CN111767644B - 考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，包括：基于预测路段的道路实际数据，建立道路仿真模型；基于时空消耗理论，获取预测路段的道路实际通行能力，建立估计模型；将不同的交通流量大小作为输入量，获取根据所述道路仿真模型得到的预测路段的通行能力与根据所述估计模型得到的预测路段的通行能力的偏差；根据偏差，修正估计模型，得到预测路段的实际通行能力。本发明主要考虑高速公路中存在隧道与外场在道路属性上不同的介质对于道路实际通行能力的影响，通过仿真的方式分析其实际的通行能力，基于时空消耗理论建立了针对隧道的高速公路基本路段的实际通行能力估计模型，为缓解交通拥堵问题的缓解提供一定理论依据。

Description

考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法

技术领域

本发明涉及智慧交通领域，具体的，涉及考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法。

背景技术

随着我国城市化、汽车化进程的加快，高速公路作为我国道路交通系统中极其关键的一环，承担了很大的负荷。由于各个城市间贸易频繁往来，行驶于高速公路上的车辆数逐年递增，与之相应地，高速公路上出现的交通拥堵问题也愈发严重。究其本质，拥堵产生的重要原因就是车辆行驶所需的道路资源大于高速公路能够提供的资源。大多数研究以理论通行能力作为衡量道路资源的指标。但是理论通行能力其实是一个理论值，在实际场景中的实际通行能力才是衡量道路资源的有效依据，也是解决交通拥堵问题的关键因素。

当前高速公路通行能力的相关研究，焦点主要放在了影响通行能力的因素有哪些，分别对于通行能力的影响有多大；如专利CN104750919A提出了一种基于多层统计分析模型的道路通行能力影响因素识别方法，该方法通过交通流自动采集设备或人工的方式获取道路上的交通参数数据，根据不同道路在不同因素下的交通参数的不同来衡量此因素是否对于通行能力有影响及影响有多大，主要考虑车道宽度、车道数及天气等因素的影响，但是对于原本的路段固有属性对于通行能力的影响缺少讨论，具体而言，就是此路段是否为均匀的道路，道路在各个点的道路特性是否一致等；专利CN107845257A针对环形交叉口这一具体场景，提出了环形交叉口通行能力计算方法，采用仿真的方式通过模拟，检测交叉口不同位置的交通量并将其作为通行能力，来分析环形交叉口的实际通行能力，由于该方法主要是根据仿真实验来得到相应的结果分析，缺少统一的理论方法，方法的可移植性较差。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，考虑隧道与外场的不同的道路介质的影响，为缓解交通拥堵问题的缓解提供一定的理论依据。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，包括以下步骤：

基于预测路段的道路实际数据，建立道路仿真模型；

基于时空消耗理论，获取预测路段的道路实际通行能力，建立估计模型；

将不同的交通流量大小作为输入量，获取根据所述道路仿真模型得到的预测路段的通行能力与根据所述估计模型得到的预测路段的通行能力的偏差；

根据偏差，修正估计模型，得到预测路段的实际通行能力。

进一步，所述估计模型为：

A＝L_rW_r

C_v＝h_sW_vt

其中N代表预测路段在有效运行时间为T的时间段内的最大服务车辆数，即通行能力，C_v代表单车的时空消耗，L_r代表的是预测路段中的总的有效长度；W_r代表的是预测路段的有效宽度，h_s代表的是车辆在预测路段上运行时的平均安全车头间距；W_v代表的是车辆在预测路段上运行时占据的平均宽度；t代表的是车辆在预测路段上的平均行驶时间，

其中C＝AT；

C代表路段的总时空容量，A代表预测路段的有效面积，T代表预测路段的有效运行时间。

进一步，所述预测路段的实际通行能力表示为：

N_实际＝n(N_隧道L_隧道+N_外场L_外场)/L_路段+ΔN

其中：N_实际代表预测路段实际通行能力，N_隧道代表隧道实际通行能力，L_隧道代表隧道具有的长度，N_外场代表外场实际通行能力，L_外场代表外场道路具有的长度，n代表车道数量，L_路段代表预测路段的总长度，ΔN代表模型计算结果与仿真结果的偏差。

进一步，所述隧道的实际通行能力的获取方式为：

根据布设于隧道附近的交通参数采集设备采集交通流量以及速度数据，进行拟合得到隧道附近的最大交通流量并将其作为隧道部分的道路实际通行能力。

进一步，所述外场实际通行能力的获取方式为：

根据多个布设于外场的交通参数采集设备采集交通流量以及速度数据，进行拟合得到外场的最大交通流量并将其作为外场部分的道路实际通行能力。

本发明的有益效果是：

本发明主要考虑高速公路中存在隧道这种与外场在道路属性上不同的介质对于道路实际通行能力的影响，针对包含一个一定长度的隧道的高速公路基本路段，通过仿真的方式进行分析其实际的通行能力，基于时空消耗理论建立了针对包含一定长度隧道的高速公路基本路段的实际通行能力估计模型，为缓解交通拥堵问题的缓解提供一定的理论依据。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1示出了本发明的流程示意图。

图2示出了本发明针对的道路环境示意图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本实施例提出了考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，假设预测路段为L路段(为一定长度隧道的高速公路基本路段)，共布置4个交通参数采集设备，分别是参数采集设备1、参数采集设备2、参数采集设备3和参数采集设备4，L路段的外场、隧道、参数设备和汽车的行驶方向如图2所示。

