第三章道路設(shè)施建模

第三章道路設(shè)施建模第一節(jié)路段建模

路段是構(gòu)成交通設(shè)施的最基本要素，本節(jié)將介紹路段的基本構(gòu)成和常見的路段仿真方法。一種是基于車道組的方法，一種是基于道路總體的方法。一、路段構(gòu)成

同一條道路可能存在多個(gè)不同的橫斷面。一般情況下，城市道路的路段包括機(jī)動車道、非機(jī)動車道、人行道和隔離帶等，公路包括機(jī)動車道、路肩等。如上圖所示的是一個(gè)較典型的城市道路路段，以該圖中交叉口東側(cè)進(jìn)口路段為例，最西側(cè)在交叉口處路段起于人行橫道，然后向東為停車線。在停車線東側(cè)由南至北依次為機(jī)動車道、隔離帶、非機(jī)動車道和人行道，其中機(jī)動車道在接近交叉口處分為左、直、右三種專用車道，在專用車道東側(cè)為可變道車道。路段基本要素說明二、路段模型建立方法一

應(yīng)用車道組方法生成路段就是一種常見的道路形式，該方法被交通仿真系統(tǒng)VISSIM采用。這種方法將圖3-1中所示的東進(jìn)口路段各個(gè)要素定義為車道組，再用連接器將各個(gè)車道組連接，從而完成對整個(gè)路段的描述。可以通過對各個(gè)車道組屬性的設(shè)定，來描述整個(gè)路段的屬性。由于采用多個(gè)車道組進(jìn)行拼接，所以這種方法具有很強(qiáng)的靈活性，對于一些如下圖所示的畸形道路仿真時(shí)有很強(qiáng)的描述能力，對系統(tǒng)的仿真細(xì)化程度較高。

畸形路段

這樣對路段的仿真問題被分解為對車道組的仿真問題，描述車道組屬性的參數(shù)有車道數(shù)、車道寬度、車道長度、坡度、路段高度和車輛限制等。VISSIM中設(shè)置車道組的界面如右圖所示。由于翻譯等原因，其漢語版本將車道組定義為路段。其主要含義如下：

VISSIM中的車道組屬性窗口

（1）編號：對路段進(jìn)行識別的唯一標(biāo)志。（2）稱號：標(biāo)志和注釋車道組。（3）路段長度：該路段縱向上的距離，通常以m為單位。（4）車道數(shù)：每個(gè)方向上路段的數(shù)量。（5）車道寬度：路段上每條車道的寬度。（6）路段坡度：路段起止點(diǎn)的高度差與水平距離的比值，參數(shù)反映車輛的加減速能力。（7）路段高速：從基部至某一任選高處的距離，僅在3D顯示時(shí)生效，包含起始高度和終點(diǎn)高度。（8）車道限制：為達(dá)到仿真效果，車道通常會對某一種或某一類車輛進(jìn)行限制。

有些交通仿真軟件，如Synchro等采用另外一種方法構(gòu)建道路，即將兩交叉口間的整個(gè)路段看做一個(gè)整體，通過對整體設(shè)置一些參數(shù)來完成對道路的描述和仿真，采用這種方法可在短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建較大規(guī)模路網(wǎng)。右圖1是Synchro軟件道路屬性窗口，右圖2是其他圖窗口。三、路段模型建立方法二

圖1圖2

從上圖2中可以看出，在上圖1中一個(gè)道路屬性窗口中共設(shè)置了一個(gè)交叉口的四條道路，由于其設(shè)置的范圍較大，所以對道路的描述相對粗略。其主要屬性及含義如下：（1）對應(yīng)車道的方向：輸入車道組車道的數(shù)量。每一個(gè)車道組有0到8個(gè)車道數(shù)可供選擇，也可通過下拉菜單下的配置進(jìn)行匹配。（2）理想飽和流率：在一次連續(xù)的綠燈信號時(shí)間內(nèi)，進(jìn)口道上一列連續(xù)車隊(duì)能通過進(jìn)口道停車線的最大流量，單位是pcu/h。

（3）車道寬度：輸入車道組的平均車道寬度，單位為m。車道的寬度影響飽和流率的大小。（4）坡度：臨近交叉口邊坡的角度表示。上坡時(shí)為正，下坡時(shí)為負(fù)。（5）所在地區(qū)類別：有“中心商業(yè)區(qū)”和“其他地區(qū)”兩種類型。（6）總損失時(shí)間：在一次信號周期內(nèi)，任何地方車輛實(shí)際上都不能通行的時(shí)間，屬信號損失時(shí)間，包括綠燈間隔時(shí)間和啟動損失時(shí)間。

（7）頭檢測器位置：在下拉菜單下可以輸入檢測器道停車線的距離。（8）尾檢測器位置；在下拉菜單下可以輸入檢測器道停車線的距離。（9）轉(zhuǎn)彎車速：輸入進(jìn)入交叉口需要轉(zhuǎn)彎的機(jī)動車的車速。（10）右轉(zhuǎn)導(dǎo)流控制方式：有無控制、停車和遵守信號等選擇。第二節(jié)交叉口仿真

交叉口將道路相互連結(jié)起來構(gòu)成路網(wǎng)，是多向交通流集中的地方。交叉口可分為兩種基本形式：平面交叉口和立體交叉口。平面交叉口按照管控方式可分為信號交叉口、無信號交叉口、環(huán)形交叉口三類。交叉口仿真主要包括對其幾何特征、車輛運(yùn)動軌跡和各方向車輛間的沖突進(jìn)行設(shè)置等內(nèi)容。一、無信號交通仿真

