2010HCM交织区通行能力分析方法适用性研究

首先以相同数据分别定量分析了2000版和2010版美国《道路通行能力手册》中交织区通行能力分析方法中的交织速度和非交织速度计算模型,设计了不同交织区交通运行的组合条件,对2010版交织区速度计算模型进行了定性分析.认为2010版美国《道路通行能力手册》对非交织车流运行速度计算存在重复折减,致使非交织车流运行速度预测过低,交织车流运行速度大于非交织车流运行速度,与实测运行特性不相符.在此基础上,对2010版交织区通行能力分析速度计算模型进行了探讨和改进,选取天津市卫昆立交桥交织区作为调查对象,开展了交织区交通流运行状态调查,并从定量和定性两方面对改进模型进行了效果分析.结果表明:改进模型在预测精度和特性描述上均有所提升.     

高速公路交织区服务水平敏感性分析

影响交织区服务水平的主要因素包括交通流量、交织流量比、自由流速度、交织区长度、交织区内车道数和交织构型等。选取西安绕城高速公路吕小寨立交-朱宏路立交之间交织区为调查对象,开展道路条件和交通流运行状况调查。运用调查数据对美国道路通行能力手册(HCM2010)交织区交织速度和非交织速度预测模型进行修正,重新标定相关参数。基于该速度预测修正模型,利用Visual Basic语言开发交织区运行分析计算工具,定量分析影响因素对交织区通行能力和服务水平的敏感性。     

高速公路交织区运行分析方法对比研究

为梳理高速公路交织区运行分析脉络,本研究以美国HCM2010、德国HBS2015、瑞典METKAP和周荣贵《公路通行能力手册》中交织区运行分析方法为对象,分别从运行分析步骤、交织构型、运行分析模型和服务水平评价指标及分级4个方面进行对比研究,探讨各种研究方法的特点和适用性;然后以HCM2010交织区篇章案例2为例,选择流量比、汇出比、交织比、交织区长度和车道数为影响因素,对周荣贵方法和HCM2010方法通行能力的敏感性进行对比分析;最后通过实测西安绕城高速公路曲江互通交织区交通流数据,获取实际最大通行能力值,并与HCM2010方法和周荣贵方法计算值进行比较。结果表明:HCM2010方法未考虑交织比且高估了流量比对通行能力的影响;周荣贵方法低估了流量比对通行能力的影响,交织比对通行能力的影响因汇出比和汇入比的不同呈现出相反的变化趋势,这与主交通流具有优先通行权规则不符。据此改进周荣贵方法通行能力模型,将模型中汇出比指标替换为交织比,采用最小二乘法对改进模型的流量比、交织比系数进行重新标定,拟合优度为0.96,表明该回归模型对样本数据点拟合程度较好。交织区交通流实测数据是建立运行分析模型的基础,数据库的大小及其精度影响模型的可信度,智慧交通能够实时精确采集交织区域的交通流参数,也可实现海量数据的处理及深度挖掘,是今后交织区运行分析数据采集方式的一个重要发展方向。     

基于非参数回归-粒子滤波模型的公交到站时间预测

为进一步提高公交到站时间的预测精度,提出了一种基于非参数回归-粒子滤波模型的组合预测方法。首先利用非参数回归预测方法,对公交站间速度顺序进行了预测。考虑到速度自身的时变特性,采用了扩展欧式距离作为度量相似度大小的准则来预测下一个站间速度,保证了速度曲线的相似性和模型的鲁棒性。然后利用采样-重要性重采样思想,构建了基于粒子滤波的公交车辆到站时间预测模型。最后以北京市区内3条典型公交线路为例,利用其工作日早高峰时段的历史运行数据检验模型的准确性。结果表明:(1)基于非参数回归方法预测得出的公交站间速度与实际值更为接近,预测精度显著优于加权平均法的预测结果;(2)基于非参数回归-粒子滤波算法得出的公交到站时间预测结果,线路平均绝对误差在1.5 min内,标准误差在3 min内,平均绝对百分误差均小于4%,预测精度也显著高于加权平均法-粒子滤波、非参数回归-卡尔曼滤波和加权平均法-卡尔曼滤波3种组合算法。模型的敏感度分析结果也进一步显示,预测误差会随着粒子数目的增加而逐渐趋于稳定状态,进而证明提出的方法能有效预测公交到站时间。     

城市快速路互通立交交织区运行速度模型研究

对比分析了国内外现有交织区运行速度分析模型应用在快速路互通立交交织区运行分析中的不足,提出了车道变换次数的预测方法,应用建模技术建立了城市快速路互通立交交织区交织速度和非交织度预测模型,并进行了精度验证.结果表明:该模型精度较高,满足快速路互通立交交织区运行速度预测的需要,为城市快速路互通立交的规划选型和评价提供理论基...     

