CN114255595A - 道路施工期交通控制区延误计算方法 - Google Patents

道路施工期交通控制区延误计算方法 Download PDF

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Abstract

道路施工期交通控制区延误计算方法，本发明涉及交通控制区延误计算方法。本发明的目的是为了解决现有道路施工控制区延误方面的计算主要是基于作业区费用优化的角度，没有考虑绕行带来的时间延误和距离延误导致通行效率降低的问题。过程为：步骤一：获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；步骤二：基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；步骤三：基于步骤二计算车辆运行速度；步骤四：基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；步骤五：基于步骤四计算延误距离。本发明用于道路工程、交通工程领域。

Description

道路施工期交通控制区延误计算方法
技术领域
本发明涉及道路工程、交通工程领域，具体涉及交通控制区延误计算方法。
背景技术
截止2020年底，我国公路里程已经达到520万公里，城镇化率突破60％，随着公路里程的不断增长和城镇化进程的不断推进，既有公路和城市道路的改扩建及养护压力也日趋增加。现阶段公路和城市道路改扩建时很难做到通过全部车辆分流的形式而独立施工。因此，在改扩建施工期还需要保障原有公路或城市道路的正常通行，这样就造成了车辆运行效率的降低(即延误)，因此需要一种普适有效的延误计算方法，在公路改扩建和养护建设期对交通控制区进行延误分析，甄别交通运行瓶颈路段，提高道路资源利用率。
目前，国内外在公路及城市道路施工控制区延误方面的计算主要是基于作业区费用优化的角度，考虑延误、设备成本、人工成本等各种条件因素，使用求解算法，使得作业区的总体费用或施工成本最低，对于由于延误而造成的间接经济损失考虑并不充分，主要原因是缺乏详细的延误计算方法。因此，需要一种简洁有效公路交通控制区延误分析方法，为公路及城市道路建设及养护期间交通控制区提供管理决策建议。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有道路施工控制区延误方面的计算主要是基于作业区费用优化的角度，没有考虑绕行带来的时间延误和距离延误导致通行效率降低的问题，而提出道路施工期交通控制区延误计算方法。
道路施工期交通控制区延误计算方法具体过程为：
步骤一：获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；
步骤二：基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；
步骤三：基于步骤二计算车辆运行速度；
步骤四：基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；
步骤五：基于步骤四计算延误距离。
本发明的有益效果为：
基于施工控制区运行车辆的时间数据和空间数据，通过运行车辆时间延误和距离延误的计算，多维分析了道路施工期交通控制区延误特性，为道路施工期交通控制区的车辆运行效率分析提供了有效手段。
本发明是一种道路施工期交通控制区延误计算方法，不需要复杂的交通流运行数据，借助计算机软件，使用方便、有效，具有较好的普适性和较强的可操作性，可广泛应用于高速公路、普通公路以及城市道路改扩建和养护建设期的交通运行效率分析，为公路及城市道路建设及养护期间交通控制区提供管理决策建议。
附图说明
图1为S+S形绕行区形式图；
图2为绕行区车辆运行时空图；
图3为绕行区车辆运行平均时空图；
图4为绕行区典型车辆速度变化情况图；
图5为延误计算流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式道路施工期交通控制区延误计算方法具体过程为：
车辆运行时空图是分析交通流的基础，更是分析并计算延误的基础，其将车辆在道路上行驶的位置-时间信息以轨迹图的形式展现出来，可以反映时间和空间维度上的交通流状态，斜率代表对应时间点车辆的运行速度，可通过直观的观察时空图的弯曲程度来判断车辆行驶过程中的速度调整信息，具有简明、易用、有效的特点。本专利给出了基于时空图的道路施工期交通控制区延误计算方法，进而为制定相应的管制策略提供依据。
步骤一：获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；
步骤二：基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；
步骤三：基于步骤二计算车辆运行速度；
步骤四：基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；
步骤五：基于步骤四计算延误距离。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述步骤一中获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；具体过程为：
对作业区(包括正常路段和“施工控制区”路段)交通实况录制视频，使用数字化分析软件(如Tracker软件)对视频进行交通流参数提取，获得n个车辆的位置坐标和对应时间；
所述位置坐标即为车辆的空间数据；所述n大于等于2；
