施工环境下高速公路应急资源调度方法研究

在研究高速公路应急救援系统的过程中,应急资源调度方法是整个高速公路交通事件应急救援系统的核心。以应急救援结束时间最短和应急救援相关费用最少为目标,充分考虑到高速公路施工区域对路段通行能力的影响,结合高速公路施工区域的性质和特点,采用数学规划的方法建立了基于施工区通行能力的应急资源调度模型。通过贪婪算法对该模型进行优化求解,进而确定各应急出救点是否参与救援以及经过施工区参与救援的具体时间和能力,对各个出救点的费用能力比进行比较,从而选择适当的应急出救点进行有效的救援,并以山东高速济青高速段施工区域为例对模型进行了实证分析。分析结果表明:应用本模型的方案可以使救援费用减少16.036万元,相比降低了13.6%,缩减了救援成本。     

基于信息感知的高速公路事故路段限速方案及仿真

事故现场的存在改变了交通流状态,影响车辆的安全行驶,如果事故现场处置不合理,易诱发二次交通事故.根据车辆行驶特征以及驾驶员行为特性,将高速公路事故路段进行区域划分;参考驾驶员的动视力和视野范围,建立基于信息感知的高速公路事故路段限速逻辑模型.在仿真环境下,选取通行能力、最大排队长度、平均速度和速度样本标准偏差等评价参数,比对限速方案和不限速方案,结果表明:在各特征交通流量下,通行能力变化不大,限速方案下平均速度降低,最大排队长度和速度标准差也降低.     

高速公路瓶颈区域可变限速阶梯控制方法

针对高流量条件下高速公路主线瓶颈路段交通流运行态势恶劣导致通行效率降低的问题,从高速公路瓶颈路段交通流时空特性出发,对元胞传输模型进行扩展,使其能够对瓶颈路段和可变限速条件下交通流运行情况进行描述;在此基础上,构建可变限速控制模型,并采用阶梯限速控制方法对主线交通流进行控制,防止限速路段车辆排队上溯影响上游匝道车辆的正常通行.算例仿真结果表明:本文提出的瓶颈区域可变限速阶梯控制方法能够有效缩短车辆行程时间,在可变限速条件下,与无控制和仅单路段主线控制相比,车均延误分别减少了13.78%和1.60%.      

考虑出行者不同理性程度的拥堵交通流分配方法

为研究出行者感知偏好对交通分配结果的影响,本文构建了微观路径选择模型,提出拥堵条件下受路段通行能力限制的交通分配算法。引入出行者决策过程中的后悔和无差别化阈值,考虑出行时间和排队时间的心理感知差异,构建不同理性程度下的路径选择概率模型。在集计水平上,考虑当前路段及其上下游路段通行能力限制、路段车辆空间排队和溢出,提出路段车流量流入、流出的修正方法。采用增量加载分配方法,研究路段车辆的消散特性,再现了从个体路径决策到宏观路网状态的演化过程。基于Nguyen-Dupuis仿真网络,比较不同算法下各路段的拥堵车辆和各路段车辆流入、流出情况。结果表明：出行者个人偏好感知会显著影响拥堵路段的成本函数,是出行者路径选择的关键因素,但是出行者个人偏好对非拥堵路段的车辆流入、流出影响较小;考虑个体偏好的交通分配方法能降低路网的平均饱和度。本文提出的考虑有限理性的拥堵交通分配方法可应用于拥堵路网的交通诱导,有利于促进道路资源的合理利用。     

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基于行程时间对交通需求的影响,建立路段交通流模型,对路段交通流量稳定性及通行能力的退化状态进行分析.在出行者的交通需求具有弹性的情况下,路段行程时间越长,交通需求越低.模型中行程时间由道路上的交通状态决定,车辆行驶过程的计算利用MITSIM模型,通过数值模拟方法分析弹性需求对交通流的稳定性及通行能力的影响.仿真结果表明,在交通需求和路段性能相互作用下,路段交通流量趋向于稳定,非饱和状态下的稳定流量随着交通压力的增加逐渐上升到最大通行能力,而饱和状态下的稳定流量小于最大通行能力且交通压力越高通行能力退化越严重.因此在城市路网规划时,应综合考虑路网中各路段通行能力,避免路段通行能力下降.     

路段环境交通容量优化模型与算法研究

在分析路段环境交通容量主要影响因素的基础上,探讨了路段的污染控制约束条件,以及通行能力约束条件,建立了通行能力和污染控制约束的环境交通容量优化模型,构建了基于增广拉格朗日松弛和辅助问题原则法的模型求解算法.实例结果表明,构建的算法能够快速有效地求解这类环境交通容量优化模型.     

