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第36章 智慧交通(3)

LCD屏幕有投影式和直接式两种。投影是使用相当于幻灯的小型液晶盒,在电场作用下,把显示图像写入,将该图像投影到大屏幕上显示。直接显示方式是将具有一定尺寸的液晶盒(目前最大尺寸为35.56cm彩色屏)拼接成大画面,使用背照光源直接显示合成的图像显示方式。

LCD显示屏的主要器件完全依靠进口,大屏幕组合技术国内尚难达到要求,另外必须根据要求的显示尺寸进行设计制作,成本比较高,目前还未成为主流产品。

3.PDP显示屏

PDP(Plasma Display Panel)显示屏是利用等离子体显示器件制作的显示产品。PDP显示器成像原理与氖气灯或荧光灯工作原理基本一致,即利用电场激发惰性气体来发光。在PDP显示器里,惰性气体被夹在两块带透明电极的玻璃基板之间。当电压作用于其中一块玻璃基板上的电极时,由表面放电产生的紫外线激发涂在另一块玻璃板内表面的荧光粉发光,光线穿过玻璃板生成图像。由于荧光粉被涂成了红、绿、蓝色,从而获得三基色R、G、B,因而生成的图像是彩色的。PDP显示的色纯度可与CRT媲美,且视觉效果良好,长时间观看眼睛不会疲劳。

PDP显示是目前超薄型平板显示的主要发展方向,107cm(42英寸)PDP彩色显示器已开始大量进入市场,178cm(70英寸)PDP不久也将投入市场。PDP显示屏体积轻巧,显示效果理想,是小范围内大容量信息显示的首选产品。目前价格偏高,适用于公共场合。

4.CRT大屏幕显示屏

CRT(Cathode Ray Tube)即阴极射线管,是比较古老的显示器件,主要用来制作电视机和作为计算机终端显示的器件。CRT技术曾是应用最普遍的显示技术,第一台电视机的发明采用的就是这种技术。这种技术现已非常成熟,量产规模亦很大,很长一段时间都是显示市场的主流,但CRT的显示屏体积庞大且笨重,由此给大屏幕电视机的生产、维护带来许多不便。又因其价格较昂贵且寿命相对较低,已渐渐不适应现有市场。

除上述4种主要的显示产品外,还有数字光处理技术(DLP),场发射显示器(FED),有机发光二极管(OLED),光栅光阀(GLV)投影显示器,数字打印全息图(DPH),视频全息(Holovideo),全息背投屏(Holoscreen)以及液晶硅显示器件(LCOS)等。

9.3智慧交通中的理论基础

9.3.1道路通行能力分析

通行能力是指汽车在正常速度、保证行车安全舒适、车流无阻碍条件下,单位时间内通过道路某一断面的最大车辆数。它是正常条件下道路交通的极限值,它是道路的一种性能,是度量道路疏导车辆的能力。通行能力的单位是veh/h、pcu/h、人/h,基本单位是pcu/h,当有其他车辆混入时,均采用等效通行能力的当量小客车为单位,城市道路通行能力采用当量小客车为单位。

1.通行能力种类

确定道路通行能力的种类主要考虑两点:一是通行能力分析必须与运行质量相联系;二是需要有一种具体对比道路功能的基本参照通行能力。因此,通行能力可分为以下三种。

(1)基本通行能力Cb。基本通行能力又称为理论通行能力,是指道路组成部分在理想的道路、交通和控制条件下,该组成部分的一条行车道或横断面上一小时所能通行或通过标准车辆的最大数量。它反映了道路允许通过车辆数的极限值,是计算各种通行能力的基础。

(2)可能通行能力Cp。可能通行能力是指已知道路组成部分在实际或预计的道路、交通和控制条件下,该组成部分的一条行车道或横断面上一小时所能通行或通过的最大车辆数量。

(3)设计通行能力Cd。设计通行能力是指已知道路组成部分在实际或预计的道路、交通和控制条件下,该组成部分的一条车道或行车道的横断面上,在所用的设计服务水平下一小时所能通行或通过的最大车辆数。它是实际可以接受的通行能力,考虑人为主观对道路的要求,并按照道路运行质量(服务水平)要求及经济、安全因素来加以确定的,是作为设计的依据。

