减少事故造成的间接损失。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法，本发明能与城市道路交通流特性相适应，具有简单实用、准确性高的优点。

为达到上述目的，本发明提出的基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度的计算方法为：

1)用城市道路组合交通流来描述车辆到达的特征，计算车辆到达率，

2)利用设置在路段上的固定检测器，检测车辆的离去率，

3)根据车辆的到达率和离去率，建立基于固定检测器的排队长度测算方法，

4)根据交通事故持续时间，确定交通事故造成的最大排队长度。

有益效果

本发明根据城市道路交通到达流特征和在路段上布设的固定检测器，计算交叉口排队长度，为交通事故的处理、交通处置措施的实施提供理论依据。

1、根据城市道路信号交叉口交通流特性，用城市交通组合流来描述城市道路车辆的到达特征，避免了盲目采用公路交通流理论中连续流的缺陷，为准确计算拥堵排队长度奠定了基础。

2、根据交叉口拥堵-消散过程，以及车辆到达率与离去率，得出了实时排队长度以及最大排队长度的计算公式，从而为交通事故处置措施的正确实施提供了理论依据，避免了处置措施的盲目采用。

附图说明

图1为基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度计算流程图；

图2为组合流在道路上的空间分布图；

图3为固定检测器检测得到的交通流参数变化图；

图4为交通事故拥堵-消散示意图；

图5为交通事故发生点排队示意图；

图6为模拟事故路段图；

图7为模拟和计算所得的排队长度对比图。

具体实施方式

本发明提出的基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法为：

1)用城市道路组合交通流来描述车辆到达的特征，计算车辆到达率，

2)利用设置在路段上的固定检测器，检测车辆的离去率，

3)根据车辆的到达率和离去率，建立基于固定检测器的排队长度测算方法，

4)根据交通事故持续时间，确定交通事故造成的最大排队长度。

根据以上基本思路，提出基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度的具体测算方法：

1、车辆到达率的计算方法：

设：城市道路网完全由信号控制交叉口组成，路段上的车辆到达为组合交通流，由稳定流和离散流组成，组合交通流具有周期性特征，且组合交通流周期c1等于上游交叉口的信号周期c；稳定流由上游交叉口直行相位放行的连续行驶车辆构成，稳定流持续时间g1等于上游交叉口直行相位绿灯时间g，稳定流的到达服从泊松分布；离散流由上游交叉口左转和右转相位放行的车辆构成，离散流由上游交叉口左转和右转相位放行的车辆构成，离散流持续时间d1等于上游交叉口周期时间减去直行绿灯相位时间的剩余时间d，且d＝c-g，离散流的到达服从泊松分布；设周期开始时间为上游交叉口直行相位开始时间，则路段上车辆到达率为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{g_1}{c_1}({\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2)+{\mathrm{\λ}}_2$

其中，λ₁为稳定流的到达率，λ₂为离散流的到达率，组合交通流在道路空间上的分布如附图2所示。

2、固定检测器检测车辆的离去率

在路段上设置固定检测器S，检测器检测所得的数据为交叉口车辆的离去率，检测器检测得到的交通流参数如图3所示。

3、基于固定检测器的拥堵排队长度测算方法为

3.1)交通事故造成的拥堵-消散过程如附图4所示，t₀时刻交通事故发生，拥堵扩散持续时间包括三个部分：第一部分为车辆到达时组合交通流所在周期剩余时间Δc₁；第二部分为累计周期时间

为t₀到任意时刻t内包括的完整组合交通流周期的个数；第三部分为拥堵扩散结束时组合交通流所在周期剩余时间Δc₂，且有0＜Δc₁，Δc₂＜c₁，拥堵扩散持续时间内的任意时刻t为：