基于路网通行效率最优的路侧停车资源配置方法

为实现动静态交通和谐统一，构建与停车需求相协调、停车资源时空均衡的路侧泊位动态供给方案，应用图论的方法建立了含有路侧停车网络的车辆运行模型，将路段分为通行路段与路侧停车路段，并根据用户通行性质与运行状态，基于改进的BPR（Bureau of Public Road）函数量化了通行用户与停车用户在常规通行路段和路侧停车路段的通行阻抗。为实现路网整体通行效率最高，以路网中用户总通行时间最短为目标函数，以路网中停车设施利用水平的高效性与空间均衡性为约束，构建了最佳泊位资源配置模型，并应用相继平均算法（Method of Successive Averages, MSA）设计了路网总效率最高的交通流路径分配方案。以典型的Nguyen-Dupuis网络为实例，设计了多模式、动态的停车资源配置方案，量化了用户出行时间与通行需求和停车比例的关系。研究结果表明，当已知路网中的出行起讫点和泊位规划目标时，通过应用该优化求解模型能有效配置路侧停车资源数目，合理规划出行路径，改善用户出行效率。     

救援时间限制下高速公路网应急设施点选址模型

应急资源布局问题是高速公路应急管理的关键。通过建立数学模型,提出一种优化高速公路网中应急设施点布局方法。首先,通过分析高速公路网中应急需求的布局特点,依据事故发生概率、事故影响范围和路段平均车流量确定在某个交通事故情形下需求点的应急需求。然后,基于需求分析建立应急设施点选址模型。通过救援时间限制确定设施点的覆盖条件,选择救援时间短、物资供给能力强的待选点建立设施点。最后,采用基于拉格朗日松弛的启发式算法对模型进行求解。通过计算实例验证,该布局方法针对高速公路网的应急需求,保障了应急事件救援时间,为高速应急设施点布局提供了新思路,可适用性强。     

多优先级多车种动态应急交通网络反流策略研究

危化品爆炸泄漏和火灾爆炸等局部突发事件下,疏散车辆与救援车辆在路网上通行的优先级具有差异性。为研究多优先级多车种动态应急交通网络协调优化问题,本文根据多车种的优先级差异性,松弛路段传输模型,模拟疏散和救援交通在路网上的动态加载过程,引入交叉口冲突转向消除与道路反流约束;考虑到优先通行车辆的反流策略会占用低优先级车辆的道路通行能力,设置救援交通的逆行路段数限制。设计分阶段优化方法求解多优先级多车种动态应急交通网络协调优化的多目标混合整数线性规划模型(MPCDETN-MMILP)。最后,以 NguyenDupuis路网为例,分析优先通行车辆使用的逆行路段数对疏散和救援交通的影响。算例结果表明：救援交通逆行路段数和对救援车辆迅速到达受灾区域的提升存在上限,且这种提升趋势是逐渐变缓的,而对疏散车辆迅速到达安全区域的抑制呈现波动式的增加趋势;救援交通逆行路段数对救援优先的疏散和救援交通运行优化效果有较大协调作用;连接受灾区域和外部救援场站,且可构成最短径路的路段更会被选择为救援交通逆行路段。     

基于层次蝙蝠算法的应急车辆调度与交通疏散协同决策

城市路网多事故应急救援中，因交通拥堵造成应急车辆滞留现象时常发生，严重影响道路交通事故救援效率.提出通过交通疏散提高救援路径的可靠性，构建双层规划模型对应急车辆调度和交通疏散进行协同决策. 设计一种双层蝙蝠算法，上层算法在应急车辆需求、事故时间窗和可用车辆约束下求解响应时间最短的调度方案，下层算法在路段容量和疏散需求约束下求解多条最短路径的交通疏散策略，从中选取最短时间路径. 算例结果表明，本文模型通过缩短应急车辆在途时间有效提升了应急救援效率，算法具有优秀的寻优能力和运行速度.     

潭耒高速公路路面改造的交通组织探讨

通过对潭耒高速公路区域路网交通流和服务水平分析,提出了潭耒高速公路改造时的分流路径,比较了道路改造施工路段的两种交通组织方案优缺点,并通过各方案的通行能力进行交通流重分配,根据服务水平计算结果推荐采用半幅封闭施工,半幅单向双车道通行的交通组织方案。     

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分析了高速道路交通事故发生后事发路段行程时间构成，提出在上游交通需求大于瓶颈段的通行能力的情况下，事发路段的行程时间由四部分组成，并给出了各部分的计算模型；利用车流波动理论推导出瓶颈处的排队长度，并进一步给出排队车辆数，得出了车辆在瓶颈段上游行驶时间的模型和在瓶颈前排队等待时间的模型。本研究为开发高速道路紧急救援系统提供了理论依据。     

高速公路视觉环境与车辆运行特征相关性分析

为研究高速状态下驾驶人视觉特征与车辆运行特征的相关性,提出高速公路视觉环境层级结构,将高速公路视觉环境解析成意义性、运动性、物理性和景观性4个层级。通过设计考虑道路视觉环境差异的实车试验,获得较为准确的驾驶人在高速公路环境下的车辆运行表征指标,采用独立样本T检验分析研究高速公路视觉环境中有无广告牌对行车速度和加速度的影响情况,进而研究驾驶人注意力分散与车辆操控的内在关系。分析结果表明,在不同视觉环境下驾驶人对车速的保持能力差异显著,夜间复杂路侧环境对驾驶人横向稳定性操控影响程度是其他各路段的2倍以上。     

高速公路瓶颈区域可变限速控制方法

高速公路交通流处于高峰时,公路主线路段可能出现拥挤的瓶颈路段,导致车辆运行时间增加,路段运行效率降低等问题.本文从高速公路瓶颈区域路段交通流运行的时空特征出发,对现有的Papageorgiou模型进行扩展并考虑速度控制因素,使其适用于可变限速控制环境下的真实交通流运行状态,提出了适用于高速公路瓶颈区域的可变限速控制条件的改进模型,以控制周期内总通行量最大和车辆总行程时间最小为目标,建立高速公路主线可变限速控制优化模型.仿真结果表明,相对于固定限速控制,本文提出的可变限速控制方法可降低总行程时间7.45%,提高平均速度8.78%,表明该可变限速控制模型能在一定程度上缓解高速公路瓶颈区域的拥堵问题.     

