車速離散性對高速公路通行效率的影響研究.pdf

1、近年來，高速公路交通運輸在保障區(qū)域間經(jīng)濟活動、增強地區(qū)間經(jīng)濟聯(lián)系的過程中承擔著越來越重要的作用。交通需求增長對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的高速公路通行效

2、率優(yōu)化方法，對于改善高速公路通行效率和運行質(zhì)量具有極其重要的現(xiàn)實意義。
　　本文依托國家自然科學基金項目“高速公路車速離散特征、機理及控制方法研究”，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)生機理及其對交通流穩(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，設(shè)計合理的、可操作性強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通行效率的影響效應(yīng)。結(jié)果表明，通行效率會隨著交通流密度的增加呈先增加后減小的趨勢;通行效率會隨著交通量的增加而減少，在平均速度較小時，通行效率起主要影響因素的是交通量，當平均速度增大時，車速離散度對路段通行效率產(chǎn)生影響

4、，二者呈負相關(guān)關(guān)系;車輛的加減速對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力學模型，考慮了交通條件、交通運行狀態(tài)以及車輛加減速對通行效率的影響關(guān)系，提出改進的全速度差(FVD)跟馳模型和基于車道效用的換道模型，利用體現(xiàn)個體差異的模型參數(shù)離散化方法和遺傳算法對跟馳過程、目標車道選擇、可接受間隙確定、換道執(zhí)行過程等模型參數(shù)進行了標定，并將模型數(shù)值仿真結(jié)果與實際交通流

5、數(shù)據(jù)對比，驗證了模型的真實可用性。結(jié)果表明，跟馳過程中目標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，速度差對加速度的影響要大于距離差的影響。在目標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目標車加速度的影響所占的比重大，換道執(zhí)行過程，目標車輛受到本車道前方車輛和目標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

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，并對模型進行了標定和驗證，為匝道控制策略提供依據(jù)。結(jié)果表明，匝道交通會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力學模型和匝道換道模型，對高速公路的實際運行情況進行數(shù)值仿真模擬，采用不同的車道限速管理規(guī)則，對基本路段的不同密度交

7、通流進行仿真，檢驗其對基本路段的車速離散度和路段通行效率的影響。基于數(shù)值仿真的分析結(jié)果，比較不同車道限速管理模式對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，交通流達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間也較短。而對于交通流車型、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