CN102496264A

CN102496264A - 一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法

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Publication number: CN102496264A
Application number: CN2011103587273A
Authority: CN
Inventors: 陆建; 孙祥龙; 肖恢翚; 杜璇
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2011-11-11
Filing date: 2011-11-11
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-11-11
Also published as: CN102496264B

Abstract

一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法，涉及在完全控制出入的高速公路基本路段上发生突发交通事件后，确定交通事件的影响范围。具体包括以下步骤：基于检测器获取上游行车道及事发点的交通量与密度；利用冲击波理论计算集结波速度及影响长度；判断得出的影响长度是否超出事发点到当前上游出入口匝道的长度；最后确定突发交通事件的影响范围。本发明可以达到实时、准确预测突发交通事件影响范围，从而提高突发交通事件快速处置措施实施效率的目的。

Description

一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法

技术领域

本发明涉及在高速公路发生突发交通事件后，根据在路段上布设的固定检测器及检测数据，计算影响长度，确定突发交通事件的影响范围，为突发交通事件的处理、交通处置措施的实施提供依据。属于高速公路交通控制领域。

背景技术

高速公路突发交通事件及其引发的交通拥挤已经成为交通系统运行中不可忽视的问题。高速公路由于出入口少、分隔行驶以及具有全封闭性的特点，一旦有突发交通事件发生，其它车辆继续驶入就难以掉头、分流和疏散，极易造成堵塞，导致行车延误、行程时间增加，甚至交通中断，对区域路网交通产生很大的影响。减小突发交通事件的负面影响的有效途径，就是实时计算事件造成的影响范围，及时采取具有针对性的突发交通事件处置措施。

传统突发交通事件影响范围的确定方法是采用宏观模型，其理论基础是排队论和交通流波动理论。排队论模型计算操作容易，但不能很好地反映交通流的变化情况；交通流波动理论模型能有效地计算出移动队列接近瓶颈时的排队长度，有助于更好地理解拥挤状态，但忽略了大车率和实际到达流量的不同对冲击波波速的影响，与实际情况存在一定差距，缺乏针对性。另外，近年来的研究成果表明交通仿真是高速公路紧急状态下交通流特征分析的有效工具，但微观方法一般通过复杂的参数标定使模型尽量与实际情况吻合，建模时间较长，不适宜工程应用。

经发明人长期研究发现，根据路段的交通量和密度，可以用经微观模型检验修正的基于冲击波理论的宏观模型来预测任意时刻的影响长度，分析突发交通事件造成拥堵的扩散过程，可以准确预测突发交通事件影响范围。进行高速公路突发交通事件的影响分析，合理确定影响范围，可以辅助交通控制系统、交通诱导系统、出行者信息服务系统生成交通控制诱导方案，以便相关管理部门采取必要的交通管理控制措施，诱导驾驶员选择行驶路径，减小突发交通事件对高速公路网造成的负面影响。

发明内容

本发明提供一种能与高速公路交通流特性相适应，符合突发交通事件造成的拥堵扩散过程的高速公路突发交通事件影响范围的确定方法，本发明具有简单实用、实时性和准确性较高的优点。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法，所述方法的具体步骤为：

步骤1-1)利用距离事发点最近的车辆检测器，得到上游初始行车道交通量q₀和上游初始行车道平均速度u₀，则上游初始行车道密度k₀为：

k_{0} = \frac{q_{0}}{u_{0}},

上游初始行车道交通量q₀的单位：pcu/h，上游初始行车道平均速度u₀的单位：km/h，上游初始行车道密度k₀的单位：pcu/km，

步骤1-2)根据事发点的车道数Ln和封闭车道数sLn，确定有效通行能力系数μ，则事发点通行能力C_B为：

C_B＝μC，

其中，C为道路通行能力，则事发点交通量q_B＝C_B，事发点密度kB由下式得到，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

