CN107845257B - 环形交叉口通行能力建模及分析方法 - Google Patents

环形交叉口通行能力建模及分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于环形交叉口通行能力建模及分析方法，属于交通技术领域；其根据设定的两个条件：(1)各进口车道的最大交通量与其通行能力呈正相关，通过检测进口道的交通量模拟出通行能力；(2)环道流量与单条车道通行能力的关系为指数函数；提出建立模型：c＝exp(a‑b1c1‑b2c2)，并且提出了具体实施步骤；本发明优点在于模型数据采集明确简单，简化了模型标定的复杂程度，能精确的反映车流的运行特性，提高了环形交叉口通行能力的计算精度，更加符合真实的运行情况，为解决环形交叉口拥堵和城市道路交通规划提供有力依据。

Description

环形交叉口通行能力建模及分析方法
技术领域
本发明涉及一种环形交叉口通行能力建模方法及分析方法，属于交通技术领域。
背景技术
环形交叉口也称环岛，能够使进口交叉口的所有车辆均以同一方向绕岛行驶，具有车辆连续行驶、安全、通行能力增加等优点。但随着交通量的剧增，在高负载的交通状况下，交叉口的交通流状态会出现环道车流流速缓慢，车辆交织行驶困难，车辆驶入驶出都有很大阻碍等特征，最终导致环形交叉口拥堵的死循环。目前我国城乡道路上还广泛存在着大量环形交叉口，因此，研究环形交叉口的通行能力具有很强的实际意义。
目前，国内外学者对环形交叉口通行能力的研究主要利用经验回归模型、间隙接受模型以及基于仿真的通行能力模型。经验回归模型方法简单，对特定地点的环道有较好的适用性，但其数据量需求较大，移植性较差，且建立过程并没有考虑交通流的影响，使用有局限性，难以将不同类型的环岛所建的模型统一起来。间隙接受模型目前应用广泛，且通过修正参数将特殊因素的影响考虑在模型中，使修正模型更接近环岛的实际通行能力。但临界间隙的不一致性对其预测精度有着重要影响，且估计过程忽略了几何特性的影响，其估计程序十分复杂。基于仿真的通行能力模型是利用PARAMICS、SimTraffic和VISSIM等仿真软件模型复杂环形交叉口而建立的，该方法能从整体上反映车流运行特性，可将环岛同周边道路联系起来，更加符合真实的运行情况。
美国NATIONAL COOPERATIVE HIGHWAY RESEARCH PROGRAM报告572中的数据已经开发的根据冲突流量建立的单车道和双车道的通行能力模型：
c＝A·exp(-B·vc)
其中，c＝单条车道的通行能力(pcu/h)；
A＝3600/tf；
B＝(tc-tf/2)/3600；
vc＝冲突流量(pcu/h)；
tf＝跟车时距(s)；
tc＝关键车道的时距(s)。
此报告中对于冲突流量的确定较为困难，一般来说，两个方向交通流线交汇的点为冲突点，冲突点周边的流量为冲突流量，但是冲突点周边的流量，“周边”的概念以及周边流量难以通过调查量化，尤其是在环形交叉口内，此外冲突流量是指车辆换道、左转和直行、驶出和直行的冲突点处的流量，这种流量即使在仿真软件中也很难检测，肉眼观察也会有很大误差，不同观测者得到的数据会有很大变动，导致模型精度无法保证；并且冲突点并不是在固定的某个位置，也给采集数据带来很大的不确定性。
发明内容
考虑了以上数据采集和概念界定的缺点和不足，融合了现有的数据分析技术，本发明提出了一种环形交叉口通行能力建模方法及分析方法，其优点在于模型数据采集明确简单，且不同的人采集数据基本一致不会造成不确定性，能精确的反映车流的运行特性，可将环岛同周边道路联系起来，更加符合真实的运行情况，克服了背景技术中的不足，为解决环形交叉口拥堵提供了真实可靠、简单方便的理论依据。
本发明是采用以下的技术方案实现的：一种环形交叉口通行能力建模方法，其模型建立如下：
(一)提出基于环道流量通行能力计算分析设定条件：
(1)各进口车道的最大交通量与其通行能力呈正相关，通过检测进口道的交通量模拟出通行能力；
(2)环道流量与单条车道通行能力的关系为指数函数；
(二)根据冲突流量建立的单车道和双车道的通行能力模型：
c＝A·exp(-B·vc)
进一步引入环道流量这一变量，建立基于环道流量的通行能力建模方法：
c＝exp(a-b1c1-b2c2)
其中，c＝单条车道的通行能力(pcu/h)；
c1＝环形交叉口上游内侧环道的交通量(pcu)；
c2＝环形交叉口上游外侧环道的交通量(pcu)；
a、b1、b2为待定参数。
一种基于权利要求1所述建模方法的分析方法，按以下步骤进行：
步骤一：建立环形交叉口模型，设置冲突区域以及车辆进入和退出交叉口时的优先权原则；
步骤二：创建交通情景，即进口道左直右流量的各种比例以及环道中的各种流量的分布；
步骤三：采集每条车道通过的交通量情况；
步骤四：检测每一进口道车辆的延误的情况；
步骤五：通过在进口道输入不同的流量及左直右的流量比例，进行步骤二中交通情境下的仿真模拟；
步骤六：根据多元线性回归模型对改进模型参数进行标定及检验，求得待定参数a、b1、b2；
步骤七：求得c1、c2与c之间的相关性检验系数。
进一步的，所述步骤一中的优先权原则为环道流量优先于进口流量，出口流量优先于环道流量。
进一步的，所述步骤三通过在进口道的终点处和交叉口入口的上游环道上分别设置一个数据采集点来实现。
进一步的，所述步骤四通过在每一个进口车道的起点和终点处设置车辆出行时间检测点来实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提出了一种环形交叉口通行能力建模方法及分析方法，其优点在于模型数据采集明确简单，降低了观测数据的难度，简化了模型标定的复杂程度，且不同的人采集数据基本一致不会造成不确定性，能精确的反映车流的运行特性，提高了环形交叉口通行能力的计算精度，本发明可将环岛同周边道路联系起来，更加符合真实的运行情况，为解决环形交叉口拥堵和城市道路交通规划提供有力依据。
