论文部分内容阅读
[摘 要]根据收费广场的形状，大小和合并模式，我们建立了一个改进的逆血管分支模型和基于动力学原理的BPR模型。之后，我们提出了一个“弯曲”收费站的设计，并通过MATLAB和元胞自动机给出了“弯曲”方案和传统的“线性”方案的性能的比较结果。 此外，进行判断不同交通流量下对收费站的的影响并用多目标的组合来分析了我们的设计，同时根据Lingo给出了不同情况下确定三种类型的收费站的比例。 最后，对模型进行了适当的评估，并给出了改进的方案。
[关键词]逆血管分支模型 BPR模型 MOP 元胞自动机
中图分类号：U49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0270-01
1 引言
目前，道路上交通流量增加造成了国家和人民的损失、高速公路建设滞后发展[1-3]，也导致交通事故频发，压力急剧上升。在一些主要城市周围，交通拥挤使在高峰期行驶的车辆速度下降，这造成了很长的时间耽搁。交通问题一直是全世界范围内的一个突出的问题。
障碍收费是收费站交通堵塞的主要原因。障碍收费是在高速公路上最常用的的收费的方式。它是一排横跨高速公路安置的收费站，垂直于交通流的方向。由于通常有比收费车道多的收费站口，车辆必须从更大数量的收费站出口车道“扇入”到较少数量的常规行驶车道。收费广场是高速公路必要的区域，用于促进障碍收费，包括在障碍收费前的扇出区域，收费口障本身以及收费障碍后的扇入区域基本模型
收费站的建设与许多因素都有关系，例如事故预防、吞吐量和成本。为了改善收费站的形状，大小和车辆的合并模式，我们同时用考虑上述因素来建立一个模型来分析和评估收费站。
2 方法
首先，我们使用动力学公式来详细分析车辆在出收费广场后和并入车道时的运行过程。通过升级改造血管分支模型，我们建立了“逆血管分支模型”。结合动力学模型和改进后的BPR模型，优化了收费站的形状和车辆出收费站后的合并模式。在此基础上，我们提出了“弯曲”收费站的设计，并分析了其性能和可行性。
其次，对于“弯曲”收费站和传统的“线性”收费站这两个计划，我们使用MATLAB和元胞自动机来模拟不同类型的站的操作过程。通过收集的数据，我们在三个不同方面分析和比较了这两个计划。这个回合显示，“弯曲”收费站无论在事故预防，吞吐量还是成本方面比传统的“线性”都要更好（然后，鉴于不同交通流量和收费口的组合模式都会对“弯曲”的收费站产生影响，我们建立了MOP模型来分析不同的交通状况，例如自动驾驶车辆的加入和三种不同类型的收费站的比例。利用Lingo，我们最终得出结论，在加入自动驾驶汽车后，人工收费站，自动找零收费站和ETC的比例从2：1：1变为1：1：2。
3 “弯曲”收费站的设计及其评估
3.1 “弯曲”收费站的设计
公路拥挤主要发生在收费站，主要影响因素是乘客从多车道收费站并入较少车道的合并模式。根据我们的分析，车辆在交通流量大的几乎每一时刻都从每个收费门口出发。由于车辆距离不同收费站的时间滞后，交通堵塞发生在道路入口处的可能性增加。根据上述分析，我们考虑将不同收费通道的车辆时差延迟来实现缓解交通压力的目的。
为了增加车辆之间的时差，我们改变了“线性”收费站设计的传统模式，并将其改为创新的“弧”模式，这具有一定的意义。它改变了每个收费站之间的垂直距离，造成车辆的滞后达到。通过这种方式，车辆离开收费站后进入道路入口的时差相应增加。
通过实验可以发现，随着交通流量的增加，“弯道”收费站方案下车辆的平均行车时间明显低于同等条件下“直线”收费站的平均行车时间。这表明“弯道”收费站对减少交通拥堵，缓解入口处的高速公路交通压力有重大影响。
4 模型优缺点评价
