CN111192455A - 一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法，通过对交织区实际的交通量、延误、行程车速和线性等数据进行采集，根据交织区的实际情况有针对性的制定优化方案后对其进行模拟仿真数据，并结合交通流特性指标确定最优方案，提高了交织区的通行能力和服务水平。

Description

一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法

技术领域

本发明属于城市道路网优化方法技术领域，具体涉及一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法。

背景技术

近年来随着城市道路网体系不断的完善，越来越多的快速路不断简称并且承担着城市内部主要的交通流。而快速路的河流区是快速路网中的关键部分，合流瞿的拥堵经常会波及到主线上游路段、汇入匝道路段等，而和六区中主要以交织区为主要阻碍车辆正常行驶的主要区域，在交织区中车辆会在短时间内集中频繁的加减速以及改变车道，使得交织区的通行能力受到严重的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的城市快速路交织区的交通流组织优化方法解决了现有的交织区通行能力差、服务水平低的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法，包括以下步骤：

S1、对城市快速路交织区进行道路数据采集；

所述道路数据包括道路几何特性和道路交通特性；

S2、根据道路交通特性，确定用于交通流特性评价指标；

S3、根据道路几何特性，确定若干交通流组织优化方案；

S4、分别对每种交通流组织方案进行仿真模拟，确定对应的仿真数据；

S5、通过交通流特性评价指标对每种交通流组织优化方案对应的仿真数据进行评价，确定最优交通流组织优化方案及该方案对应的行程速度，实现交通流组织优化。

进一步地，所述步骤S1中的道路几何特性包括交织区几何参数和交织区所属类型；

所述交织区几何参数包括交织段长度和合流出的车道数变化情况；

所述交织区所属类型包括：

A型交织区：车辆输入匝道之后紧接着驶出匝道，中间存在有一条辅助车道，在该交织区上运行的车辆都要进行一次车道变换的行为才能离开辅助车道，从而进入道路主干或者离开道路主干；

B型交织区：一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但是另一个方向的交织车辆最多进行一次车道变换就可以进入道路主干道或者离开道路主干道；

C型交织区：一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或者两次以上变换车道才能完成交织运行。

进一步地，所述步骤S1中的道路交通特性包括交通量数据和行程车速；

所述交通量数据包括交织区的总交通量、合流处交织交通流和车道变化处交直流。

进一步地，所述步骤S2中的用于交通流特性评价指标包括通行能力、行车车速和交织区服务水平。

进一步地，通过HCM交织区通行能力计算模型得到所述通行能力；

所述HCM交织区通行能力计算模型中，最大交织长度为：

L_max＝[1746×(1+VR)^1.6]-[477×N_WL]

式中：VR交织流量比；

N_WL为交织车道数量；

在所述HCM交织区通行能力计算模型中，当交织区的车流平均密度K＝27pcu/h/ln时，所述通行能力C_W的计算公式为：

C_W＝C_IWL×N×f_hv×f_p

式中，N为交通量；

f_hv为交通组成修正参数；

f_p为驾驶员修正系数；

C_IWL为交织区理想通行能力，且C_IWL＝C_IFL-[438.2×(1+VR)^1.6]+[0.251×L_S]+[119.9×N_WL]，C_IFL为相同自由流车速下，基本路段通行能力，L_S为交织区长度；

所述行车速度的计算公式为：

S_W＝24+(S_FF-16)/(1+W_I)

式中，S_W为交织区车辆平均行驶速度，S_FF为自由流速度；

W_I＝[a(1+VR)^b(v/N)^c]/(3.28L_s)^d，VR为交织流量比，v为交织区总流量，N交织区车道总数，L_s为交织区长度，a、b、c和d均为模型常数；

所述交织区服务水平(v/c)的计算公式为：

(v/c)＝V*f_HV*f_P/C_W

式中，V为交织流率。

进一步地，所述步骤S3中的通过结合道路几何特性绘制交通流组织示意图，进而确定交通流组织优化方案；

所述交通流组织优化方案包括基于高架方向车道的交通流组织优化方案、基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案和基于匝道方向交通流组织优化方案；

其中，基于高架方向车道的交通流组织优化方案为一条自由流车道和三条由交织流的车道构成在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案为两条交织流车道和两条交织流车道在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于匝道方向交通流组织优化方案为三条交织流车道和一条自由流车道在隧道入口处交织成三车道的方案。

进一步地，所述步骤S4中，通过Vissim软件对确定的若干交通流组织优化方案进行仿真，确定对应的仿真数据；

所述仿真数据包括排队长度、最大排队长度、LOS、车辆延误平均值和停车次数。

本发明的有益效果为：

本发明提供的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，通过对交织区实际的交通量、延误、行程车速和线性等数据进行采集，根据交织区的实际情况有针对性的制定优化方案后对其进行模拟仿真数据，并结合交通流特性指标确定最优方案，提高了交织区的通行能力和服务水平。

