A stochastic analysis of highway capacity: Empirical evidence and implications

This paper presents a stochastic characterization of highway capacity and explores its implications on ramp metering control at the corridor level. The stochastic variation of highway capacity is captured through a Space–Time Autoregressive Integrated Moving Average (STARIMA) model. It is identified following a Seasonal STARIMA model (0, 0, 2₃) × (0, 1, 0)₂, which indicates that the capacities of adjacent locations are spatially–temporally correlated. Hourly capacity patterns further verify the stochastic nature of highway capacity. The goal of this paper is to study (1) how to take advantage of the extra information, such as capacity variation, and (2) what benefits can be gained from stochastic capacity modeling. The implication of stochastic capacity is investigated through a ramp metering case study. A mean–standard deviation formulation of capacity is proposed to achieve the trade-off between traffic operation efficiency and robustness. Following that, a modified stochastic capacity-constraint ZONE ramp metering scheme embedded cell transmission model algorithm is introduced. The numerical experiment suggests that considering capacity variation information would alleviate the spillback effect and improve throughput. Monte Carlo simulation further supports this argument. This study helps verify and characterize the stochastic nature of capacity, validates the benefits of using capacity variation information, and thus enhances the necessity of implementing stochastic capacity in traffic operation.     

Signal coordination model for local arterial with heavy bus flows

Conventional Transit Signal Priority (TSP) controls often reach the limitation for arterials accommodating heavy bus flows since the priority function can significantly increase delay at minor streets. Under such conditions, a proper signal progression plan that accounts for the benefits of buses may offer the potential to improve the reliability of bus operations and increase the bus ridership. This study proposes a bus-based progression model to reduce the delay of buses on local arterials. Given the cycle length and green splits at each intersection, the bus-based progression model, grounded on the same notion as conventional signal progression methods, considers the operational characteristics of transit vehicles, such as the impact of bus dwell time and the capacity constraints at bus stops. Also, to deal with the stochastic nature of dwell time, this study introduces additional constraints to maximize the percentage of buses which can stay within the green band after leaving bus stops. Taking an arterial with five intersections and three two-way bus stops as an example, this study applies VISSIM as an unbiased tool for model evaluation. The simulation results demonstrate that the proposed model can significantly reduce bus passenger delays and the average person delays for the entire arterial, compared with the conventional progression models.     

二阶随机需求条件下公交网络的服务可靠性研究

引入服务可靠性这一概念,以乘客出行成本和车行运营成本最小为目标建立随机需求下的 公交网络模型,并提出固定需求的服务方案模型和改进的二阶随机方案模型。该模型体现了乘客 公交出行的选择策略并反映了公交网络中不确定需求和服务可靠性的相互联系。在分析公交出行 网络中的服务设计,包括常规服务和特别服务的基础上,运用二阶下降法通过规定不确定的随机 变量（服务可靠性参数） 来求解二阶随机方案：首先在一阶段减少混合整数规划的数量以节省计 算时间,随后在二阶段中模拟出一个线性规划,以便有效地求解二阶随机方案。最后,通过实例 模型验证了该方案的可行性。     

公路桥梁随机车流的平稳性和各态历经性检验

根据6条公路桥梁28条车道上的WIM系统实测车辆信息,分别生成了各车道上的随机车流类型过程.用随机过程理论分别计算得到各随机车流类型过程的集合均值、集合相关函数、时间均值、时间相关函数等随机特性参数.进一步对比分析,验证了所建立的随机车流类型过程的平稳性和各态历经性.结果表明:从实际公路上调查一定数量的车辆,其统计特性能够代表总体样本的车流信息,对车辆各种特征的统计结果具有代表性,可为公路桥梁随机车辆荷载模型的建立提供参考.     