所述作业区包括正常路段和“施工控制区”路段。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是，所述步骤二中基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；具体过程为：
“施工控制区”依次包括警告区段、驶入曲线段、施工区段、驶出曲线段、终止区段等；
以警告区段起点为坐标原点，车辆的位置坐标x为纵轴，时间t为横轴，得到每辆车从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据，即“一般车辆”的位置-时间数据；
将n个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据进行平均处理，获得n个车辆的平均位置-时间数据，即“典型车辆”的位置-时间数据；
基于每个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据绘制每个车辆的运行时空图；
基于n个车辆的平均位置-时间数据绘制车辆平均运行时空图；
每一辆车都有位置-时间数据，并可在时空图中生成一条曲线，如图2。对不同车辆到达相同位置时的时间数据进行平均，得到的一组位置-时间数据即作为“典型车辆”的位置-时间数据，并可绘制平均时空图，如图3。
平均时空图表征了施工区对于车辆运行的一般影响。
一般车辆在施工区的延误特性既受施工区道路交通条件影响，也受驾驶人习惯、车辆性能等个性因素影响，因此各车辆的延误特性之间既表现出共性，也展现出特性。
典型车辆是对各车辆在相同位置时的时间数据进行平均处理，有效控制了驾驶人及车辆性能等个性因素影响，从而最大程度表征了施工区道路交通条件对车辆运行的一般影响。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是，所述将n个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据进行平均处理，获得n个车辆的平均位置-时间数据，即“典型车辆”的位置-时间数据；具体过程为：
Figure BDA0003495234180000041
式中：
Figure BDA0003495234180000042
为n个车辆从警告区段起点至终止区末端的平均时间；tij为第j辆车从警告区段起点至终止区末端的时间。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是，所述步骤三中基于步骤二计算车辆运行速度；具体过程为：
曲率v是表征曲线弯曲程度的指标，曲率越大，表示曲线弯曲程度越大，反映在时空特性曲线上表示速度调整强度越高。
以固定间隔计算车辆平均运行时空图的曲率，得到车辆平均运行时空图在各个位置的弯曲程度，也即车辆运行速度；
Figure BDA0003495234180000043
式中：v为车辆平均运行时空图的曲率值，即车辆的平均位置-时间数据曲线的曲率值；x″为车辆的平均位置-时间数据的二阶导数；x′为车辆的平均位置-时间数据的一阶导数；
绘制车辆的平均位置-时间-速度图。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是，所述步骤四中基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；具体过程为：
“施工控制区”依次包括警告区段、驶入曲线段、施工区段、驶出曲线段、终止区段等；
车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至位置xi处时的延误为：
Figure BDA0003495234180000044
式中：i＝1,2,3,4，5，x1为“施工控制区”内的警告区段末端，x2为“施工控制区”内的驶入曲线段末端，x3为“施工控制区”内的施工区段末端，x4为“施工控制区”内的驶出曲线段末端，x5为“施工控制区”内的终止区段末端；vf为车辆在自由流区域(正常路段，非施工控制区)的车速；m为“施工控制区”内的警告区段起点至位置xi被划分的路段数(如位置xi取x2时，施工控制区”内的警告区为300米，曲线段200米，以10m为一段，段被划分为30段，曲线段被划分为20段，则警告区段起点至曲线段终点被划分为50段，m取50)；vj为车辆在车辆的平均位置-时间-速度图中xj～xj-1位置范围内的平均车速；xj为车辆在车辆的平均位置-时间-速度图中的第j段的位置，xj-1为车辆在车辆的平均位置-时间-速度图中的第j-1段的位置；Di为车辆到达位置xi处末端的延误时间；D1为车辆到达警告区段末端的延误时间，D2为车辆到达驶入曲线段末端的延误时间，D3为车辆到达施工区段末端的延误时间，D4为车辆到达驶出曲线段末端的延误时间，D5为车辆到达终止区段末端的延误时间；
当xj-xj-1取定长x0时，车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi处时的延误为：
Figure BDA0003495234180000051
车辆在“施工控制区”某区段内产生的运行延误Di′为：
Di′＝Di-Di-1
式中：Di为车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi处末端的延误时间，Di-1为车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi-1处末端的延误时间。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是，所述步骤五中基于步骤四计算延误距离；具体过程为：