2.通行能力的计算

道路通行能力的具体计算与分析是比较复杂的。不同道路设施由于车辆运行状况和影响因素的不同,其通行能力的研究方法亦有所不同。目前通常采用的通行能力研究方法主要有理论公式法、模拟模型法和宏观统计法等。

路段是道路的基本部分,路段上的车流不受分流、合流和交织流的影响,车辆运行特征为连续流。道路通行能力计算首先要确定在理想条件下一条车道的理论(基本)通行能力,然后考虑实际道路条件、交通条件和管制条件,确定各科影响系数,修正理论通行能力,得到可能通行能力。再考虑规定的运行条件,修正可能通行能力,便可求出设计通行能力。基本通行能力的计算公式:

Ch=3600/ht=1000v/L0

L0=l反+l制+l安+l车=+l安+l车

式中,v——行车速度,km/h

L0——最小车头间距,m

ht——最小车头时距,s

l反——在反应时间内车辆行驶的距离,m

l制——车辆制动距离,m

l安——停车后车辆间的安全距离,m

l车——车辆的平均长度,m

t——驾驶员反应时间,s

基本通行能力的计算值随车速不同而变化,其范围值在1600~2000phu/h之间。

计算可行通行能力是以基本通行能力为基础,考虑到实际的道路和交通状况,确定其修正系数,用基本通行能力Cb乘以一系列修正系数Ki,即得到实际道路交通与一定环境条件下的可能通行能力,用Cp表示。其计算公式为:

Cp=CbK1K2K3.....Kn

对于城市感知可能通行能力的确定,其修正系数处理除考虑车道宽度、侧向净空、沿途条件和交通条件外,还应考虑多车道、平面交叉路口、机动车与非机动车混行、街道化程度等修正系数。

9.3.2道路交通流理论分析

交通流理论是交通工程学的基础理论,也是研究智慧交通的基础理论,它是运用数学和物理学的定理来描述交通流特性的一门边缘科学。它以分析的方法阐述交通现象及其机理,探讨人和车在单独或成列运行中的动态规律及人流或车流流量、流速和密度之间的变化关系,以求在交通规划、设计和管理中达到协调和提高各种交通设施使用效果的目的。

1.交通流的三个基本参数

交通流是由车辆构成的,车辆与车辆之间存在间距。从微观角度看,交通流并不是连续分布的。但是,如果把车辆及其间距称为车域,认为交通流是由车域构成的,则在宏观上可把交通流视为连续分布的连续流。车域可压缩,充满整个道路。我们把交通流作为连续介质来处理,则表征交通流特性的密度、车道占有率、速度、流量、车头间距和车头时距等物理量在空间也应该是连续分布的。这是因为,如果交通流内某点的特性发生了变化,则由于车辆运动所产生的扩散作用必然会引起它上游的交通流的同一特性也发生变化,而这种变化在空间上和时间上必然是逐渐地连续地进行的。由此可以认为:除个别情况外,对交通流的连续运动,表征交通流特性的各物理量应该是空间坐标和时间的单值连续可微函数。这样,我们就有可能利用微分方程等数学工具去研究交通流的运动规律了。在研究交通流的宏观运动中,常用的交通流物理量是交通流的速度、密度和流量。

行车速度、车流密度和交通量是测定交通流运行状态的三个主要参数,三参数之间的基本关系为:Q=Vs·K

式中,Q——平均流量(辆/h)

Vs——空间平均车速(km/h)

K——平均车流密度(俩/km)

流量、密度、速度三者之间的关系式可以用三维图形来表示。但为研究方便起见,通常将这个三维空间曲线投影到二维空间中。

确立反映交通流特性的一些特征值。

(1)最大流量Qm,速度——流量曲线图上的峰值;

(2)临界速度Vm,流量达到极大时的速度;

(3)最佳密度Km,流量达到极大时的密度;

(4)阻塞密度Kj,车流处于阻塞即车辆无法移动时的密度;

(5)行速度Vf,车流密度趋于零,车辆可以.行无阻时的平均速度。

2.主要交通流理论分析方法

(1)概率统计模型

车辆的到达在某种程度上具有随机性,描述这种随机性的统计分布规律的方法有两种:一种是描述可数事件的离散性分布工具,考察在一段固定长度的时间或距离内到达某场所的交通数量的波动性。常用的离散性分布有泊松分布、二项分布和负二项分布;另一种是以描述事件之间时间间隔的连续性分布为工具,研究事件发生的间隔时间或距离的统计分布特性,如车头时距分布、可穿越空档分布、速度分布等。常用的连续性分布有负指数分布和移位负指数分布。

