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控制区交通疏导方案:主线控制+匝道控制+VMS发布

【摘要】:依据控制区的交通拥堵疏导策略,此区域内的路段应以交通诱导为主,主线控制及匝道控制为辅。依据确定的管制措施,通过VMS 发布给相应路段的出行者。

依据控制区的交通拥堵疏导策略,此区域内的路段应以交通诱导为主,主线控制及匝道控制为辅。因此,相对应地,此区域内的VMS 信息发布也应以路径诱导信息为主,以预警信息、管制信息及建议信息为辅,如图6-6 所示。

图6-6 控制区内VMS 信息发布的主要内容

1.诱导信息

由于控制区距离事发位置较远,受交通事件影响的程度也较小,因此无须对该区域采取力度较大的强制性措施,而是通过一些诱导性手段间接地影响出行者的选择,从而达到缓解道路拥堵的目的。

此处路径诱导的主要对象为在交通事件发生后,处于控制区内且仍需前往事发路段下游的出行者。诱导的主要目的是为出行者提供最优的绕行路线,起点为由控制区内的路段转至其他城市道路的各个可分流节点,终点为避开事发路段后借由其他城市道路重新返回快速路主线处的节点(迂回点)。通常迂回点应选择设置在事发路段下游的第一个节点处,因为事发路段的瓶颈作用通常会使得其下游路段的交通流达到自由流的状态。若起点没有适当的路径与此迂回点相连,可以选择将迂回点设置在下一个节点处。

在确定了诱导的起点与终点后,此时最关键的步骤即为筛选出两点之间的最短路径。在数据准备并不充分的情况下,可采取常用的最短路径算法计算最优迂回路径,如Dijkstra 算法、Floyd-Warshall 算法、A*搜索算法等。而这些算法通常更适用于静态假设下的交通网络,即道路交通网络拓扑结构是固定的且各节点之间的阻抗值均为定值的情况。虽然为解决此问题,S. E. Dreyfus 等学者通过一系列的研究,对这些算法的适用范围进行了一定程度的扩展,但是仍旧无法避免其局限性,因为这些算法所基于的假设与实时发生变化的实际交通网络状态仍有较大差距,缺乏实效性。因此,在数据完善的情况下,本书将采用前文有关章节中提出的基于正交设计及蚁群算法的动态疏导模型计算最优迂回路径,并经由VMS 将对应节点的路径诱导信息提供给出行者。

依据前文提出的动态疏导模型,此处的问题可以简单描述为:将从控制区内快速路进入普通城市道路的各个转换节点作为起点,并将位于事发路段下游的迂回点作为终点,在已知时变OD 需求及路网情况的前提下,找出总行程时间最短的最优迂回方案。具体计算方式如前文有关章节所示,此处不再赘述。

2.预警信息

控制区内发布的预警信息与处置区相似,主要需向出行者提供事发路段离VMS 所在路段的实际距离,以及从交通事件发生到VMS 作出信息反馈所持续的时间。除此以外,通过车流密度对此时前方路段的拥堵程度作出判断,并对此时前方事发路段恢复正常交通状态所需的时间及事件影响长度进行预测,令上游出行者对前方路况及时作出适当的反应。

3.管制信息

不同于处置区内针对匝道控制所采取的近乎苛刻的手段,在控制区内的管制方案则是对该区域内的多个出入口匝道进行协调控制,以达到尽可能缓解下游处置区交通压力的目的。另外,为了避免对其他相关城市道路的正常运行秩序造成影响,则必须有相应的道路交通管制方案相配合。

此时,匝道协调控制的具体实施方式是,将欲由此区域去往处置区的车流借助于入口匝道的关闭进行截流;同时,在出口匝道容量允许的前提下,充分利用其作为可分流节点,对已进入此区域内的车辆进行分流。

如图6-7 所示,假定元胞i 处于控制区的末端,也是离处置区最近的路段;在(k, k+1)时段内,由上游元胞i-1 进入元胞i 的交通流量为qi (k),由入口匝道进入元胞i 的交通流量为ri (k),离开元胞i 进入出口匝道的交通流量为fi (k)。元胞i-m 为处于控制区的起始元胞,是该区域内距离预警区最近的路段;在(k, k+1)时段内,由入口匝道进入元胞i-m 的交通流量为ri-m (k),离开元胞i-m 进入出口匝道的交通流量为fi-m (k)。协调控制的判定条件如下式所示:

式中,fcj (k)为路段处出口匝道的通行能力。上式表明,当控制区内各个入口匝道的流入量与出口匝道的剩余通行能力超过末端元胞i 的剩余通行能力时,则应对该区域内的出入口匝道实施协调控制。具体操作方式则是从距离处置区最近的末端元胞i 开始控制,并对上游元胞 i- 1, i-2,… ,i - n +1依次进行判定实施,直至在对下游n 个元胞进行协调控制后,能够满足下述条件为止。

图6-7 控制区内匝道控制示意图

结合ECTM-F 模型的预测数据,由此式可以判断得出此区域内应该关闭的入口匝道的数量,以及引导车辆离开快速路主线的出口匝道数量。依据确定的管制措施,通过VMS 发布给相应路段的出行者。

4.建议信息

在控制区中发布建议信息的主要内容是建议速度值。发布建议速度值的主要目的是,为了在一定程度上控制该区域内车辆的行驶速度,从而减缓车辆进入处置区的速度,并在一定程度上减轻下游区域的交通压力。因此,在一定概率下,由控制区内元胞i 前往处置区的出行者的期望行驶时间tikj,应大于交通事件从开始处置至恢复正常秩序所需的时间,如下式所示:

式中, 为设定的概率阈值,其取值范围为(0.85,1)。且若元胞i 距离处置区越远,此概率值则越大。

由控制区元胞i 前往处置区的出行者在行驶过程中所期望达到的速度可以描述如下:

式中,为控制区内元胞i 的期望运行速度,为控制区内元胞i 距离处置区的长度。

因此,此区域内的建议速度除了需考虑处置区内确定限速值的几个主要参数外,还需要考虑期望运行速度的限制。控制区内元胞i-n 的限速值可以通过下述表达式来确定:

式中,为控制区内元胞i-n 的期望运行速度,其余三个参数的确定方法则与处置区类似,此处不再赘述。