基于GIS技术的小间距互通交织区交通特性研究

利用Arc GIS技术对城市快速路和高速公路小间距互通上的出租车GPS数据进行分析,研究了小间距互通交织区纵向速度分布特性及分、合流区对主线交通流影响的范围。提出了划分单元路段连续分析的思想,并以各单元路段的平均速度及单元路段内各样本速度的标准差为约束条件来界定小间距互通的影响范围;在西安市东三环快速路、绕城高速上选择符合条件的小间距互通,进行出租车GPS数据分析。研究表明:小间距互通匝道出、入口范围内,交通流速度受交通量影响,交通量越大,交通流速度越小;分、合流区速度相对主线速度的下降幅度基本稳定,与交通量大小没有太大关系;分流区受分流车辆的影响程度要比合流区受合流车辆的影响程度大,影响程度体现在车速下降幅度、对主线车流的影响范围。     

车路协同环境城市快速路分流区通行能力提升策略

根据车路协同环境城市快速路分流区不同车型的自动、人工驾驶混合车流特征，引入动态加速度、可变换道概率改进元胞自动机模型车流运行规则；设计了考虑主路自动驾驶渗透率、大型车混入率、驶出自动驾驶渗透率、驶出车流率、出口匝道车道数、换道决策点距离等因素耦合作用的分流区换道仿真试验；对比分析了多因素耦合作用下驶出车辆自由换道率、平均换道距离等指标影响程度，研究了城市快速路分流区道路通行能力变化规律；提出了基于可变换道决策点距离的分流区道路混合车流通行能力提升策略。研究结果表明:分流区驶出车辆自由换道率越高，道路通行能力越大；主路车流自动驾驶渗透率对通行能力的影响最为显著，自动驾驶环境可达到人工驾驶环境道路通行能力的2倍；出口匝道车道数对通行能力的影响不显著，2条出口匝道比1条出口匝道的通行能力提升约3%；换道决策点距离对通行能力的影响较为显著，车辆换道决策点距离从100 m增加到150 m时，分流区道路通行能力可提高9.6%~10.6%。可见，可借助移动式交通标志提前引导车辆换道决策，显著提高分流区道路通行能力。      

高速公路入口匝道的模糊逻辑控制及辅助方案设计

为保证高速公路主线安全、畅通与舒适运行,减少对相连道路的影响,构造了匝道逻辑模糊控制器,提出了三种入口匝道辅助设计方案。结合工程实际,选择了上游车流密度、下游车流密度和入口处等待车辆的总长度作为模糊控制器的输入量,入口匝道的调节率为输出量。计算结果表明,随着入口匝道车辆数量的增加,高速公路主线下游的车速将明显下降,根据主线上、下游车流密度及匝道车辆的数量变化,计算出不同的匝道调节率,通过对高速公路入口匝道的调节率进行实时调节,可控制匝道上车辆的进入,入口匝道辅助方案的实施可缓解与高速公路相连道路的拥堵,对改善高速公路运行安全和效率具有重要的作用。     

高速公路路网环境事故影响范围预测方法

基于高速公路交通事故状态下交通流影响特征,对交通波理论在交通事故影响传播分析领域的传统应用方法进行修正。首先,分析高速公路交通事故形成的车道交通波在事发位置上游路段影响传播情况,并提出相应的交通事故影响范围预测方法;然后,将路段环境下的交通事故影响传播分析方法延伸应用到考虑汇入、汇出车流的路网环境,分析高速公路交通事故在上游主线、上游入口匝道及其衔接道路、上游出口匝道及其衔接道路上的影响传播过程,建立高速公路交通事故影响范围预测流程;最后,提出高速公路路网环境下交通事故影响范围预测方法。     

高速公路入口匝道汇合控制研究

匝道控制是一种抑制交通需求、解决高速公路交通拥挤的有效手段。入口匝道汇合控制是一种以安全为目标的微观控制方法。本文详细介绍了汇合控制的控制流程，并与传统的匝道信号调节控制做了比较。当交通量较大时，为提高主线车流的运行效率、确保匝道车辆安全、快速地汇入主线，有必要对入口匝道实行汇合控制。根据间隙——接受理论，匝道汇入量由主线最外侧车道的车流间隙数量决定。建立了入口匝道移位负指数分布通行能力模型，并对模型进行了拟合验证。     

城市快速路匝道合流区汇入车辆折算系数研究

讨论了城市快速路匝道合流区汇入车辆的车辆折算系数(PCE)计算的理论和方法。基于上海市快速路实测数据,从匝道车辆汇入主线的过程分析出发,考虑各类车型车身长度、车辆性能和主线外侧车道车头时距分布等因素对车辆汇入主线的影响,根据间隙接受理论和不同主线流量下各类车型的匝道汇入能力,建立了匝道合流区汇入车辆折算系数模型,并给出了在充分加速汇入和停车汇入两种汇入模式下PCE的建议值。研究表明:PCE值与汇入模式和主线外侧车道流量有很大关系,其与主线外侧车道流量呈正相关性,在同等主线外侧车道流量下,充分加速模式较停车汇入模式的PCE值小;在计算匝道合流区通行能力时不应对汇入车辆的PCE简单的取一定值。     