其中，路段阻塞密度k_j一般取为100-150pcu/km，自由流速度u_f一般取为100-120km/h，事发点的车道数Ln和封闭车道数sLn的单位：条，事发点通行能力C_B和道路通行能力C的单位：pcu/h，事发点密度k_B的单位：pcu/km，

步骤1-3)根据上游初始行车道交通量q₀、上游初始行车道密度k₀、事发点交通量q_B与事发点密度k_B，得到集结波波速w_u为：

w_{u} = \frac{q_{0} - q_{B}}{k_{0} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，

步骤1-4)基于冲击波理论，采用影响长度即突发交通事件发生之后受到影响的最后一辆车距离事件发生点的长度来表征影响范围，则影响长度Fl为

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{0} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{0} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{0} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{0} \leq 2200 \end{matrix}

其中，HV为路段大车率，单位：％，t为事件发生到事件排除间的预测时间，单位：min，HV₀为临界大车率，单位：％，影响长度Fl的单位：km，a，b，c，d，e，f，β均为回归参数，

步骤1-5)若得出的影响长度超出事发点到上游第1个出入口匝道的长度，则转入步骤2)；否则，则进入步骤1-6)，确定交通事件的影响范围，

步骤1-6)确定交通事件的影响范围：

步骤1-6-1)根据道路通行能力C、路段阻塞密度k_j与路段自由流速度u_f，则饱和交通量q_C＝C，饱和密度k_C由下式得到：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

步骤1-6-2)根据交通事件的属性参数，确定参数评分X_i，i＝1，2，...，7，并得出目标交通事件的严重程度值I为：

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

步骤1-6-3)根据事故平均处理时间T₁，得到排队持续时间T₂为：

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，

步骤1-6-4)根据预测时间t、事故平均处理时间T₁和排队持续时间T₂的关系，确定该预测时间所对应的交通事件的影响范围，若0≤t≤T₁，则处在核心影响圈，若T₁＜t≤T₂，则处在次级影响圈，所述确定方法结束；

步骤2)令n＝1，

步骤3)利用上游第n个出入口匝道处的车辆检测器，得到上游行车道交通量q_n和上游行车道平均速度u_n，n∈[1，2，…，∞)，则上游行车道密度k_n为：

k_{n} = \frac{q_{n}}{u_{n}},

上游行车道交通量q_n的单位：pcu/h，上游行车道平均速度u_n的单位：km/h，上游行车道密度k_n的单位：pcu/km，

步骤4)根据事发点的车道数Ln和封闭车道数sLn，确定有效通行能力系数μ，则事发点通行能力C_B为：

C_B＝μC，

其中，C为道路通行能力，则事发点交通量q_B＝C_B，事发点密度k_B由下式得到，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

步骤5)根据上游行车道交通量q_n、上游行车道密度k_n、事发点交通量q_B与事发点密度k_B，得到集结波波速w_u为：

w_{u} = \frac{q_{n} - q_{B}}{k_{n} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，，

步骤6)基于冲击波理论，采用影响长度即突发交通事件发生之后受到影响的最后一辆车距离事件发生点的长度来表征影响范围，则影响长度Fl为

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{n} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{n} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{n} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{n} \leq 2200 \end{matrix}

步骤7)若得出的影响长度没有超出事发路段到第n+1个上游出入口匝道的长度，则进入步骤8)，确定交通事件的影响范围；否则，令n＝n+1次，转到步骤3)，

步骤8)确定交通事件的影响范围：

步骤8-1)根据道路通行能力C、路段阻塞密度k_j与路段自由流速度u_f，则饱和交通量q_C＝C，饱和密度k_C由下式得到：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

步骤8-2)根据交通事件的属性参数，确定参数评分X_i，i＝1，2，...，7，并得出目标交通事件的严重程度值I为：

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

步骤8-3)根据事故平均处理时间T₁，得到排队持续时间T₂为：

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，

步骤8-4)根据预测时间t、事故平均处理时间T₁和排队持续时间T₂的关系，确定该预测时间所对应的交通事件的影响范围，若0≤t≤T₁，则处在核心影响圈，若T₁＜t≤T₂，则处在次级影响圈。