無信號交通仿真時(shí)主要涉及車輛在交叉口內(nèi)的運(yùn)動軌跡和沖突點(diǎn)的處理兩個(gè)問題。以十字交叉口為例，分析各車流主要主要運(yùn)動軌跡和沖突點(diǎn)情況。如右圖所示：無信號交叉口車輛運(yùn)動軌跡與主要沖突點(diǎn)

十字型交叉口進(jìn)口道主要有三個(gè)流向：左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)與直行。由于各個(gè)方向的進(jìn)口道處于同一平面內(nèi)，因此車流在運(yùn)動時(shí)會產(chǎn)生沖突。如何處理這些沖突。是仿真交叉口的重要內(nèi)容。無信號十字交叉口處理交通沖突有兩種方法：主路優(yōu)先式和自由式。

（1）主路優(yōu)先交叉口。是指主路車輛有優(yōu)先通行權(quán)，可直接通過交叉口，其運(yùn)動狀況和路段相同；次路車輛到達(dá)交叉口必須減速或停車等待，觀察主路車輛提供的空當(dāng)，并利用這些空當(dāng)穿越交叉口。

（2）自由式十字交叉口。是指當(dāng)相交的兩條道路無明顯的主、次之分，車流經(jīng)過交叉口時(shí)具有明顯的車隊(duì)特征，即兩路車流以車隊(duì)形式交替通過沖突點(diǎn)，穿越通過交叉口。車道功能二、有信號交叉口仿真

無信號交叉口主要靠設(shè)置沖突點(diǎn)的讓行規(guī)則將相互沖突的車流隔離，而有信號交叉口將大部分沖突用交通信號在時(shí)間上隔離，所以需要設(shè)置的沖突點(diǎn)較少。三、環(huán)形交叉口仿真

環(huán)形交叉口是在交叉口的中央設(shè)置中心島，進(jìn)入交叉口的車輛圍繞中心島做逆時(shí)針單向行駛，到達(dá)所要去的出口駛出交叉口，其車流的運(yùn)行原理如下圖所示：

以南進(jìn)口至東出口路段為例，南進(jìn)口流入車輛要進(jìn)入環(huán)形交叉口道，而原環(huán)形交叉口內(nèi)車流有一部分要從東出口流出，從而在南進(jìn)口和東出口形成一個(gè)交織區(qū)。環(huán)形交叉口的交通流示意圖四、立交仿真

立交仿真（簡稱立交）是指道路與道路、道路與鐵路相互交叉時(shí)，用跨線橋或地道使兩條路線在不同水平的平面上通過的交叉形式，如右圖所示。立體交叉口按相交道路的跨越方式可劃分為上跨式和下跨式，按其交通功能可劃分為分離式立體交叉口和互通式立體交叉口兩類。立交橋仿真

立交的仿真過程應(yīng)注意以下兩個(gè)方面：立交路段坡度，能夠改變車輛的加減速能力和多種特性；立交的沖突區(qū)域，由于立交的幾何特性，將主要車流在空間上隔離，沖突點(diǎn)大大減少，但在一些必要的分、匯流點(diǎn)，依然要依據(jù)情況設(shè)置沖突點(diǎn)。

第三節(jié)道路輔助設(shè)施仿真道路設(shè)施仿真除了道路仿真、交叉口仿真外，還包括標(biāo)志標(biāo)線、安全設(shè)施、信號燈和檢測器等道路輔助設(shè)施仿真。一、交通標(biāo)志標(biāo)線模型

交通標(biāo)志標(biāo)線仿真是在交通仿真系統(tǒng)中針對不同種類標(biāo)志標(biāo)線的位置、尺寸、形狀和功能等方面進(jìn)行仿真。其模型按生成方式可劃分為兩種：一種是在路段和交叉口的生成過程中，相關(guān)的交通標(biāo)志標(biāo)線模型會自動生成，即系統(tǒng)默認(rèn)產(chǎn)生；另一種是人工添加。

以限速標(biāo)志為例：在VISSIM系統(tǒng)中是以減速區(qū)為載體進(jìn)行設(shè)置的。當(dāng)模擬具有慢速特征的短距離路段時(shí)（如：曲向或轉(zhuǎn)向段），即可使用減速區(qū)。減速區(qū)設(shè)置主要包括以下屬性：（1）減速區(qū)編號。（2）減速區(qū)名稱，標(biāo)志或注釋。（3）減速區(qū)的長度。（4）減速區(qū)車道，即減速區(qū)所在路段、連接器的車道編號。

（5）位置：減速區(qū)開始位置（路段/連接器坐標(biāo)）。（6）時(shí)間：定義減速區(qū)激活的時(shí)間間隔。（7）期望車速：在該減速區(qū)內(nèi)仿真車輛的目標(biāo)行駛速度。二、信號燈靜態(tài)模型交通信號的設(shè)置是為了指揮不同的車輛或行人在時(shí)間上分先后通過，避免沖突。用燈光信號顯示控制命令，就成了交通信號燈。一個(gè)3D信號燈包括以下幾個(gè)部分：燈柱，燈臂，信號燈和標(biāo)志。以下僅以燈柱說明信號燈的設(shè)置屬性。

燈柱的屬性包括：（1）燈柱的編號。

（2）燈柱的外觀式樣。（3）燈柱高度。（4）燈臂長度。（5）燈柱的直徑。（6）燈柱的高程。三、檢測器模型

現(xiàn)實(shí)中的交通流檢測可以使用多種方法，包