基于微觀(guān)仿真的交通檢測(cè)器布設(shè)間距研究

曹廣斌　戴玥

摘 要：合理布設(shè)以事件檢測(cè)為目的的交通檢測(cè)器有利于準(zhǔn)確快速地檢測(cè)及確認(rèn)各類(lèi)異常事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)及性質(zhì)，有效提高高速公路經(jīng)營(yíng)管理單位突發(fā)事件處置效率。本文以京滬高速一段平直路段為例，采用加利福尼亞事件檢測(cè)算法，利用VISSIM微觀(guān)仿真軟件模擬高速公路事件的發(fā)生并將檢測(cè)器分成多種間距進(jìn)行布設(shè)，通過(guò)將獲得的檢測(cè)點(diǎn)處的數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)、整理并帶入事件檢測(cè)算法中，確定高速公路檢測(cè)器最優(yōu)布設(shè)間距，為高速公路視頻監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：公路工程；微觀(guān)仿真；檢測(cè)器布設(shè)；間距

京滬高速是華北、東北及中西部地區(qū)向長(zhǎng)三角乃至東南沿海方向的主要陸路通道，承擔(dān)著大量的人流、物流運(yùn)輸。作為全國(guó)路網(wǎng)主骨架的重要組成部分，其重要地位和作用要求必須把保證道路安全暢通放在首位。京滬高速公路快捷、暢通、舒適的通行環(huán)境，已成為交通運(yùn)輸和人們出行的重要通道，但由于交通事故、惡劣天氣、道路施工、重大交通保障任務(wù)等各類(lèi)突發(fā)事件，都可能導(dǎo)致高速公路產(chǎn)生擁堵事件。交通事件是造成行程時(shí)間無(wú)法預(yù)測(cè)、運(yùn)行成本增加、事故率提高、能源浪費(fèi)和環(huán)境污染加劇等的主要原因之一。及時(shí)檢測(cè)交通事件，縮短救援的響應(yīng)時(shí)間，提高救援效率，能夠有效降低各類(lèi)事件造成的損失，最大限度地保護(hù)司乘人員生命財(cái)產(chǎn)的安全。

如何準(zhǔn)確、快速地檢測(cè)交通事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)及性質(zhì)，是高速公路緊急救援系統(tǒng)能否成功運(yùn)行的關(guān)鍵。而檢測(cè)器的合理布設(shè)則是交通事件準(zhǔn)確、快速檢測(cè)的有力保障。因此，確定合理的交通檢測(cè)器的布設(shè)間距具有非常重要的意義。本文借助仿真軟件對(duì)實(shí)時(shí)道路交通狀況進(jìn)行模擬，采用加利福尼亞事件檢測(cè)算法，對(duì)檢測(cè)器的布設(shè)方案提出相應(yīng)的原則和思路，對(duì)交通檢測(cè)器的布設(shè)提高具有一定的借鑒意義。

一、交通事件檢測(cè)算法

良好的事件檢測(cè)算法應(yīng)是快和準(zhǔn)的算法，主要的衡量指標(biāo)有三個(gè)，即檢測(cè)率DR（Detection Rate）、誤報(bào)率FAR（False Alarm Rate）和平均檢測(cè)時(shí)間MTTD（Mean Time To Detection）。檢測(cè)率越高越好，誤報(bào)率越小越好，平均檢測(cè)時(shí)間越短越好。

加州算法于20世紀(jì)60年代末由美國(guó)加州運(yùn)輸部開(kāi)發(fā)，并得到廣泛承認(rèn)和應(yīng)用，一般作為評(píng)價(jià)新算法的參考。該算法通過(guò)比較相鄰之間的占有率數(shù)據(jù)，對(duì)可能存在的突發(fā)交通事件進(jìn)行判別。該算法在時(shí)刻t從檢測(cè)站（i=1，2，...，n）得到的平均占有率OCC（i，t）按下面三個(gè)條件來(lái)判斷擁擠是否發(fā)生：

式中：OCCDF為擁擠路段上下游占有率差值；OCCRDF為擁擠路段上下游占有率相對(duì)差值；DOCCTD為擁擠開(kāi)始時(shí)下游占有率的相對(duì)差值；OCC（i，t）為第i個(gè)檢測(cè)站t時(shí)刻所測(cè)得的占有率；K1，K2，K3分別為相應(yīng)條件的閾值。

如果上述三個(gè)條件都滿(mǎn)足，則判斷產(chǎn)生交通擁擠事件。

二、交通檢測(cè)器布設(shè)間距微觀(guān)仿真

（一）仿真步驟

1、選取事件檢測(cè)算法。本文選用加利福尼亞算法，加利福尼亞算法已被廣泛應(yīng)用在高速公路交通事件檢測(cè)，且常用來(lái)檢驗(yàn)其它交通事件檢測(cè)算法的有效性；2、選取仿真工具。本文選取VISSIM仿真軟件；3、選取實(shí)際道路中的一段，并將其進(jìn)行簡(jiǎn)化，作為仿真的基礎(chǔ)路段；4、將檢測(cè)器間距分成多種情況，分別布設(shè)于選取的道路上進(jìn)行仿真；5、整理檢測(cè)點(diǎn)仿真數(shù)據(jù)；6、綜合檢測(cè)器成本與檢測(cè)算法的優(yōu)劣性選擇合理的檢測(cè)器間距。

（二）仿真方案設(shè)計(jì)

1、道路網(wǎng)絡(luò)：選取京滬高速沂淮江段一段平直路段，路線(xiàn)長(zhǎng)3 km，設(shè)計(jì)行車(chē)速度120 km/h。該路段為高速公路雙向四車(chē)道平直路段，交通狀況不受匝道影響，在模擬方案中只考慮單行駛方向；2、主線(xiàn)輸入交通量： 1700 pcu/h，此交通輛為實(shí)際車(chē)輛數(shù)；3、車(chē)輛類(lèi)型：、客車(chē)占60%，貨車(chē)占40%；4、交通量車(chē)道分布：交通量均勻分布，每車(chē)道分別占50%；5、仿真時(shí)間：仿真時(shí)間2400 s，間隔60 s；6、本仿真中以200 m為步長(zhǎng)，檢測(cè)器間距從200 m到2000 m分成10組分別布設(shè)。

（三）仿真結(jié)果分析

本文通過(guò)微觀(guān)仿真軟件對(duì)實(shí)時(shí)道路交通狀況進(jìn)行仿真，采用加利福尼亞事件檢測(cè)算法，對(duì)檢測(cè)器的布設(shè)間距進(jìn)行研究，得出如下結(jié)論：

1、交通檢測(cè)器布設(shè)密度越大，交通事件檢測(cè)效果越好。隨著檢測(cè)器布設(shè)的間距不斷增大，事件檢測(cè)效果在逐漸變差。因此在布設(shè)檢測(cè)器的時(shí)候，要注意合理地考慮檢測(cè)器布設(shè)密度問(wèn)題。

2、綜合考慮，檢測(cè)器的布設(shè)距離存在一個(gè)合理穩(wěn)定的范圍，且會(huì)受到高速公路高峰小時(shí)流量、外界氣候環(huán)境和經(jīng)濟(jì)因素的影響。本文得出相鄰檢測(cè)器間距在600-800 m時(shí)檢測(cè)率較高，誤報(bào)率越小，平均檢測(cè)時(shí)間較短，經(jīng)濟(jì)性較好，可用來(lái)指導(dǎo)高速公路交通檢測(cè)器布設(shè)的合理數(shù)目。

參考文獻(xiàn)：

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