有益效果：本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、提出了影响长度的概念，基于冲击波理论确定了影响长度的计算方法，为交通事故影响范围的确定奠定了坚实的基础。

2、综合考虑了大车率和实际到达流量的不同对于影响长度的影响，在一定程度上避免了盲目采用交通流理论的缺陷，更加贴近实际情况。

3、通过对影响长度的分析，对突发交通事故的影响范围进行了更加准确的估计，从而为事故快速处置措施的正确实施提供了理论依据，避免了处置措施的盲目采用。

附图说明：

图1为突发交通事件影响范围确定流程图。

具体实施方式

根据以上基本思路，提出一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法的具体确定方法：

k_{0} = \frac{q_{0}}{u_{0}},

C_B＝μC，

其中，C为道路通行能力，有效通行能力系数μ，通常采用公知的查表法获得，具体步骤如下：

a)针对引起局部车道临时关闭的不同类型的突发交通事件，利用VISSIM仿真软件进行微观交通仿真，

b)分析仿真评价文件得出了不同类型突发交通事件后高速公路有效通行能力修正表，

c)根据高速公路在每个方向的车道数及堵塞车道数，查表1得出有效通行能力系数，

表1 突发交通事件下高速公路有效通行能力系数

则事发点交通量q_B＝C_B，事发点密度k_B由下式得到，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

w_{u} = \frac{q_{0} - q_{B}}{k_{0} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{0} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{0} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{0} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{0} \leq 2200 \end{matrix}

其中，HV为路段大车率，单位：％，t为事件发生到事件排除间的预测时间，单位：min，HV₀为临界大车率，单位：％，影响长度Fl的单位：km，a，b，c，d，e，f，β均为回归参数，通常采用公知的查表法获得，具体步骤如下：

a)利用VISSIM仿真软件进行模拟仿真及对比分析，确定了模型的三个阶段：递增段μC＜q₀≤1600、过渡段1600＜q₀≤1800和稳定段1800＜q₀≤2200，

b)引入了路段大车率和上游行车道交通量两个修正参数，通过数据分析修正了不同类型突发交通事件影响范围分段模型并得出了回归参数取值，

c)根据高速公路在每个方向的车道数及堵塞车道数，查表2、表3、表4得出各项回归参数，

表2a、b取值表

表3c，d，HV₀，β取值表

表4e，f取值表

sLn /Ln	1/2	1/3	2/3	1/4	2/4	3/4
							e	-0.001	-0.0015	-0.0008	-0.0018	-0.0011	-0.0007
f	2.6741	3.77	2.2086	4.3104	2.7506	1.9897
							sLn /Ln	2/2	3/3	4/4
e	-0.0006	-0.0005	-0.0005
							f	1.5626	1.5188	1.5417

步骤1-6)确定交通事件的影响范围：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

参数评分X_i，i＝1，2，...，7，通常采用公知的查表法获得，具体步骤如下：

a)所述突发交通事件的属性参数包括①涉及车辆数，②车道关闭数，③伤亡人数，④是否涉及货车，⑤是否涉及大型客车，⑥是否有抛洒物，⑦是否带有危险品车辆，根据目标事件的实际情况，确定各项属性参数值，

b)根据所得属性参数取值，查表5得出各项参数评分，

表5交通事故严重程度的等级计算表

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，

步骤2)令n＝1，

k_{n} = \frac{q_{n}}{u_{n}},

C_B＝μC，

表1突发交通事件下高速公路有效通行能力系数

则事发点交通量q_B＝C_B，事发点密度k_B由下式得到，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

w_{u} = \frac{q_{n} - q_{B}}{k_{n} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{n} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{n} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{n} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{n} \leq 2200 \end{matrix}

a)利用VISSIM仿真软件进行模拟仿真及对比分析，确定了模型的三个阶段：递增段μC＜q_n≤1600、过渡段1600＜q_n≤1800和稳定段1800＜q_n≤2200，

