【摘要】：為使元胞傳輸模型(Cell Transmission Model,CTM)適用于城市道路環(huán)境下的交通流仿真,以流量守恒定律和宏觀基本圖為基礎(chǔ),推導(dǎo)出使用交通流密度描述元胞動(dòng)態(tài)特征的迭代公式,克服了基本CTM中所有元胞長(zhǎng)度必須相等的局限性.同時(shí)提出了基于車道功能和信號(hào)相位的進(jìn)出口路段和交叉口內(nèi)部的元胞劃分方法,并根據(jù)停車線處的放行流率動(dòng)態(tài)調(diào)整受信號(hào)控制元胞的發(fā)送流率,由此提出了考慮信號(hào)控制的改進(jìn)CTM.最后,分別使用該CTM和VISSIM軟件對(duì)一個(gè)包含2個(gè)交叉口的城市道路進(jìn)行仿真,并對(duì)比分析輸出結(jié)果.實(shí)驗(yàn)表明,兩者輸出的交通流密度曲線吻合度高,對(duì)信號(hào)控制交叉口交通流的排隊(duì)和消散特征的描述十分接近,與此同時(shí),改進(jìn)CTM顯著地減小了計(jì)算開銷和用時(shí).
【圖文】：

第17卷第3期一種考慮交叉口因素的改進(jìn)元胞傳輸模型圖1宏觀基本圖Fig.1Macroscopicfundamentaldiagram以鏈狀排列、交通流均勻分布的兩個(gè)相鄰元胞i和i+1作為研究對(duì)象，根據(jù)流量守恒定律，有Δt(q)i(t)-qi+1(t)=li(k)i(t)+1-ki(t)(5)對(duì)上式作適當(dāng)?shù)淖儞Q，便可得到用于更新元胞狀態(tài)的迭代公式為ki(t)+1=ki(t)+Δtli(q)i(t)-qi+1(t)(6)式中：li為元胞i的長(zhǎng)度，且必須滿足約束條件l>vΔt(以下稱為元胞長(zhǎng)度約束條件).因此在自由流速度確定的情況下(通常為一個(gè)固定值)，選擇合理的元胞長(zhǎng)度依賴于選擇合理的間隔時(shí)長(zhǎng)，反之亦然.上述迭代公式與基本CTM相比，其差異性體現(xiàn)在以下方面：(1)每次迭代更新的元胞屬性為交通流密度，而非容納的車輛數(shù)；由于元胞的長(zhǎng)度已知，可以容易求出元胞容納的車輛數(shù)，這就為針對(duì)個(gè)體車輛的精細(xì)化仿真提供可能性；(2)同時(shí)引入元胞長(zhǎng)度屬性，打破了基本CTM規(guī)定的元胞長(zhǎng)度必須相同的約束，增強(qiáng)模型的靈活性和適用范圍.至于分流與合流情形的傳輸模型，可參考文獻(xiàn)[1]和文獻(xiàn)[2]，在此不再贅述.1.2考慮交叉口因素的CTM由于交叉口停車線前的導(dǎo)向段不允許車輛換道，一條車道內(nèi)的車輛具有相同流向(混合車道可視為一個(gè)流向，如直左流向)，而一個(gè)信號(hào)相位通常由若干股不發(fā)生沖突的進(jìn)口車流組合而成，為模擬信號(hào)燈對(duì)每股車流的控制，有必要根據(jù)車道功能將導(dǎo)向段縱向(垂直于道路中軸線方向)劃分為不同的元胞.出口路段的元胞劃分方法與普通路段基本一致，沿道路中軸線方向橫向劃分.交叉口內(nèi)部空間的元胞劃分需要考慮元胞長(zhǎng)度約束條件.為方便描述，將車輛從進(jìn)口行駛至出口所經(jīng)過的區(qū)域稱為銜接段，若以某出口為邊界的所有銜接段均滿足元胞長(zhǎng)度

交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息2017年6月(a)出口元胞不后移的元胞劃分方法(b)出口元胞后移的元胞劃分方法(c)出口路段拓寬的元胞劃分方法圖2出口路段元胞劃分方法Fig.2Cellulardivisionmethod(CDM)atexit圖3停車線處放行流率的變化曲線Fig.3Thechangingcurveofflowrateatstopline記停車線處的放行流率為q=f(t)，則在時(shí)間間隔[t),t+Δt內(nèi)，通過停車線斷面的交通量為Q(t)=∫tt+Δtf(x)dx，平均流率為qˉ(t)=Q(t)Δt，則將進(jìn)口元胞的發(fā)送流率調(diào)整為S′(t)=min{vk(t)},qcλ(t)(7)式中：λ表示飽和流率的折減系數(shù)，由公式λ(t)=qˉ(t)qc=Q(t)qcΔt計(jì)算得出.另外可以證明，將信號(hào)燈設(shè)置在元胞的末端與設(shè)置在下游相鄰元胞的始端產(chǎn)生的效果是相同的，區(qū)別在于，前者要調(diào)整的元胞屬性為發(fā)送流率，而后者則為接收流率.上述模型默認(rèn)將信號(hào)燈設(shè)置在進(jìn)口元胞的末端，因此調(diào)整的屬性為發(fā)送流率.另外，不建議將信號(hào)燈設(shè)置在元胞的內(nèi)部，因?yàn)樾盘?hào)燈在紅燈期間對(duì)上游交通流的攔截作用會(huì)導(dǎo)致信號(hào)燈兩側(cè)的交通流密度不均勻，此時(shí)應(yīng)當(dāng)將元胞視為兩個(gè)相對(duì)獨(dú)立的小元胞，這在理論上雖然可行，但可能會(huì)破壞元胞長(zhǎng)度約束條件.這就要求在將現(xiàn)實(shí)路網(wǎng)抽象為以元胞為節(jié)點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)要優(yōu)先考慮信號(hào)燈的位置，，對(duì)路段進(jìn)行合理的劃分.2案例分析2.1基本數(shù)據(jù)為驗(yàn)證改進(jìn)CTM的準(zhǔn)確性和優(yōu)越性，使用Java語言編寫CTM仿真程序(CTM-P)，選擇包含2個(gè)交叉口的城市路段作為仿真環(huán)境(如圖4所示)，并將CTM-P的運(yùn)行結(jié)果與目前倍受認(rèn)可的微觀交通仿真軟件VISSIM的仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析.其中，交叉口1為十字形交叉口，每個(gè)進(jìn)口均為3車道，分別是專用右轉(zhuǎn)，專用直行和專用左轉(zhuǎn)車道，且右轉(zhuǎn)車道采用渠化方式提?

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2 肖恢

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