基于遗传算法的舰船舱段可靠性优化设计

遗传算法在引入动态自适应策略和"免疫算子"之后,其收敛效率有了较大的提高。对于以可靠性作为约束的随机结构系统优化问题,以罚函数法为基础,构造了有效的约束与目标函数向适应值函数的映射公式。建立合理的安全余量,采用随机有限元法处理结构分析中所涉及的有关参量的随机性,计算结构响应和敏度分析,并进行系统的可靠性计算。通过两种算法的结合,利用自适应免疫遗传算法、随机有限元法及可靠性的基本理论,建立了一套完整的基于遗传算法与随机有限元的结构系统可靠性优化设计方法。对舰船舱段结构梁系截面的优化计算结果表明,算法对多随机因素结构系统的可靠性优化具有良好的收敛效果。     

低配筋铁路桥墩抗震性能的试验研究

通过对低配筋大比例尺铁路桥墩模型的伪静力试验,对试件的破坏形式进行分析,研究了低配筋铁路桥墩的延性抗震性能,分析其位移延性比、转角 位移曲线的包线与剪跨比、配筋率、配箍率之间的关系,得出了桥墩抗震设计的基本参数。     

分层圆弧峡谷SV波地震差动模拟理论与桥梁破坏模式

为了探究局部地形及场地分层因素对地下多点地震动的影响，建立了分层圆弧峡谷模型，并进行了目标场地多点地震动模拟程序的开发和验证。在此基础上，对一跨越该场地的刚构桥进行了考虑多点激励作用下的地震反应分析。具体内容包括：首先，在推导得到SV波入射层状圆弧峡谷地震反应频域解基础上，依据规范谱确定矩阵的峡谷各位置自谱（绝对值），联合自谱和峡谷相干函数得到互谱，进而与自谱共同构造出功率谱矩阵。由此同时体现了峡谷局部场地三大典型物理效应：散射、相干和分层效应，奠定了SV波入射下层状峡谷多点地震动模拟的基础，填补了由于竖向边界条件难以满足而大多受限于SH波入射理论解研究的空白。其次，基于上述结果，编制代码和可视化开发，实现理论方法程序化，并验证其可行性和可靠性。最后，为研究SV波输入下分层和峡谷效应多点激励对结构的影响，针对一峡谷桥梁进行模型建立、修正、多点地震反应计算以及分析比较。结果表明：①分层效应对结构反应影响明显，传统均匀介质的假定所带来的影响不容忽视；②采用传统适用于平整场地多点地震动作为激励，会导致与峡谷地形多点地震反应差别明显，且会低估结构反应；③SV波斜入射多点激励下所产生地震动的空间变异性，会使得地震反应计算结果幅值出现明显增大现象。该理论方法、程序开发可供类似工程场地分析参考。     

集值非扩张算子的随机不动点定理

本文考虑了集值非扩张算子并在Banach空间中给出了相应的若干随机不动点定理。     

几何非线性对大跨拱桥地震反应影响分析

该文以一座上承式钢桁拱桥为工程背景,用有限元软件MIDAS建立了全桥空间有限元模型。在分析了该桥自振特性的基础上,分别沿桥梁纵向、横向输入反应谱,分析了该桥的地震反应。以拱肋上弦的内力为研究对象,分析了恒载初始内力引起的几何非线性对该桥自振特性及地震反应的影响。研究结果表明恒载初内力引起的几何非线性不可忽略。     

城市供水管道抗震可靠度评估方法与应用

该文针对城市供水管道地震破坏机理,介绍常用的经验评估方法,以及理论分析评估方法的思路。采用我国现行管道抗震设计规范的理论计算模型,以结构可靠度分析的一次二阶矩方法的思想,考虑了管道抗力、场地条件、管土相互作用的随机特性,给出了城市供水管道抗震可靠度评估的验算点法的计算过程。对计算过程中参数进行了敏感性分析,确定参数的重要性。最后与日本水道协会(JWWA)经验方法进行对比,证明方法的可行性,并对规范理论计算方法提出一些建议。