优点
*该模式清晰易懂，便于实施和推广；
*元胞自动机的模拟能力可以最大程度上模拟交通流量现实变化，实际车辆数量在路上和时间等方面大量数据，在一定程度上确保了数据的数量和质量。
*血管分支模型的逆向应用，更为生动的描述交叉模式，结合动力学模型，改进和优化现实的交通合并。
*优化模型的应用，结合影响因子θ的大小，交通流量Q等，以满足未来发展趋势，基于自动驾驶的增加收费站的比例的变化。使收费站能同时在那里为更多的车辆提供服务。
缺点
*编程中的元胞自动机在执行规则中有一些困难，因为实际中有太多的人为干扰因素，所以有小部分数据会有偏差。
*输出数据仅在指定数量的收费端口和通道数模拟，根据实际需要不同车辆比例的现实情况确定结果进行调整，所以一些参数用函数关系表达。
总结
通过对我们缺点和假设的深入分析，我们提出改进方案如下：
*对于逆向分支模型，我们将流量模式与逆流模式合并，流动类似于流体，但是，在实践中，交织在一起的流动更多复杂因素太多，所以为了进一步改善新的合并模式。树枝分叉的反向合并模式在更大程度上满足了情况即为更优化的合并模式，易于推广。
*我们已经改善了收费障碍的形状，因为考虑到当车辆到达截面时车道不占用，减少延迟，从而降低最易发生交通事故的地区同时存在车辆的可能性，。
*对于最终优化模型，我们只将其限制在各种收费统计的比例，这显然限制了模型的广泛使用，所以模型的范围如此我以扩展方式适应整体应用，提高它。
参考文献
[1] A.阿萨姆·拉德万车辆特性变化影响的研究公路容量和服务水平。交通运输研究记录1005，1985。
[2] 杰力。混合交通流动动力学模型及研究基本参数[D]。武汉科技大学学报。2005.4。
作者简介
邢雪（1997～），本科，就读于重庆交通大学。
通讯作者
蒋伟（1982～），重庆人，副教授，研究方向数学建模理论及应用。
项目编号
重庆交通大学实验室开放基金项目SYK201674，重庆交通大学实验教改项目SYJG201532，重慶交通大学大学生创新创业训练项目201710618013、201710618066。
[关键词]逆血管分支模型 BPR模型 MOP 元胞自动机
中图分类号：U49 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）27-0270-01
1 引言
目前，道路上交通流量增加造成了国家和人民的损失、高速公路建设滞后发展[1-3]，也导致交通事故频发，压力急剧上升。在一些主要城市周围，交通拥挤使在高峰期行驶的车辆速度下降，这造成了很长的时间耽搁。交通问题一直是全世界范围内的一个突出的问题。
障碍收费是收费站交通堵塞的主要原因。障碍收费是在高速公路上最常用的的收费的方式。它是一排横跨高速公路安置的收费站，垂直于交通流的方向。由于通常有比收费车道多的收费站口，车辆必须从更大数量的收费站出口车道“扇入”到较少数量的常规行驶车道。收费广场是高速公路必要的区域，用于促进障碍收费，包括在障碍收费前的扇出区域，收费口障本身以及收费障碍后的扇入区域基本模型
收费站的建设与许多因素都有关系，例如事故预防、吞吐量和成本。为了改善收费站的形状，大小和车辆的合并模式，我们同时用考虑上述因素来建立一个模型来分析和评估收费站。
2 方法
首先，我们使用动力学公式来详细分析车辆在出收费广场后和并入车道时的运行过程。通过升级改造血管分支模型，我们建立了“逆血管分支模型”。结合动力学模型和改进后的BPR模型，优化了收费站的形状和车辆出收费站后的合并模式。在此基础上，我们提出了“弯曲”收费站的设计，并分析了其性能和可行性。