延误距离为车辆因道路交通条件造成车速下降，从而比车辆按照上游正常条件下车速行驶少行驶的距离，延误距离表征了驾驶人在花费了相同的时间成本下未享受到的出行距离服务(图4中阴影部分面积)；
车辆在“施工控制区”某一区段内的延误距离si(t)：
si(t)＝Di′×(vf-vi)
式中：vi为车辆在“施工控制区”第i区段的平均速度，Di′为车辆在“施工控制区”第i区段内产生的运行延误；i＝1，2，3，4，5，v1为车辆在“施工控制区”内警告区段的平均速度，v2为车辆在“施工控制区”内驶入曲线段的平均速度，v3为车辆在“施工控制区”内施工区段的平均速度，v4为车辆在“施工控制区”内驶出曲线段的平均速度，v5为车辆在“施工控制区”内终止区段的平均速度；Di′为车辆在“施工控制区”第i区段内产生的运行延误；D1′为车辆在“施工控制区”内警告区段内产生的运行延误；D2′为车辆在“施工控制区”内驶入曲线段内产生的运行延误；D3′为车辆在“施工控制区”内施工区段内产生的运行延误；D4′为车辆在“施工控制区”内驶出曲线段内产生的运行延误；D5′为车辆在“施工控制区”内终止区段内产生的运行延误；
车辆进入施工区后的累计延误距离si′(t)为：
Figure BDA0003495234180000061
式中：sk(t)为车辆在“施工控制区”某一区段内的延误距离。
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
双车道公路全封闭施工绕行区一般由警告区、驶入曲线段、施工区段、驶出曲线段、终止区等区段构成，S+S形绕行区是双车道公路全封闭施工绕行区中一种常见的形式，见图1。
步骤一：获取交通流数据。采用先进技术录制作业区交通实况，使用数字化分析软件对视频进行交通流参数提取，得到车辆运行的空间数据和时间数据。
步骤二：绘制车辆运行时空图和平均时空图。对车辆的时空数据进行处理，得到典型车辆时空数据。根据现场实测数据，绘制交通控制区内的车辆运行时空图(见图2)和典型车辆平均时空图(见图3)。
步骤三：计算车辆运行速度。计算典型车辆在记录起点处曲率为19.5，即vf为19.5m/s，又绕行区影响范围约1170m(实测获得)，因此期望通行时间为1170/19.5＝60s。在通过终止区末端后，曲率恢复到19.5附近，表明车辆已经彻底摆脱绕行区影响。绘制车辆速度-时间-位置图，见图4。
步骤四：计算施工区延误时间；具体过程为：
取xj-xj-1＝30m，则车辆在警告区末端的延误
Figure BDA0003495234180000071
典型车辆在驶入曲线段内产生的延误
Figure BDA0003495234180000072
依次计算典型车辆在各区段运行产生的延误，结果见表1。
步骤五：计算延误距离。使用延误数据进一步计算典型车辆在各区段内的延误距离和累计延误距离，结果见表1。
表1典型车辆在各区段内产生的延误及延误距离
Figure BDA0003495234180000073
综上，绕行区影响范围约1170m，期望通行时间为60s，计算得车辆延误时间约为28.8s，实际行驶时间为98.8s，通行效率降低48％，延误距离为357.3m。
具体来看，绕行区上游自由流速度为70.2km/h，运行车辆到达限速区后开始逐步减速，车辆在警告区内的平均减速延误约为3.6s。至驶入曲线段后，受绕行区线形影响，车速开始显著降低，极小值约为20.7km/h，因此车辆在驶入曲线段的延误迅速增加，约8.1s，占总延误时间的28.1％，延误距离达到108.5m，占总延误距离的30.4％，表明驶入曲线段是绕行区的重要瓶颈路段，应进行管理，考虑对驶入曲线段进行拓宽、限制超车、对大型车辆进行管控等针对性处理。受施工区段相对平直的线形影响，车速在施工区的车速小幅上升，极大车速约30.5km/h。又因为交通控制区关于施工区段近似对称设置，因此车辆在驶出曲线段的延误(7.3s)和车速变化情况基本相同，但受终止区影响，延误略低于驶入曲线段，驶入曲线段与驶出曲线段合计延误占总延误的53.4％。在终止区段车速快速增加，终止区末端车速恢复至70km/h左右，车辆摆脱交通控制区的影响，加速延误约为3.1s。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一：获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；
步骤二：基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；
步骤三：基于步骤二计算车辆运行速度；
步骤四：基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；
步骤五：基于步骤四计算延误距离。
2.根据权利要求1所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述步骤一中获取交通流运行数据，包括时间数据和空间数据；具体过程为：
对作业区交通实况录制视频，获得n个车辆的位置坐标和对应时间；
所述位置坐标即为车辆的空间数据；所述n大于等于2；
所述作业区包括正常路段和“施工控制区”路段。