附图说明

图1为本发明提供的城市快速路交织区的交通流组织优化方法实现流程图。

图2为本发明提供的A型交织区示意图。

图3为本发明提供的B型交织区示意图。

图4为本发明提供的C型交织区示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法，包括以下步骤：

S1、对城市快速路交织区进行道路数据采集；

道路数据包括道路几何特性和道路交通特性；

S2、根据道路交通特性，确定用于交通流特性评价指标；

S3、根据道路几何特性，确定若干交通流组织优化方案；

S4、分别对每种交通流组织方案进行仿真模拟，确定对应的仿真数据；

S5、通过交通流特性评价指标对每种交通流组织优化方案对应的仿真数据进行评价，确定最优交通流组织优化方案及该方案对应的行程速度，实现交通流组织优化。

上述步骤S1中的道路几何特性包括交织区几何参数和交织区所属类型；

交织区几何参数包括交织段长度和合流出的车道数变化情况；

在交织区中车辆进行车道变换会严重影响交织区的服务水平，所以车道变换成为影响交织区的主要运行特征，同时也成为影响交织区的构型的关键因素，常见的交织区所属类型有三株，主要包括：

A型交织区：如图2所示，车辆输入匝道之后紧接着驶出匝道，中间存在有一条辅助车道，在该交织区上运行的车辆都要进行一次车道变换的行为才能离开辅助车道，从而进入道路主干或者离开道路主干；

B型交织区：如图3所示，一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但是另一个方向的交织车辆最多进行一次车道变换就可以进入道路主干道或者离开道路主干道；

C型交织区：如图4所示，一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或者两次以上变换车道才能完成交织运行。

上述S1中的道路交通特性包括交通量数据和行程车速；

交通量数据包括交织区的总交通量、合流处交织交通流和车道变化处交直流；具体地，通过无人机获取交织区的交通量数据，在数据获取过程中，调查过程时无人机首先在附近行人较少的区域进行起飞，然后到达预定高度进行悬停拍摄，为了保证视频的清晰度以及拍摄的全面性本次研究悬停高度选择为70m，最后调整无人机水平位置确保无人机下方是没有车辆和行人通过的草坪。无人机的每节电池持续续航时间在15—20分钟不等，所以确定单次无人机拍摄时间为十五分钟将无人机拍摄的视频拷贝到电脑上，通过人工计数法每五分钟记录一次，每一段视频需要重复观测两次。观看视频第一次记录通过该路段的交通量，第二次记录在该路段上的交织车辆数，将所有数据记录好换算成标准小客车当量后汇总得到交通量数据。

在交织区路段的行程速度测量中，为了保证测量数据的可靠性，基于统计学理论根据下式计算样本量：

N≥(S×K/E)²

式中，N—最小样本量

S—样本标准差，根据经验值市区四车道快速路通常在7.9—8.5km/h之间

K—常数，当置信度为90％时，取值1.645

E—容许误差，依据经验取2—5km/h；

车辆在通过交织区时速度通常比普通路段低，整体相对较低的车速导致车辆速度的标准差可能下降。但是车辆与车辆之间的交织行为受到交织流量比、交通量等影响较大导致个别车辆通过交织区，在不受到其他车辆干扰下车辆的速度较大，而受到影响的车辆速度较为缓慢。

上述步骤S2中的用于交通流特性评价指标包括通行能力、行车车速和交织区服务水平。

其中，通过HCM交织区通行能力计算模型得到通行能力，HCM中将交织区分为了同侧型交织和异侧型交织，HCM在交织区通行能力计算上不再受交织区长度的限制，但提出了最大交织长度的理论计算模型如下式，如果交织区的物理长度大于Lmax则构成交织区，否则安单独分流区与合流区进行处理；在HCM交织区通行能力计算模型中，最大交织长度为：

L_max＝[1746×(1+VR)^1.6]-[477×N_WL]

式中：VR交织流量比；

N_WL为交织车道数量；

在HCM交织区通行能力计算模型中，当交织区的车流平均密度K＝27pcu/h/ln时，通行能力C_W的计算公式为：

C_W＝C_IWL×N×f_hv×f_p

式中，N为交通量；

f_hv为交通组成修正参数；

f_p为驾驶员修正系数；

C_IWL为交织区理想通行能力，且C_IWL＝C_IFL-[438.2×(1+VR)^1.6]+[0.251×L_S]+[119.9×N_WL]，C_IFL为相同自由流车速下，基本路段通行能力，L_S为交织区长度；

行车速度的计算公式为：

S_W＝24+(S_FF-16)/(1+W_I)

式中，S_W为交织区车辆平均行驶速度，S_FF为自由流速度；

W_I＝[a(1+VR)^b(v/N)^c]/(3.28L_s)^d，VR为交织流量比，v为交织区总流量，N交织区车道总数，L_s为交织区长度，a、b、c和d均为模型常数；

对于交织区服务水平(v/c)，HCM模型在服务水平方面定义如果(v/c)大于1，则交织区运行处于F级服务水平，则需要重新改造。服务水平(v/c)比的计算公式为：

(v/c)＝V*f_HV*f_P/C_W

密度的计算公式为：

k＝(V/N)/S

式中，V为交织流率。

由此得到交织区交通流密度为指标对交织区的服务水平划分，如表1所示。

表1：交织区服务水平划分表

上述步骤S3中的通过结合道路几何特性绘制交通流组织示意图，进而确定交通流组织优化方案；具体地，交通流组织优化方案包括基于高架方向车道的交通流组织优化方案、基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案和基于匝道方向交通流组织优化方案；