高速公路入口匝道汇合控制研究

匝道控制是一种抑制交通需求、解决高速公路交通拥挤的有效手段.入口匝道汇合控制是一种以安全为目标的微观控制方法.本文详细介绍了汇合控制的控制流程,并与传统的匝道信号调节控制做了比较.当交通量较大时,为提高主线车流的运行效率、确保匝道车辆安全、快速地汇入主线,有必要对入口匝道实行汇合控制.根据间隙--接受理论,匝道汇入量由主线最外侧车道的车流间隙数量决定.建立了入口匝道移位负指数分布通行能力模型,并对模型进行了拟合验证.     

城市快速路匝道最小间距模型

匝道间距是路线设计中的重要内容，对交通流有决定性的影响。根据城市快速匝道的特点，应用驾驶员行为理论，模拟了驾驶员城市快速匝道上的驾驶行为。认为匝道间距是影响城市快速路主线运行状况的关键因素。为了合理确定匝道最小间距，必须确定匝道组合模式和计算匝道加减速车道长度，并计算出车流从匝道汇入主线后，由于车流变道而形成交织车流长度。由此建立了不同匝道组合模式下的匝道最小间距模型。应用实例表明。当匝道间距不能满足最小间距时，车速降低，服务水平下降。     

高速公路合流区可变限速和换道协同控制研究

针对高速公路合流区通行效率降低、车辆延误增加、整体服务水平下降等问题,提出了一种基于可变限速和换道控制的高速公路合流区车流密度优化模型.首先,换道控制通过预测瓶颈容量和交通需求为联网车辆(CAVs)提供变道建议,优化合流区上游的车流密度,减少瓶颈容量下降的影响;其次,基于换道控制下的合流区瓶颈容量以及匝道的交通流密度,确定修正前的可变限速值;再次,利用基于细胞传输模型的反馈进行变限速控制,实时控制交通瓶颈上游流量以保证换道区密度收敛到最优平衡点,得到修正后的可变限速值;最后,选择元胞传输模型作为基础交通流模型对合流区进行换道控制,采用中观多车道元胞传输模型模拟合流区主线换道行为及换道控制对合流区交通流运行的影响.仿真结果表明:与无控制方案和VSL控制方案相比,协同控制的平均旅行时间分别降低了58.55％、35.68％,平均流量分别提高了9.09％、2.35％,协同控制在通行效率、交通安全方面均有明显改善.     

快速路匝道与主线合流区交通参数关系模型

为了研究快速路匝道与其主线合流区的交通流特征关系，选用南京长江大桥入口作为数据 采集点，观测其汇入路段的交通流，并对交通流速度、密度等宏观参数和换道次数、可接受间隙等微观特征变量进行了相关性分析。研究发现，速度、密度、换道次数和可接受间隙之间存在非 线性相关性。基于此，构建了主线车道车速与密度、换道次数和可接受间隙之间的非线性关系模型。快速路匝道与主线合流区是快速路的主要瓶颈路段，结合宏观交通参数模型和微观间隙接受模型，阐述了快速路主线和匝道汇入车流的交通参数数学关系。实测数据拟合结果表明，该模型能够准确描述匝道与主线合流区的交通流特性。     

对角匝道设置的交通量条件

为了得到设置对角匝道时须满足的交通量条件,分析了合流区主路外车道的车头时距分布,利用间隙接受理论和分段积分法,建立了对角匝道驶入主路的适应交通量模型。然后考虑驶入对角匝道的右转交通量及其车头时距分布,利用间隙接受理论,建立了驶入对角匝道的左转车流的适应交通量模型,并得到了驶入对角匝道的左右转车流的约束条件。分析结果表明:对角匝道设置的交通量条件与主路交通量、匝道交通量、加速车道长度、合流区外侧车道车头时距的区间分布状况、汇合车辆的临界间隙和随车时距以及驶入对角匝道的左右转交通量有关。     

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随着城市汽车保有量的不断增加,交通拥堵日益频繁;匝道控制是通过调节入口匝道车辆数,来缓解快速路匝道交汇处拥堵的有效方法.本文同时考虑快速路和入口匝道上的实时密度设计了匝道控制优化算法,该算法旨在控制快速路密度接近其最优值,同时减少匝道上的排队数;通过PARAMICS仿真软件对算法进行验证,并与ALINEA、Demand Capacity算法进行了比较,仿真模拟统计了快速路交通流密度、匝道排队数、总车辆行程时间以及下游流量数据.分析结果显示,实时密度控制算法是有效的,能够维持干线最大流量,保持路网交通条件的动态平衡,并且尽可能地减少排队长度.     