$t=\mathrm{\Δ}{c}_1+\left[\frac{t-t_0}{c_1}\right]c_1+\mathrm{\Δ}{c}_2;$

3.2)根据拥堵扩散持续到t时刻累计到达的车辆数D(t)和累计离去的车辆数T(t)计算路段上车辆的排队长度，任意时刻t路段上车辆的排队长度L(t)为：

其中，N₁和N₂分别为车辆到达时组合交通流所在周期剩余时间Δc₁内到达的车辆数和拥堵扩散结束时组合交通流所在周期剩余时间Δc₂内到达的车辆数；设固定检测器检测的时间间隔为Δt，q_i为第i个时间间隔内固定检测器检测到的车辆离去率，i为固定检测器检测过的时间间隔的序号，n为到任意时刻t时固定检测器检测过的次数；k_j为路段阻塞密度，一般取为100-150辆车/公里；

①确定N₁：当Δc₁＞c₁-g₁时，N₁＝λ₁(Δc₁-c₁+g₁)+λ₂(c₁-g₁)，其中λ₁(Δc₁-c₁+g₁)为车辆到达时组合交通流所在周期剩余时间Δc₁内以稳定流形式到达的车辆数，λ₂(c₁-g₁)为车辆到达时组合交通流所在周期剩余时间Δc₁以内离散流形式到达的车辆数；当Δc₁＜c₁-g₁时，N₁＝λ₂Δc₁，此时，车辆到达时组合交通流所在周期剩余时间Δc₁内仅包括离散流，且到达的车辆数为λ₂Δc₁；

②确定N₂：当Δc₂＜g₁时，N₂＝λ₁Δc₂，此时，拥堵扩散结束时组合交通流所在周期剩余时间Δc₂内仅包括稳定流，且到达的车辆数为λ₁Δc₂；当Δc₂＞g₁时，N₂＝λ₁g₁+λ₂(Δc₂-g₁)，其中，λ₁g₁为拥堵扩散结束时组合交通流所在周期剩余时间Δc₂内以稳定流形式到达的车辆数，λ₂(Δc₂-g₁)为拥堵扩散结束时组合交通流所在周期剩余时间Δc₂内以离散流形式到达的车辆数；

3.3)设固定检测器设置点S到事故点的距离为l₀，采样间隔为Δt，则基于固定检测器的排队长度为：其中，t_S为拥堵排队扩散到固定检测器设置点S的时刻，排队长度L(t)计算示意图如图5所示。

4、确定最大排队长度

4.1)在交通事故清理结束时刻t₁，排队长度达到最大值，max L(t)＝L(t₁)。

以附图6所示路网，运用VISSIM仿真软件模拟交通事故拥堵扩散过程。

示例：交叉口1和2均为信号控制标准十字交叉口，路段m位于两交叉口之间。交叉口基础情况如表1所示：

表1交叉口基础数据表

注：交叉口长宽数据不包含非机动车道。

模拟交通事故在500s时刻发生在路段m上(从交叉口2通往交叉口1的方向)，事故点距上游交叉口144m，由于固定检测器距上游交叉口124m，即l₀＝20m。交通事故后路段通行能力下降，可用检测器实时检测。设交通事故拥堵扩散时间为20分钟，模拟数据记录时间为500s-1700s。模拟与计算的排队长度随时间变化如附图7所示。

从附图7可以看出，模拟与计算所得的排队长度差异较小，说明了本方法的有效性和实用性。

Claims (1)

1.基于固定检测器的城市道路交通事故排队长度测算方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：

1）用城市道路组合交通流来描述车辆到达的特征，计算车辆到达率，

2）利用设置在路段上的固定检测器，检测车辆的离去率，

3）根据车辆的到达率和离去率，建立基于固定检测器的排队长度测算方法，

4）根据交通事故持续时间，确定交通事故造成的最大排队长度，

所述车辆到达率的计算方法为：

城市道路网由信号控制交叉口组成，路段上的车辆到达为组合交通流，即由稳定流和离散流组成，稳定流由上游交叉口直行相位放行的连续行驶车辆构成，离散流由上游交叉口左转和右转相位放行的车辆构成，组合交通流周期开始时间为上游交叉口直行相位开始时间，路段上车辆到达率为：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{\λ}}=\frac{g_1}{c_1}({\mathrm{\λ}}_1-{\mathrm{\λ}}_2)+{\mathrm{\λ}}_2$