c)根据高速公路在每个方向的车道数及堵塞车道数，查表4、表6、表7得出各项回归参数，

表4e，f取值表

表6a、b取值表

表7c，d，HV₀，β取值表

步骤8)确定交通事件的影响范围：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

b)根据所得属性参数取值，查表5得出各项参数评分，

表5交通事故严重程度的等级计算表

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，

示例：交通事件发生在一条双向六车道的高速公路路段上。基础数据如下：事件发生位置车道数为3条，堵塞车道数为2条，道路通行能力为2200pcu/h/ln，涉及车辆数为2辆，伤亡人数为0人，未涉及货车，大型客车，及带有危险品车辆，没有抛洒物，路段大车率为20％，预测时间间隔为10min，且由车辆检测器测得上游行车道交通量为1500pcu/h，上游平均车速为100km/h。运用VISSIM仿真软件模拟交通事件造成拥堵的扩散过程，得到不同预测时间交通事件的模拟影响范围与计算影响范围的数据如表8所示。

表8交通事件影响范围数据表

经计算，不同预测时间交通事件的模拟影响范围与计算影响范围的数据，其相对误差均小于5％，属于可接受范围，因此，计算得到的交通事件影响范围与模拟结果相符，说明本发明设计的方法能较好地估计交通事件的影响范围，从而为交通控制管理措施的实施提供理论依据。

Claims

1.一种高速公路突发交通事件影响范围的确定方法，其特征在于，所述方法的具体步骤为：

k_{0} = \frac{q_{0}}{u_{0}},

C_B＝μC，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

w_{u} = \frac{q_{0} - q_{B}}{k_{0} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{0} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{0} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{0} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{0} \leq 2200 \end{matrix}

步骤1-6)确定交通事件的影响范围：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

步骤1-6-2)根据交通事件的属性参数，确定参数评分X_i，i＝1，2，...，7，并得目标交通事件的严重程度值I为：

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，

步骤2)令n＝1，

k_{n} = \frac{q_{n}}{u_{n}},

C_B＝μC，

q_{B} = u_{f} k_{B} - \frac{u_{f} {k_{B}}^{2}}{k_{j}},

w_{u} = \frac{q_{n} - q_{B}}{k_{n} - k_{B}},

集结波波速w_u的单位：km/h，

Fl = \{\begin{matrix} (a \cdot HV + b) \cdot w_{u} t, & μC < q_{n} \leq 1600 \\ \{\begin{matrix} (c \cdot HV + d) \cdot w_{u} t \\ β \cdot w_{u} t \end{matrix} & \begin{matrix} (HV \leq {HV}_{0}) \\ (HV > {HV}_{0}) \end{matrix}, & 1600 < q_{n} \leq 1800 \\ (e \cdot q_{n} + f) \cdot w_{u} t, & 1800 < q_{n} \leq 2200 \end{matrix}

步骤8)确定交通事件的影响范围：

q_{C} = u_{f} k_{C} - \frac{u_{f} {k_{C}}^{2}}{k_{j}},

饱和交通量q_C的单位：pcu/h，饱和密度k_C的单位：pcu/km，

步骤8-2)根据交通事件的属性参数，确定参数评分X_i，i＝1，2，...，7，并得目标交通事件的严重程度值I为：

I = Σ_{i = 1}^{7} X_{i},

再根据所得严重程度值I，确定事故平均处理时间T₁为：

T_{1} = \{\begin{matrix} 38, I \leq 3 \\ 51,4 \leq I \leq 5 \\ 64,6 \leq I \leq 7 \\ 91,8 \leq I \leq 10 \\ 132, I &GreaterEqual; 11 \end{matrix},

事故平均处理时间T₁单位是min，

T_{2} = \frac{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C})}{(q_{B} - q_{C}) / (k_{B} - k_{C}) - (q_{0} - q_{B}) / (k_{0} - k_{B})} \cdot T_{1},

排队持续时间T₂单位是min，