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力學 標題:交通號誌控制
1:黃福坤(研究所)張貼:2004-02-01 15:15:00:
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交通號誌控制

在繁忙的上下班時刻, 大家都曾有過塞車的 !@..?$ 經驗.

如何適當的調整 十字路口交通號誌的 時間順序, 使得單位時間的車流量最多呢?

    你想試著做交通警察, 控制交通號誌嗎?
本 Java 程式讓你試著控制 一小段街道的紅綠燈(單行道),
看看能否找出最好的控制參數.
提示:當從路口由紅燈轉變為綠燈, 最前頭車子啟動抵達下一路口前,
(尚不需煞車前)下一路口恰轉變為綠燈, 則通過車子是否較多!

這個動畫 因為java版本變更 似乎變得很慢 建議改為參考
交通號誌控制的ejs版本動畫 可看到程式如何設定


若無法瀏覽動畫請點選使用問題

使用說明:
  1. 重置 恢復起始狀態, 按 開始 鍵後,
    1. 車子會開始啟動. (皆為單行道)
  2. 各十字路可的燈號, 代表向右行進車輛所遵循的號誌.
    1. 燈號意義和平常交通號誌相同
      綠燈則通行, 紅燈時不得越過十字路口, 黃燈則視情形而定.
      只有當號誌為紅燈時, 上下方向車輛, 才能行走.
  3. 左上角紅綠燈旁的數字, 代表十字路口左右方向 交通號誌各燈號的顯示時間.
    1. 每個路口各燈號的時間皆相同
      用滑鼠 左/右鍵 每點一次顏色燈號, 將可減少/增加 該顏色燈號時間一秒鐘.
  4. 交通號誌左邊 , 延遲時間 控制該號誌 相對於左邊號誌顯示時間的延遲時間
    1. 按數字 左/右 箭頭部份, 將分別 減少/增加 延遲時間
  5. 最左邊數字欄位
    1. 最高速度 代表車子行進的最高速率.
        (設定範圍 5-50 公尺/秒, 相當於 18-180 公里/時)
      加速度 a 代表車子的加速度大小(設定範圍 1-20 公尺/秒2
        輪胎摩擦係數為 0.8 則 加速度 = 9.8 * 0.8 = 7.8 公尺/秒2
  6. 上方格子內數值的意思
    1. T:代表按 開始 後的時間
      N:兩數值分別代表左右與上下方, 通過車量數目
      score:代表車流量好不好的指標, 數值愈大愈好.
  7. 車子顏色的意義
    1. 黃色代表車輛正在加速中 a>0
      綠色代表等速率行進中(或靜止) a=0
      紅色代表車輛正在減速 a<0
  8. 每部車子上方的藍點, 相對於道路邊緣的高度, 正比於車子的當時車速.
    1. (一小格代表速度 5公尺/秒 -- 相當於 18公里/時)
  9. 道路邊緣每一小格代表 10 公尺, (當然車子稍大了些, 但...就看不清楚了)
  1. 新增功能: 按滑鼠右鍵會暫停動畫,再按一次則繼續。

  2. 此時縱向道路有一邊變成(綠黃紅)彩色線條。(用以代表時間軸)
    顏色顯示在該時段內第一步車子對應的燈號, 橫向座標則對應橫向位移。
    一組淡藍色的線 顯示由最左邊路口第一輛車子所對應的 x-t圖。

    如何利用此圖 來調整最適當的延遲時間呢?
    (看懂了嗎?巧妙吧!這就是圖形的好處,可以輕鬆的找出適當的時間延遲)

程式中, 每一部車子都根據前一部車及交通號誌來決定, 加速, 等速 或 減速.

與前車靠太近則減速, 太遠則加速. 達最高速限則維持等速.
接近路口時, 綠燈 安然前進, 紅燈則停下.
黃燈則判斷若能在路口前煞車且完全停住, 才煞車. 否則快速通過.
若你到高樓頂, 往下看道路上車子的流動, 會看到和程式中類似的情景.

觀察重點

  1. 注意到綠燈剛亮時, 車子將一部部的依序啟動. 有一延遲時間嗎?
  2. 比較不同延遲時間的車流量(包含燈號都同步時:delay time=0)的車流量
  3. 怎樣的延遲時間是較適當的?
  4. 車子的最高速率與車子的加速度有何影響?
  5. 若是車子抵達下一路口前, 燈號轉為綠燈, 則可繼續前進, 而不需停下. 是否可有較高的車流量?
  6. 綠燈長些, 當然車流量會增加, 可是另一垂直方向的車流量就?

問題思考方向


    1. 若是甲車以速率 V 等速前進並 通過一路口, 此路口與下一路口間距離為 D, 則兩燈號該延遲至少時間, 可使甲車不需剎車, 一直前進?
    2. 若是甲車, 原本停於路口, 綠燈亮後, 甲車以加速度 a 加速行駛, 達到速度 V後, 以等速率方式行進. 下一燈號必須在甲車相距 d (D>d) 前, 轉為綠燈. 才不至需要剎車. 則兩燈號該延遲至少時間, 可使甲車不需剎車, 一直前進?
    3. 若甲,乙車(甲車在前)原本停於路口, 綠燈亮後, 甲車以加速度 a 加速行駛, 延遲時間 t 後, 乙車也以相同方式前進, 兩車皆於達到速度 V後, 以等速率方式行進. 此時兩路口間號誌該延遲多少時間, 使得乙車也可通過下一路口?

藉由思考以上的問題, 再玩一玩上面的遊戲.

用一用頭腦, 想一想!希望能讓你獲得一些東西.

 


今年暑假, 由於隨 國家代表隊到 加拿大參加 高中生 全球物理競賽(IPHO), 回程時經過 愛蒙頓,
在旅館上頭看到四線街道的單行道, 一望過去長長的一路上, 約有十幾個紅綠燈.
見到綠燈依序一個個稍有延遲的點亮.
觀察了二十多分鐘. 所有車輛, 頂多只有在一個十字路口碰上紅燈,
綠燈後, 沿路行駛時, 燈號在通過前 依序變為綠燈.
車速如果太快或太慢, 則無法如此同步! 超速變成沒有用!設計的真好!

 


想一想:

    道路交通擁擠時, 常會有車子 藉由路肩超車. 比正常馬路多出一車道.
    可是因為不是正常的車道, 常會碰到阻礙物而需要回原來車道.
    結果, 因為車子的插入, 差出. 整體的車速是會增加還是減少?
    真正的道路情況會比上述情形複雜, 雙向道 + 路口迴轉 + 多車道 + 路邊暫停 + ...
    道路監控管制, 還真不是那麼容易的事!!!
在此向全國的 交通警察致敬!

也呼籲大家一起遵守交通規則, 讓我們有更好的行車狀況.

 


類似網頁 traffic simulation


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