南安普敦市高速公路入口控制方案案例研究

高速公路入口控制最早于1996年出现在芝加哥市，现在北美及欧洲等国家广泛采用它来缓解高速公路交通拥挤状况。此论文研究了南安普敦市高速公路入口控制方案的案例（采用ALINEA）控制策略。研究的详细数据表明：高速公路入口控制系统对辅路上的车流、高速公路主干线上的车流、尤其是对高速公路第一车道入口汇合前的区域存在潜在影响。基于此案例研制高速公路的主干道的车流量和速度的轻微减小。     

城市干线短交织区元胞自动机多级换道决策模型

为探索城市干线短交织区交通运行特性，基于高精度车辆轨迹数据，提出细化元胞尺寸与步长的交织区元胞自动机多级换道决策模型.划分上下游、交织影响区等多个分区，独立设置变量与规则进行建模；考虑车辆换道速度差、间距及换道安全风险，建立上下游换道模型，交织影响区多级换道决策模型；对未分区换道模型(I)，分区STCA换道模型(II)，分区多路合流换道模型(III)，本文模型(IV)进行仿真验证.与实测数据相比，本文模型平均车道流量误差仅为 1.64%. 模型 I~IV 在交织影响区的平均速度误差分别为 98.35%、23.77%、16.46%、7.45%，换道次数误差分别为33.34%、97.75%、62.97%、11.85%.结果表明，本文模型能有效模拟短交织区复杂的换道行为及交通流特性.     

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针对目前国内外匝道连接段通行能力计算以美国HCM为主的现状和不足,研究发现城市快速路入口匝道连接段车头时距服从Weibull分布规律,利用改进的Drew方法及实际现场调查交通流数据确定了临界车头时距和随车时距,建立了城市快速路入口匝道连接段通行能力的间隙接受计算模型,并利用数值积分法进行计算和求解,从而得到了主线不同设计速度及不同加速车道长度条件下的城市快速路入口匝道连接段可能通行能力值。研究结果表明,快速路匝道连接段通行能力随加速车道长度和主线设计速度的增加而增加,变速车道长度大于400 m时通行能力值趋近于基本路段通行能力。     

Gap Acceptance Capacity Model for On-Ramp Junction of Urban Freeway

The commonly-used capacity calculation approaches for ramp junctions are mostly based on the American Highway Capacity Manual method. It had been approved that the headways for vehicles following the Weibull distribution function at on-ramp junctions in urban freeway system. The paper examined the critical headway and following time by the modified drew method and the survey traffic flow data on-site. The gap-acceptance capacity calculating model was developed for on-ramp junctions of urban freeway, and the numerical integration method was used to solve the model. Finally, the capacity values were obtained in condition of different mainline design speeds and different acceleration lane lengths. The results indicated that the capacity value would grow with the increase of the acceleration length and mainline design speed, and the capacity values for on-ramp junctions would approach basic freeway segments capacity values while the acceleration lengths beyond 400 meters.     

基于车车通信的快速路入口匝道车速控制研究

为研究车车通信技术条件下车辆通过合流影响区时的运行情况,缓解快速路交通压力,提出车车通信环境下入口匝道车辆速度控制模型。首先,分析合流影响区车辆汇合存在的问题;然后,结合合流影响区车辆行驶速度需求,确定入口匝道车辆在加速车道上可汇合位置;接着,根据入口匝道车辆和主路最外侧车道车辆分别到达合流影响区汇合点的时间,建立入口匝道车辆汇入的车速控制模型;最后,对传统环境下和车车通信环境下车辆驶过合流影响区进行仿真。结果表明,在给定的仿真时间段,车车通信环境下,主路和匝道交通量分别为1 000veh/h和400veh/h时,合流影响区的交通量提高了19.5%,入口匝道车辆的平均行驶时间节约了26.9%、平均行驶速度提高了19.7%;主路交通量为1 800veh/h、匝道交通量为800veh/h时,传统环境下合流区车辆出现排队现象,车车通信环境下无排队现象。     

城市快速路匝道合流区与基本路段交通流特征对比

基于快速路实测数据和微观仿真数据,从交通流基本图、交通流状态空间传播、匝道与主线流量关系和车道横向分布特征4个方面对比了匝道合流区与基本路段的交通流特征.结论表明:由于匝道车辆汇入的影响,匝道合流区与基本路段的交通流特征存在较大的差别,在城市快速路的规划、设计、管理和控制中都应该区别对待.     

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在实际的快速路交通流系统中,入口匝道的流量和快速路主路的速度都是受限的,因此在对快速路交通流进行控制时考虑这些限制十分必要. 基于迭代学习控制的快速路入口匝道控制是近年来快速路控制领域的一个研究热点,然而,至今为止还没有在输入和状态同时受限情况下的相关收敛性分析. 本文首先介绍了快速路交通流模型,并将交通密度控制转化为输出跟踪问题;然后通过严格的数学分析证明了在入口匝道流量受限和主路速度受限的情况下,基于迭代学习控制的入口匝道控制仍然能保证交通流密度收敛于期望密度;最后通过仿真研究验证了该方法在受限情况下能达到很好的控制效果.