A dynamic node model for highway networks

Abstract

Bu çalışmada; sinyalize olmayan karayolu ağlarında akım yayılımını modelleyen ve birdinamik ağ yükleme sürecinde tümleşik olarak kullanılabilen analitik bir dinamikdüğüm noktası modeli önerilmiştir. Önerilen dinamik düğüm noktası modelinin; bağçıkış formülasyonu temelli bir karma-boyut bağ modeli bileşeni ve akım korunumu,kapasite, akım dağılımı ve negatif olmama kısıtlarını içeren bir düğüm noktası kurallarıbileşeni vardır. Oluşturulan dinamik düğüm noktası formülasyonu benzetim yoluylaçözülmüştür.Nokta kuyruk varsayımı ile oluşturulan bağ modeli bileşeni; aşırı-doygun durumudeğerlendiren ve daha önceki bir modelin hesaplama etkinliğini arttıran bir yapıdadır.Zaman boyutunda yapılan ayrıklaştırma, aşırı-doygun duruma ilişkin konulan kapasitekısıtı ve düzgün ivmelenen taşıt hareketi varsayımı ile oluşturulan bağ modeli bileşeni,gerçekçi trafik akım dinamiklerinin temsiline olanak sağlamıştır. Bu modelin, herhangibir hedef başarım ölçütüne kolayca yakınsayacak döngüsel bir yapısı vardır. Bağ modeliile belirlenen akımlar, düğüm noktası bileşenine girdi olmaktadır. Akımların düğümnoktası bileşeninde, önceden tanımlı dağılım oranları ve ayrılan bağ özellikleri ileişlenmesi ile ayrılan bağ giriş akımları hesaplanır.Önerilen yeni dinamik düğüm noktası modeli, karma-boyut yaklaşımı temeli üzerindeyapılandırılmış tek düğüm noktası modelidir. Yeni modelin aşırı-doygunlukta gerçekçisonuçlar verdiği ve bir dinamik ağ yükleme süreci içerisine kolayca tümleştirilebildiğigörülmüştür.Anahtar Kelimeler: Dinamik ağ yüklemesi, Akım yayılımı modellemesi, Bağ modeli,Düğüm noktası modeli

In this study, an analytical dynamic node model is formulated both to represent flowpropagation on unsignalised highway traffic networks and to be utilized as an integralpart of a dynamic network loading process. The proposed node model has an integratebase structured with a mesoscopic link model, set with an exit link function formulation,and nodal flow rules considering the constraints of conservation, capacity, flow splittingrates and non-negativity. The solution to the proposed dynamic node model is obtainedby simulation.The link model component, that has been set out with the point-queuing assumption, isdeveloped by both considering the over-saturation phenomenon and improving thecomputational efficiency of a former link model. The discretisation on time dimension,definition of capacity constraint rules for over-saturated states and uniformlyaccelerated speed assumption enable the proposed link component to represent realisticoutflow dynamics. Model has an iterative structure, which enables convergence to anytarget performance criteria with the coded algorithm. The flows computed by the linkmodel component are input to a node. These flows are processed within the nodecomponent with predefined splitting rates and the characteristics of the diverging links,and then the nodal exiting flows are computed.The proposed new dynamic node model is a unique one that encapsulates a mesoscopicapproach in node modelling. It is seen that the new model is able to tackle with oversaturationphenomenon and easy to be utilized in a dynamic network loading process.Keywords: Dynamic network loading, Flow propagation modelling, Link model, Nodemodel