(2)跟驰模型

车辆跟驰模型是运用动力学方法,探究在无法超车的单一车道上车辆列队行驶时,后车跟随前车行驶状态的理论。车辆跟驰模型从交通流的基本元素:人车单元的运动和相互作用的层次上分析单车道交通流的特性。通过求解跟驰方程,不仅可以得到任意时刻车队中各车辆的速度、加速度和位置等参数,用来描述交通流的微观特性,还可以通过进一步推导,得到平均速度、密度、流率等参数,用来描述交通流的宏观特性。这种特性的研究可用来检验管理技术和通信技术,以预测短途车辆对市区交通流的影响、在稠密交通时追尾事故减到最低限度等。

(3)排队论模型

排队论也称随机服务系统理论,是研究“服务”系统因“需求”拥挤而产生等待行列(即排队)的现象以及合理协调“需求”与“服务”关系的一种数学理论。它以概率论为基础,是运筹学的一个重要分支。

(4)流体动力学模拟理论

该理论运用流体力学的基本原理,模拟流体的连续性方程,建立车流的连续性方程,把车流密度的变化比拟成水波的起伏而抽象成车流波。当车流因道路或交通状况的改变而引起密度的变化时,在车流中产生车流波的传播。通过分析车流波的传播速度来寻求车流流量、密度和速度之间的关系。

9.3.3交通需求预测及分配模型

交通需求预测及分配是利用资料调查与分析的结果建立各种预测模型,并运用这些模型预测规划区域未来交通需求状况。城市交通需求预测的内容总体上包括城市客运交通预测和城市货运交通预测两大部分。这里着重介绍当前常用的四阶段交通预测方法,即出行生成、出行分布、交通方式划分及交通分配。这四个阶段的工作程序可以有不同的组合与安排,如出行分布与方式划分结合在一起,出行生成与方式划分结合在一起,交通方式划分在出行生成之后,交通方式划分在出行分布之后等。

1.交通出行生成预测模型

从交通调查与分析中得到了现状出行生成与规划原始资料用地因素之间的关系,假定这些关系在将来也是可靠的,而且土地使用和社会经济因素的未来情况是可以预测的,就可以据此估计将来的交道系统中的出行数量,即从规划的土地使用得到规划的出行生成数量和方向。交通出行生成预测的常用模型包括生成率模型、类别生成率模型、回归分析模型等。

2.交通出行分布预测模型

出行分布是确定各交通区之间的出行交换量,通常用类似于万有引力定律的假设,即各交通区间交通出行的次数与各起终点交通区的大小范围成正比,而与其空间距离或隔离程度成反比。交通出行分布预测常用的模型包括增长系数法、重力模型法、插入机会模型法和系统平衡模型法等。

3.交通出行方式预测模型

现行交通方式预测常用预测模型主要包括转移曲线模型、概率模型、回归模型等。

4.网络交通分配模型

交通分配就是把各种出行方式的空间OD量分配到具体的交通网络上,通过交通分配所获得的路段、交叉口交通量资料是检验道路规划网络是否合理的主要依据。

对于交通分配,国内外均进行过较多的研究,数学规划方法、图论方法及计算机技术的发展,为合理的交通分配模型的研制及应用提供了坚实的基础。国际上通常把交通分配方法分为平衡模型与非平衡模型两大类,并以Wardrop第一、第二原理为划分依据。

如果交通分配模型满足Wardrop第一、第二原理,则该模型为平衡模型,并且,满足第一原理的称为用户优化平衡模型(user‐optimized equilibrium),满足第二原理的称为系统优化平衡模型(system‐optimized equilibrium)。如果分配模型不使用Wardrop原理,而是采用了模拟方法,则被称为非平衡模型。

平衡模型是近十多年来才发展起来的,通常被分为固定需求分配、弹性需求分配及组合分配三类。尽管平衡型交通分配方法种类繁多,但绝大部分平衡分配模型都可被归结为一个维数很大的凸规划问题或非线性规划问题。理论上说,这类模型结构严谨,思路明确,比较适合于宏观研究。相比之下,非平衡模型具有结构简单、概念明确、计算简便等优点,特别是用于城市交通规划,其精度已能保证,因而在实际工程中得到了广泛的应用,效果良好。