其中，λ₁为稳定流的到达率，λ₂为离散流的到达率，g₁为上游交叉口直行相位持续时间，c₁为组合交通流周期且所述组合交通流周期等于上游交叉口信号周期，

所述基于固定检测器的排队长度测算方法为：

3.1）t₀时刻交通事故发生，拥堵扩散持续时间包括三个部分：第一部分为车辆到达时所在组合交通流周期的剩余时间Δc₁；第二部分为累计组合交通流周期时间

其中

为t₀到任意时刻t内包括的完整组合交通流周期的个数；第三部分为拥堵扩散结束时所在组合交通流周期的剩余时间Δc₂，且有0<Δc₁,Δc₂<c₁，拥堵扩散持续时间内的任意时刻t为：

3.2）根据拥堵扩散持续到t时刻累计到达的车辆数D(t)和累计离去的车辆数T(t)计算路段上车辆的排队长度，任意时刻t路段上车辆的排队长度L(t)为： $L\left(t\right)=(D\left(t\right)-T\left(t\right))/k_j=(N_1+[\frac{t-t_0}{c_1}]\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&lambda;}}{c}_1+N_2-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{q}_i\mathrm{\&Delta;t})/k_j;$ 其中，N₁和N₂分别为车辆到达时所在组合交通流周期剩余时间Δc₁内到达的车辆数和拥堵扩散结束时所在组合交通流周期剩余时间Δc₂内到达的车辆数；固定检测器检测的时间间隔为Δt，q_i为第i个时间间隔内固定检测器检测到的车辆离去率，i为固定检测器检测过的时间间隔的序号，n为到任意时刻t时固定检测器检测过的次数，

为路段上车辆到达率；k_j为路段阻塞密度，取为100-150辆车/公里；

排队长度L(t)中的N₁、N₂采用以下方法得到：

①确定N₁：当Δc₁>c₁-g₁时，N₁=λ₁(Δc₁-c₁+g₁)+λ₂(c₁-g₁)，其中，λ₁为稳定流的到达率，λ₂为离散流的到达率，g₁为上游交叉口直行相位持续时间，c₁为组合交通流周期，λ₁(Δc₁-c₁+g₁)为车辆到达时所在组合交通流周期剩余时间Δc₁内以稳定流形式到达的车辆数，λ₂(c₁-g₁)为车辆到达时所在组合交通流周期剩余时间Δc₁以内离散流形式到达的车辆数；当Δc₁<c₁-g₁时，N₁=λ₂Δc₁，此时，车辆到达时所在组合交通流周期剩余时间Δc₁内仅包括离散流，且到达的车辆数为λ₂Δc₁；

②确定N₂：当Δc₂<g₂时，N₂=λ₁Δc₂，此时，拥堵扩散结束时所在组合交通流周期剩余时间Δc₂内仅包括稳定流，且到达的车辆数为λ₁Δc₂；当Δc₂>g₁时，N₂=λ₁g₁+λ₂(Δc₂-g₁)，其中，λ₁g₁为拥堵扩散结束时所在组合交通流周期剩余时间Δc₂内以稳定流形式到达的车辆数，λ₂(Δc₂-g₁)为拥堵扩散结束时所在组合交通流周期剩余时间Δc₂内以离散流形式到达的车辆数；

3.3）设固定检测器设置点S到事故点的距离为l₀，时间间隔为Δt，则基于固定检测器的排队长度为： $L\left(t\right)=(N_1+[\frac{t-t_s}{c_1}]\stackrel{\&OverBar;}{\mathrm{\&lambda;}}{c}_1+N_2-\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\&Sigma;}}}{q}_i\mathrm{\&Delta;t})/k_j+l_0;$ 其中，t_S为拥堵排队扩散到固定检测器设置点S的时刻，

所述最大排队长度的确定方法为：

4.1）在交通事故清理结束时刻t₁，排队长度达到最大值max L(t)=L(t₁)。

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