3.根据权利要求1或2所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述步骤二中基于步骤一绘制交通“施工控制区”内的每个车辆的运行时空图和n个车辆的平均运行时空图；具体过程为：
“施工控制区”依次包括警告区段、驶入曲线段、施工区段、驶出曲线段、终止区段；
以警告区段起点为坐标原点，车辆的位置坐标x为纵轴，时间t为横轴，得到每辆车从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据；
将n个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据进行平均处理，获得n个车辆的平均位置-时间数据；
基于每个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据绘制每个车辆的运行时空图；
基于n个车辆的平均位置-时间数据绘制车辆平均运行时空图。
4.根据权利要求3所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述将n个车辆从警告区段起点至终止区末端的位置-时间数据进行平均处理，获得n个车辆的平均位置-时间数据；具体过程为：
Figure FDA0003495234170000021
式中：
Figure FDA0003495234170000024
为n个车辆从警告区段起点至终止区末端的平均时间；tij为第j辆车从警告区段起点至终止区末端的时间。
5.根据权利要求4所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述步骤三中基于步骤二计算车辆运行速度；具体过程为：
以固定间隔计算车辆平均运行时空图的曲率，得到车辆平均运行时空图在各个位置的弯曲程度，也即车辆运行速度；
Figure FDA0003495234170000022
式中：v为车辆平均运行时空图的曲率值，即车辆的平均位置-时间数据曲线的曲率值；x″为车辆的平均位置-时间数据的二阶导数；x′为车辆的平均位置-时间数据的一阶导数；
绘制车辆的平均位置-时间-速度图。
6.根据权利要求5所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述步骤四中基于步骤三计算“施工控制区”的延误时间；具体过程为：
“施工控制区”依次包括警告区段、驶入曲线段、施工区段、驶出曲线段、终止区段；
车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至位置xi处时的延误为：
Figure FDA0003495234170000023
式中：i＝1,2,3,4,5，x1为“施工控制区”内的警告区段末端，x2为“施工控制区”内的驶入曲线段末端，x3为“施工控制区”内的施工区段末端，x4为“施工控制区”内的驶出曲线段末端，x5为“施工控制区”内的终止区段末端；vf为车辆在自由流区域的车速；m为“施工控制区”内的警告区段起点至位置xi被划分的路段数；vj为车辆在车辆的平均位置-时间-速度图中xj～xj-1位置范围内的平均车速；xj为车辆在车辆平均位置-时间-速度图中的第j段的位置，xj-1为车辆在车辆平均位置-时间-速度图中的第j-1段的位置，j＝1,2,…,m；Di为车辆到达位置xi处末端的延误时间；D1为车辆到达警告区段末端的延误时间，D2为车辆到达驶入曲线段末端的延误时间，D3为车辆到达施工区段末端的延误时间，D4为车辆到达驶出曲线段末端的延误时间，D5为车辆到达终止区段末端的延误时间；
当xj-xj-1取定长x0时，车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi处时的延误为：
Figure FDA0003495234170000031
车辆在“施工控制区”某区段内产生的运行延误D′i为：
D′i＝Di-Di-1
式中：Di为车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi处末端的延误时间，Di-1为车辆自进入“施工控制区”内警告区段起点至到达位置xi-1处末端的延误时间。
7.根据权利要求6所述道路施工期交通控制区延误计算方法，其特征在于：所述步骤五中基于步骤四计算延误距离；具体过程为：
车辆在“施工控制区”某一区段内的延误距离si(t)：
si(t)＝D′i×(vf-vi)
式中：vi为车辆在“施工控制区”第i区段的平均速度，D′i为车辆在“施工控制区”第i区段内产生的运行延误；i＝1、2、3、4或5，v1为车辆在“施工控制区”内警告区段的平均速度，v2为车辆在“施工控制区”内驶入曲线段的平均速度，v3为车辆在“施工控制区”内施工区段的平均速度，v4为车辆在“施工控制区”内驶出曲线段的平均速度，v5为车辆在“施工控制区”内终止区段的平均速度；D′i为车辆在“施工控制区”第i区段内产生的运行延误；D′1为车辆在“施工控制区”内警告区段内产生的运行延误；D′2为车辆在“施工控制区”内驶入曲线段内产生的运行延误；D′3为车辆在“施工控制区”内施工区段内产生的运行延误；D′4为车辆在“施工控制区”内驶出曲线段内产生的运行延误；D′5为车辆在“施工控制区”内终止区段内产生的运行延误；
车辆进入施工区后的累计延误距离s′i(t)为：
Figure FDA0003495234170000041
式中：sk(t)为车辆在“施工控制区”某一区段内的延误距离。
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