L路段的实际通行能力估计方法具体为，如图1所示。

基于L路段的道路实际数据，建立道路仿真模型。具体的：

道路实际数据包括L路段的路段长度、隧道长度以及道路参数，道路参数包括道路的车道数、道路宽度、道路限速以及隧道限速。同时根据参数采集设备2和参数采集设备3，获取隧道部分的实际通行能力，获取方法为：根据参数采集设备2和参数采集设备3，采集经过隧道的交通流量以及速度数据，进行拟合得到隧道的最大交通流量并将其作为隧道部分的道路实际通行能力。根据采集设备1和参数采集设备4，获取外场部分的实际通行能力，具体的：根据采集设备1和参数采集设备4采集外场的交通流量以及速度数据，进行拟合得到外场的最大交通流量并将其作为外场部分的道路实际通行能力。

根据路段长度、隧道长度、道路参数、隧道实际通行能力以及外场实际通行能力，根据TransModeler仿真软件建立道路仿真模型。该软件可以模拟从高速公路到市中心区路网道口在内的各类道路交通网络、可以详细逼真地分析大范围多种出行方式的交通流(百度百科)。

由于隧道与外场道路在道路限速上存在明显不同，并且道路限速不同的公路的通行能力有很大的区别，因此可以将隧道视为与外场道路在道路等级上不同的路段，而时空消耗法将道路看作成包含时间以及空间的容器，以时空容量的概念来量化道路的服务能力，将路段单车道的实际最大服务量作为路段单车道的实际通行能力，进而分析不同等级道路的通行能力。因此可以基于时空消耗理论，获取预测路段的道路实际通行能力，建立估计模型，具体的：

根据该理论，在该场景下该理论可以解释为：

C＝AT

其中C代表路段的总时空容量，A代表预测路段的有效面积，T代表预测路段的有效运行时间，因此，得到估计模型为：

A＝L_rW_r

C_v＝h_sW_vt

其中N代表预测路段在有效运行时间为T的时间段内的最大服务车辆数，即通行能力，C_v代表单车的时空消耗，L_r代表的是预测路段中的总的有效长度；W_r代表的是预测路段的有效宽度，h_s代表的是车辆在预测路段上运行时的平均安全车头间距；W_v代表的是车辆在预测路段上运行时占据的平均宽度；t代表的是车辆在预测路段上的平均行驶时间。

将不同的交通流量大小作为输入量，获取根据道路仿真模型得到的预测路段的通行能力与根据估计模型得到的预测路段的通行能力的偏差ΔN。

根据偏差，修正估计模型，得到预测路段的实际通行能力，预测路段的实际通行能力表示为：

N_实际＝n(N_隧道L_隧道+N_外场L_外场)/L_路段+ΔN

其中：N_实际代表预测路段实际通行能力，N_隧道代表隧道实际通行能力，L_隧道代表隧道具有的长度，N_外场代表外场实际通行能力，L_外场代表外场道路具有的长度，n代表车道数量，L_路段代表预测路段的总长度，ΔN代表模型计算结果与仿真结果的偏差。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

基于预测路段的道路实际数据，建立道路仿真模型；

基于时空消耗理论，获取预测路段的道路实际通行能力，建立估计模型；

所述估计模型为：

A＝L_rW_r

C_v＝h_sW_vt

其中N代表预测路段在有效运行时间为T的时间段内的最大服务车辆数，即通行能力，C_v代表单车的时空消耗，L_r代表的是预测路段中的总的有效长度；W_r代表的是预测路段的有效宽度，h_s代表的是车辆在预测路段上运行时的平均安全车头间距；W_v代表的是车辆在预测路段上运行时占据的平均宽度；t代表的是车辆在预测路段上的平均行驶时间，

其中C＝AT；

C代表路段的总时空容量，A代表预测路段的有效面积，T代表预测路段的有效运行时间；

将不同的交通流量大小作为输入量，获取根据所述道路仿真模型得到的预测路段的通行能力与根据所述估计模型得到的预测路段的通行能力的偏差；

根据偏差，修正估计模型，得到预测路段的实际通行能力，所述预测路段的实际通行能力表示为：

N_实际＝n(N_隧道L_隧道+N_外场L_外场)/L_路段+ΔN

其中：N_实际代表预测路段实际通行能力，N_隧道代表隧道实际通行能力，L_隧道代表隧道具有的长度，N_外场代表外场实际通行能力，L_外场代表外场道路具有的长度，n代表车道数量，L_路段代表预测路段的总长度，ΔN代表模型计算结果与仿真结果的偏差。

2.根据权利要求1所述的考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，其特征在于：所述隧道的实际通行能力的获取方式为：

根据布设于隧道附近的交通参数采集设备采集交通流量以及速度数据，进行拟合得到隧道附近的最大交通流量并将其作为隧道部分的道路实际通行能力。

3.根据权利要求1所述的考虑单隧道限速影响高速公路路段实际通行能力估计方法，其特征在于：所述外场实际通行能力的获取方式为：

根据多个布设于外场的交通参数采集设备采集交通流量以及速度数据，进行拟合得到外场的最大交通流量并将其作为外场部分的道路实际通行能力。