車速離散性對(duì)高速公路通行效率的影響研究.pdf

1、近年來，高速公路交通運(yùn)輸在保障區(qū)域間經(jīng)濟(jì)活動(dòng)、增強(qiáng)地區(qū)間經(jīng)濟(jì)聯(lián)系的過程中承擔(dān)著越來越重要的作用。交通需求增長對(duì)高速公路通行能力提出了更高的要求，但是管理者逐漸意識(shí)到單純地提高高速公路通行能力不能充分發(fā)揮整條道路的意義，反而更應(yīng)該注重高速公路通行效率。目前缺乏車速離散性與基本路段通行效率之間的影響機(jī)理研究，因此，如何從理論上分析車速離散性與高速公路通行效率之間的關(guān)系、如何采取行之有效的方法控制車速離散度，從而提出可操作性強(qiáng)的高速公路通行效

2、率優(yōu)化方法，對(duì)于改善高速公路通行效率和運(yùn)行質(zhì)量具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文依托國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“高速公路車速離散特征、機(jī)理及控制方法研究”，以高速公路和快速路交通流的車速離散現(xiàn)象調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建符合高速公路交通流特征的交通流模型，探求車速離散現(xiàn)象產(chǎn)生機(jī)理及其對(duì)交通流穩(wěn)定性、通行效率的影響規(guī)律，以高速公路通行效率最大為目標(biāo)，設(shè)計(jì)合理的、可操作性強(qiáng)的車速離散度控制方法，為提高高速公路通行效率、改善高速公路運(yùn)行質(zhì)量提供理論

3、依據(jù)和技術(shù)支持。
　　首先，歸納總結(jié)了車速離散性和交通流參數(shù)、交通設(shè)施的通行能力和通行效率的關(guān)系，以交通實(shí)測數(shù)據(jù)和NGSIM數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了路段車速離散性的總體特征及車速離散性與通行效率的關(guān)系，解析了車輛的加減速對(duì)通行效率的影響效應(yīng)。結(jié)果表明，通行效率會(huì)隨著交通流密度的增加呈先增加后減小的趨勢;通行效率會(huì)隨著交通量的增加而減少，在平均速度較小時(shí)，通行效率起主要影響因素的是交通量，當(dāng)平均速度增大時(shí)，車速離散度對(duì)路段通行效率產(chǎn)生影響

4、，二者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系;車輛的加減速對(duì)通行效率的影響僅取決于車輛在開始加速或開始減速階段。
　　其次，構(gòu)建了基于前兩車信息和換道模型的多車道交通流動(dòng)力學(xué)模型，考慮了交通條件、交通運(yùn)行狀態(tài)以及車輛加減速對(duì)通行效率的影響關(guān)系，提出改進(jìn)的全速度差(FVD)跟馳模型和基于車道效用的換道模型，利用體現(xiàn)個(gè)體差異的模型參數(shù)離散化方法和遺傳算法對(duì)跟馳過程、目標(biāo)車道選擇、可接受間隙確定、換道執(zhí)行過程等模型參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)定，并將模型數(shù)值仿真結(jié)果與實(shí)際交通流

5、數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證了模型的真實(shí)可用性。結(jié)果表明，跟馳過程中目標(biāo)車的加速度受到前方第一輛車的影響要大于前方第二輛車的影響，速度差對(duì)加速度的影響要大于距離差的影響。在目標(biāo)車道選擇和可接受間隙確定階段，前方第一輛車的距離和前方第二輛車的速度對(duì)目標(biāo)車加速度的影響所占的比重大，換道執(zhí)行過程，目標(biāo)車輛受到本車道前方車輛和目標(biāo)車道前方車輛的影響，其速度偏角取決于橫向位移。
　　再次，利用實(shí)測數(shù)據(jù)分析了車速離散性與匝道的關(guān)系，通過分析入口匝道交通流運(yùn)

6、行特性和換道過程，構(gòu)建了基于效用理論的入口匝道車道變換模型，并對(duì)模型進(jìn)行了標(biāo)定和驗(yàn)證，為匝道控制策略提供依據(jù)。結(jié)果表明，匝道交通會(huì)引起主線的車速離散度增大和通行效率降低;隨著加速車道長度的增大，主線車速離散度SD的平均值和主線通行效率的平均值呈現(xiàn)增大并趨于穩(wěn)定。
　　最后，利用基于前兩車信息和換道規(guī)則的多車道交通流動(dòng)力學(xué)模型和匝道換道模型，對(duì)高速公路的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行數(shù)值仿真模擬，采用不同的車道限速管理規(guī)則，對(duì)基本路段的不同密度交

7、通流進(jìn)行仿真，檢驗(yàn)其對(duì)基本路段的車速離散度和路段通行效率的影響?；跀?shù)值仿真的分析結(jié)果，比較不同車道限速管理模式對(duì)基本路段通行效率的影響，提出降低車速離散度，提高高速公路通行效率的車道管理方法。結(jié)果表明:對(duì)于大型車和小型車的比例較為平衡的交通流(期望速度較均勻)，組別Ⅲ的車道限速措施能夠使其發(fā)揮較大效用，交通流達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的時(shí)間也較短。而對(duì)于交通流車型、速度等比例不平衡，或交通流在一天中特征變化較大的交通流，采用組別Ⅳ的限速措施更好，能