附图说明
图1是实施例1中双车道四肢环形交叉口模拟图；
图2是环形交叉口的冲突区域及优先权设置图；
图3是数据采集点的设置图；
图4是车辆出行时间检测点的设置图；
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实例，对本发明提出的环形交叉口通行能力建模方法及分析方法进行进一步说明。
为了更准确的计算环形交叉口的通行能力，本发明引入环道流量这一变量，建立基于环道流量的通行能力建模方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：将通过美国NCHRP报告572中的数据已经开发的根据冲突流量建立的单车道和双车道的通行能力模型：
c＝A·exp(-B·vc)
其中，c＝单条车道的通行能力(pcu/h)；
A＝3600/tf；
B＝(tc-tf/2)/3600；
vc＝冲突流量(pcu/h)；
tf＝跟车时距(s)；
tc＝关键车道的时距(s)。
改进为c＝exp(a-b1c1-b2c2)
其中，c＝单条车道的通行能力(pcu/h)；
c1＝环形交叉口上游内侧环道的交通量(pcu)；
c2＝环形交叉口上游外侧环道的交通量(pcu)；
a、b1、b2为待定参数。
上述改进是基于如下假设：(1)假设各进口车道的最大交通量与其通行能力呈正相关，可通过检测进口道的交通量模拟出通行能力；(2)环道流量与单条车道通行能力的关系仍为指数函数。
实施例1
内切圆直径是VISSIM环形交叉口模拟的相关几何特征之一，本申请选取了一个内切圆直径为55米、环道宽度为3.75米的双车道的环形交叉口，环形交叉口的形式为四路对称相交。其具体布局如图1所示。
在VISSIM中建立环形交叉口模型最重要的就是设置冲突区域以及车辆进入和退出交叉口时优先权的问题。按照我国环形交叉口交通流的让路原则，环道流量优先于进口流量，出口流量优先于环道流量。具体冲突区域和优先权的设置如图2所示，图中Y的优先权大于X的优先权。
在VISSIM建立环形交叉口模型的过程中，为了可以表示广泛的交通状况，创建了很多的交通情景，即进口道左直右流量的各种比例(见表1)以及环道中的各种流量的分布。
表1进口道左直右流量的比例
Figure GDA0002407400690000041
Figure GDA0002407400690000051
在已建好的模型中，在每一个进口道的终点处和交叉口入口的上游环道上分别设置一个数据采集点，用来采集每条车道通过的交通量情况，具体设置如图3所示。在每一个进口车道的起点和终点处设置车辆出行时间检测点，用来检测每一进口道车辆的延误情况，具体设置如图4所示，A、B、C、D处为时间监测点设置的位置。
通过在进口道输入不同的流量及左直右的流量比例，进行各种交通情境下的仿真模拟，仿真次数达千余次。对仿真结果进行汇总统计，结果见表2。
表2不同转向比例下各进口道达到最大流量时各个采集点的数据
Figure GDA0002407400690000052
以右转车道为例，通过对采集到的数据进行分析汇总处理，根据多元线性回归模型对改进模型参数的标定及检验过程如下。
表3不同方向右转车道在不同流量比例下的统计分析
Figure GDA0002407400690000053
Figure GDA0002407400690000061
式中：c——不同方向右转车道在不同流量比例下检测到的最大交通量；
Lnc——不同方向右转车道在不同流量比例下检测到最大交通量的自然对数；
c1——内侧环道的交通量；
c2——外侧环道的交通量；
经过求解计算，可得：
Figure GDA0002407400690000062
Figure GDA0002407400690000063
Figure GDA0002407400690000064
Figure GDA0002407400690000065
Figure GDA0002407400690000066
Figure GDA0002407400690000067
Figure GDA0002407400690000068
Figure GDA0002407400690000069
Figure GDA00024074006900000610
将上述有关计算结果代入下式，得
Figure GDA0002407400690000071
b1＝0.00089
b2＝0.00116
则，
Figure GDA0002407400690000072
故两车道环形交叉口右侧车道的通行能力与环岛内流量的关系为：
cR＝exp(6.7364-0.00089c1-0.00116c2)
其中，
Figure GDA0002407400690000073
由相关性检验可知，cR与c1、c2线性关系显著，即模型精度较高。
同理，可得两车道环形交叉口左侧车道的通行能力与环道流量的关系为：
cL＝exp(6.492-0.00127c1-0.00199c2) R2＝0.8514
当然，上述内容仅为本发明的其中之一验证实施例，不能被认为用于限定对本发明的实施例范围。本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的均等变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围内。