其次，对于“弯曲”收费站和传统的“线性”收费站这两个计划，我们使用MATLAB和元胞自动机来模拟不同类型的站的操作过程。通过收集的数据，我们在三个不同方面分析和比较了这两个计划。这个回合显示，“弯曲”收费站无论在事故预防，吞吐量还是成本方面比传统的“线性”都要更好（然后，鉴于不同交通流量和收费口的组合模式都会对“弯曲”的收费站产生影响，我们建立了MOP模型来分析不同的交通状况，例如自动驾驶车辆的加入和三种不同类型的收费站的比例。利用Lingo，我们最终得出结论，在加入自动驾驶汽车后，人工收费站，自动找零收费站和ETC的比例从2：1：1变为1：1：2。
3 “弯曲”收费站的设计及其评估
3.1 “弯曲”收费站的设计
公路拥挤主要发生在收费站，主要影响因素是乘客从多车道收费站并入较少车道的合并模式。根据我们的分析，车辆在交通流量大的几乎每一时刻都从每个收费门口出发。由于车辆距离不同收费站的时间滞后，交通堵塞发生在道路入口处的可能性增加。根据上述分析，我们考虑将不同收费通道的车辆时差延迟来实现缓解交通压力的目的。
为了增加车辆之间的时差，我们改变了“线性”收费站设计的传统模式，并将其改为创新的“弧”模式，这具有一定的意义。它改变了每个收费站之间的垂直距离，造成车辆的滞后达到。通过这种方式，车辆离开收费站后进入道路入口的时差相应增加。
通过实验可以发现，随着交通流量的增加，“弯道”收费站方案下车辆的平均行车时间明显低于同等条件下“直线”收费站的平均行车时间。这表明“弯道”收费站对减少交通拥堵，缓解入口处的高速公路交通压力有重大影响。
4 模型优缺点评价
优点
*该模式清晰易懂，便于实施和推广；
*元胞自动机的模拟能力可以最大程度上模拟交通流量现实变化，实际车辆数量在路上和时间等方面大量数据，在一定程度上确保了数据的数量和质量。
*血管分支模型的逆向应用，更为生动的描述交叉模式，结合动力学模型，改进和优化现实的交通合并。
*优化模型的应用，结合影响因子θ的大小，交通流量Q等，以满足未来发展趋势，基于自动驾驶的增加收费站的比例的变化。使收费站能同时在那里为更多的车辆提供服务。
缺点
*编程中的元胞自动机在执行规则中有一些困难，因为实际中有太多的人为干扰因素，所以有小部分数据会有偏差。
*输出数据仅在指定数量的收费端口和通道数模拟，根据实际需要不同车辆比例的现实情况确定结果进行调整，所以一些参数用函数关系表达。
总结
通过对我们缺点和假设的深入分析，我们提出改进方案如下：
*对于逆向分支模型，我们将流量模式与逆流模式合并，流动类似于流体，但是，在实践中，交织在一起的流动更多复杂因素太多，所以为了进一步改善新的合并模式。树枝分叉的反向合并模式在更大程度上满足了情况即为更优化的合并模式，易于推广。
*我们已经改善了收费障碍的形状，因为考虑到当车辆到达截面时车道不占用，减少延迟，从而降低最易发生交通事故的地区同时存在车辆的可能性，。
*对于最终优化模型，我们只将其限制在各种收费统计的比例，这显然限制了模型的广泛使用，所以模型的范围如此我以扩展方式适应整体应用，提高它。
参考文献
[1] A.阿萨姆·拉德万车辆特性变化影响的研究公路容量和服务水平。交通运输研究记录1005，1985。
[2] 杰力。混合交通流动动力学模型及研究基本参数[D]。武汉科技大学学报。2005.4。
作者简介
邢雪（1997～），本科，就读于重庆交通大学。
通讯作者
蒋伟（1982～），重庆人，副教授，研究方向数学建模理论及应用。
项目编号
重庆交通大学实验室开放基金项目SYK201674，重庆交通大学实验教改项目SYJG201532，重慶交通大学大学生创新创业训练项目201710618013、201710618066。