其中，基于高架方向车道的交通流组织优化方案为一条自由流车道和三条由交织流的车道构成在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案为两条交织流车道和两条交织流车道在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于匝道方向交通流组织优化方案为三条交织流车道和一条自由流车道在隧道入口处交织成三车道的方案。

上述步骤S4中，通过Vissim软件对确定的若干交通流组织优化方案进行仿真，确定对应的仿真数据；仿真数据包括排队长度、最大排队长度、LOS、车辆延误平均值和停车次数。

本发明的有益效果为：

本发明提供的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，通过对交织区实际的交通量、延误、行程车速和线性等数据进行采集，根据交织区的实际情况有针对性的制定优化方案后对其进行模拟仿真数据，并结合交通流特性指标确定最优方案，提高了交织区的通行能力和服务水平。

Claims (7)

1.一种城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对城市快速路交织区进行道路数据采集；

所述道路数据包括道路几何特性和道路交通特性；

S2、根据道路交通特性，确定用于交通流特性评价指标；

S3、根据道路几何特性，确定若干交通流组织优化方案；

S4、分别对每种交通流组织方案进行仿真模拟，确定对应的仿真数据；

S5、通过交通流特性评价指标对每种交通流组织优化方案对应的仿真数据进行评价，确定最优交通流组织优化方案及该方案对应的行程速度，实现交通流组织优化。

2.根据权利要求1所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，所述步骤S1中的道路几何特性包括交织区几何参数和交织区所属类型；

所述交织区几何参数包括交织段长度和合流出的车道数变化情况；

所述交织区所属类型包括：

A型交织区：车辆输入匝道之后紧接着驶出匝道，中间存在有一条辅助车道，在该交织区上运行的车辆都要进行一次车道变换的行为才能离开辅助车道，从而进入道路主干或者离开道路主干；

B型交织区：一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，但是另一个方向的交织车辆最多进行一次车道变换就可以进入道路主干道或者离开道路主干道；

C型交织区：一个方向的交织车辆不需要变换车道即可完成交织运行，而另一方向的交织车辆，必须两次或者两次以上变换车道才能完成交织运行。

3.根据权利要求1所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，所述步骤S1中的道路交通特性包括交通量数据和行程车速；

所述交通量数据包括交织区的总交通量、合流处交织交通流和车道变化处交直流。

4.根据权利要求1所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，所述步骤S2中的用于交通流特性评价指标包括通行能力、行车车速和交织区服务水平。

5.根据权利要求4所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，通过HCM交织区通行能力计算模型得到所述通行能力；

所述HCM交织区通行能力计算模型中，最大交织长度为：

L_max＝[1746×(1+VR)^1.6]-[477×N_WL]

式中：VR交织流量比；

N_WL为交织车道数量；

在所述HCM交织区通行能力计算模型中，当交织区的车流平均密度K＝27pcu/h/ln时，所述通行能力C_W的计算公式为：

C_W＝C_IWL×N×f_hv×f_p

式中，N为交通量；

f_hv为交通组成修正参数；

f_p为驾驶员修正系数；

C_IWL为交织区理想通行能力，且C_IWL＝C_IFL-[438.2×(1+VR)^1.6]+[0.251×L_S]+[119.9×N_WL]，C_IFL为相同自由流车速下，基本路段通行能力，L_S为交织区长度；

所述行车速度的计算公式为：

S_W＝24+(S_FF-16)/(1+W_I)

式中，S_W为交织区车辆平均行驶速度，S_FF为自由流速度；

W_I＝[a(1+VR)^b(v/N)^c]/(3.28L_s)^d，VR为交织流量比，v为交织区总流量，N交织区车道总数，L_s为交织区长度，a、b、c和d均为模型常数；

所述交织区服务水平(v/c)的计算公式为：

(v/c)＝V*f_HV*f_P/C_W

式中，V为交织流率。

6.根据权利要求1所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，所述步骤S3中的通过结合道路几何特性绘制交通流组织示意图，进而确定交通流组织优化方案；

所述交通流组织优化方案包括基于高架方向车道的交通流组织优化方案、基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案和基于匝道方向交通流组织优化方案；

其中，基于高架方向车道的交通流组织优化方案为一条自由流车道和三条由交织流的车道构成在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于高架与匝道合流处安全性交通流组织优化方案为两条交织流车道和两条交织流车道在隧道入口处合流成三车道的方案；

基于匝道方向交通流组织优化方案为三条交织流车道和一条自由流车道在隧道入口处交织成三车道的方案。

7.根据权利要求1所述的城市快速路交织区的交通流组织优化方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过Vissim软件对确定的若干交通流组织优化方案进行仿真，确定对应的仿真数据；

所述仿真数据包括排队长度、最大排队长度、LOS、车辆延误平均值和停车次数。

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