Claims (5)

1.一种环形交叉口通行能力建模方法，其特征在于，
(一)提出基于环道流量通行能力计算分析设定条件：
a、各进口车道的最大交通量与其通行能力呈正相关，通过检测进口道的交通量模拟出通行能力；
b、环道流量与单条车道通行能力的关系为指数函数；
(二)引入环道流量这一变量，建立基于环道流量的通行能力建模方法：
c＝exp(a-b1c1-b2c2)
其中，c＝单条车道的通行能力(pcu/h)；
c1＝环形交叉口上游内侧环道的交通量(pcu)；
c2＝环形交叉口上游外侧环道的交通量(pcu)；
a、b1、b2为待定参数。
2.一种基于权利要求1所述建模方法的分析方法，其特征在于，按以下步骤进行：
步骤一：建立环形交叉口模型，设置冲突区域以及车辆进入和退出交叉口时的优先权原则；
步骤二：创建交通情景，即进口道左直右流量的各种比例以及环道中的各种流量的分布；
步骤三：采集每条车道通过的交通量情况；
步骤四：检测每一进口道车辆的延误的情况；
步骤五：通过在进口道输入不同的流量及左直右的流量比例，进行步骤二中交通情境下的仿真模拟；
步骤六：根据多元线性回归模型对改进模型参数进行标定及检验，求得待定参数a、b1、b2；
步骤七：求得c1、c2与c之间的相关性检验系数。
3.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，步骤一所述的优先权原则为环道流量优先于进口流量，出口流量优先于环道流量。
4.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，步骤三通过在进口道的终点处和交叉口入口的上游环道上分别设置一个数据采集点来实现。
5.根据权利要求2所述的分析方法，其特征在于，步骤四通过在每一个进口车道的起点和终点处设置车辆出行时间检测点来实现。
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