高速公路特长纵坡路段车辆的折算系数

通过对特长纵坡路段汽车动力性能与运行速度的关系以及这些因素对通行能力的影响进行分析,提出了以速度为直接因素计算高速公路特长纵坡路段车辆折算系数的方法．基于运行速度预测模型,以各车型的运行速度和各车型的百分比为控制因素,得到了不同坡度、不同坡长、不同货车百分比时各类货车的折算系数,为特长纵坡路段的通行能力计算提供了依据．     

基于改进Dijkstra算法的高速公路 应急疏散路径规划

为解决采用传统Dijkstra 算法在高速公路应急疏散规划路径中存在可用性差的缺陷,考虑 高速公路路网中有通行容量及条件限制的节点和路段特征,对其进行改进,提出容量限制节点的 表征方式及流量计算方法,并根据待疏散车辆特征对具有限高、限重属性的路段进行筛选,提出 分类路径规划方法。最后,以河南省高速公路局部路网疏散路径规划问题为基础设计算例,分别 采用传统算法和改进Dijkstra 算法对高速公路应急疏散路径进行求解。结果显示,传统算法得到 的路径规划及交通量分配结果中,容量限制节点上游路段的分配交通量高于节点容量,在节点处 形成疏散瓶颈,且对于规划路径中有限重条件的路段,案例中超重车辆无法使用该路段疏散;相 比而言,由改进算法得到的路径规划及交通量分配结果则不存在上述问题,从而使得疏散效率和 疏散路径的可用性得到了保证。     

考虑交通状态影响的服务区凝聚层次聚类入区判别模型

为了精准掌握高速公路服务区入区车辆特征、提升服务区运营管理水平,基于高速公路ETC门架通行和收费数据,在分析服务区路段和邻近服务区路段车辆行程时间和速度分布特征基础上,考虑路段交通运行状态影响,提出了基于凝聚层次聚类的运行状态识别方法和服务区分车型入区判别模型。以G65包茂高速大观服务区为例,通过关联上、下游门架路段交通运行状态,明确了服务区路段车辆在4种不同运行状态下的速度概率分布特性,结合聚类给出了各个运行状态下车流密度和速度变化的入区判定条件,并利用服务区视频卡口数据进行验证分析。结果表明：判别误差主要分布在拥堵时段,全日客车和货车在考虑运行状态下的相对误差分别为1.5%、7.0%,与不考虑路段运行状态情况相比分别提高了2.9%、4.1%,验证了模型的有效性,为获取高速公路服务区入区车辆特征提供了一种新的思路。     

基于流量-跟车率的高速公路改扩建期间通行能力研究

针对高速公路改扩建期间通行能力计算困难的问题,利用连霍高速公路陕西段改扩建期间实测数据,采用数理统计方法,得出流量-跟车率的关系模型,进而计算得出采用双侧拼接改扩建方式的高速公路前3个施工阶段基本路段的通行能力值分别为1 900,1 700和1 800pcu/(h.ln).     

高速公路生成建模与实证研究

高速公路的空间形态是城际交通服务水平的重要体现,高速路网的形成和扩 张蕴含着丰富的科学问题.为了探究高速公路的生成机制,本文以微观上路段的动态生成替代宏观上路网的全局规划,在局部的路段生长过程中引入生长规则,采用最短路确定 生长节点,构建非线性规划模型,并运用一维搜索算法进行求解确定路段的生长方向,进而构建出高速公路生成模型.模型再现了高速路网的生长过程及涌现特征,如共用路段、 枢纽节点.通过对比实际和仿真的树状结构高速路网,以及分析相关统计数据,结果表明, 该高速公路生成模型能较好地描述和解释实际路网形成的内在机理和宏观现象.     

绕城高速承载力的分析方法

为科学定量地分析绕城高速的容量水平,本文提出了一种简易的绕城高速的承载能力分析方法。该方法考虑了绕城高速的几何拓扑特点以及出行者路径选择特性,将路网备用能力分析的双层规划模型简化为线性规划模型,从而在给定的需求结构下,能迅速求解出满足路段通行能力及服务水平约束的绕城高速能容纳的最大交通量。江苏省徐州绕城高速承载力分析的实例应用表明,该方法不仅继承了备用能力模型的优点,即能考虑实际的交通需求结构、路网布局以及出行者的择路行为对路网容量的影响,而且简单、方便,便于实际应用。