微观轨迹数据驱动的交织区换道概率分布模型

为探析城市快速路交织区复杂的车辆换道行为,基于车辆微观轨迹数据,构建一种考虑换道频率分布的交织区元胞自动机模型。利用高空视频提取交织区全样本车辆换道信息,考虑驾驶人实际决策时间与安全优先意识,结合交织区车辆换道预判、换道间距,分别建立换道动机、换道时机规则,并逐级进行换道时机决策;采用流量、密度、速度、换道频率分布等参数对模型进行评价。结果表明：所构建的元胞自动机模型较为有效,流量、密度、速度的相对误差分别为0.7%、1.4%、1.6%,不同方向换道次数误差为2.97%～22.98%,换道分布与实测数据基本相符,可有效模拟交织区瓶颈现象,反映真实换道需求,描述实际运行状态。     

基于决策树理论的交通流参数短时预测

针对现有交通流参数短时预测方法的不足,考虑到交通流数据序列的非线性特征,提出一种基于决策树理论的非参数预测方法。采用时间序列滞后项将交通流参数序列转化成非参数模型能处理的数据格式。考虑到交通流参数之间存在长期协整关系,构建流量速度滞后项的组合向量,为预测模型提供基础数据。构建基于分类回归树(CART)的交通流参数短时预测模型。基于实际采集的道路交通流数据,对模型在不同等级道路不同速度区间下的性能进行评估。结果表明,所提出的模型相较于常用的时间序列模型,精度有所提高;速度预测准确性普遍高于流量,速度平均绝对百分比误差基本小于13%,而流量预测则达到了30%;采用工作日和周末数据分别建模能够有效提升预测性能;不同速度区间下的预测性能评估显示,模型在各等级道路中速区间的预测结果具有较高的准确性与稳定性。      

基于速度-流量关系模型的公路噪声预测方法

车流速度是道路交通噪声预测模型中的重要参数之一,其准确性将直接影响声环境评价的结果.为了解决实际工程应用中车流速度数据获取困难的问题,本文在等效车流量假设和速度相等假设的前提下,推导出一种基于速度一流量模型的公路噪声预测方法.该方法利用了交通工程领域经典的速度-流量关系模型,可根据车流量自动计算车流速度,从而缩减了噪声预测模型中输入参数的数量.其次,实地采集交通流特征数据,采用非线性回归方法标定模型参数.最后,利用同步观测得到的高速公路基本路段上的流量和噪声数据,验证了该方法的有效性,并估计其误差范围.     

发动机缸盖凹面结构对过冷沸腾影响的可视化实验研究

建立了一套可视化的快拆传热试验装置,对发动机缸盖高温鼻梁区几种凹面结构的过冷沸腾现象进行了传热试验和激光多普勒测速(LDV)流场测试。LDV流场测试的结果显示,过冷沸腾对壁面附近的主流方向(U向)的速度有一定的阻碍作用,对垂直加热壁面方向(V向)的速度有较大的强化作用,在低流速、高热通量下,沸腾可使壁面处的V向速度提高一个数量级。随着凹面半径的减小,U向速度有小幅度提高,V向速度脉动强度减弱,在一定程度上抑制了沸腾的发生;过冷沸腾传热总量提高,对流传热系数增大,提高了强制对流传热量。Chen模型和BDL模型对平面结构的预测结果较好,总体平均误差能控制在20%以内,BDL模型在某些工况下甚至可以将误差控制在10%左右。但两模型未考虑凹面结构的影响,故沸腾曲线总体呈低估趋势,平均误差在30%以上,尤其对低壁面过热度下的预测精度更差,某些工况的预测误差甚至接近200%。表明目前过冷沸腾传热模型应予修正。     

城市道路交通流离散模型优化分析

研究信号控制干道不同交通流状态下路口间车流离散模型。针对我国特有的机非混行、机动车交通流车辆构成复杂等交通特性,首先基于实际调查数据分析交通流离散特性,然后对Robertson几何分布交通离散模型进行修正,考虑下游到达车流与上游驶出车流的相关关系,提出3种线性回归模型。最后将多个模型的预测效果进行对比分析,结果表明,在所试验的路段条件下,考虑上游对应时段车流到达、上游对应时段的前一时段车流到达、上游对应时段的后一时段车流到达、下游前一时段车流到达的四元线性回归模型在不同的交通流状态下,能够更好地拟合车流离散规律。     

城市快速路出入口间距设计研究——以北京西三环某出入口改造工程为例

以北京西三环内环丰益桥至丽泽桥段出入口改造为背景,对先入后出的出入口间距进行了分析探讨。分析比较了第7版美国Highway Capacity Manual（2022年版）（以下简称HCM2022）和周荣贵《公路通行能力手册》对交织区通行能力、运行速度、服务水平的计算结果,对先入后出的出入口间距设计提出了一些建议。基于案例背景,选择流量比、交织区长度为影响因子,分别采用周荣贵的分析方法和HCM2022的分析方法对通行能力、运行速度的敏感性进行对比,分析了两种方法的差异。     

基于K近邻算法和支持向量回归组合的短时交通流预测

为了提高短时交通流的预测精度,向交通管理部门和出行者提供更加准确可靠的交通信息,基于非参数回归与支持向量回归方法的特点,提出了一种混合预测模型(KNN-SVR)。该模型利用K近邻方法的搜索机制,重建与当前交通状态近似的历史交通流时间序列,然后利用支持向量回归原理实现短时交通流预测。针对实际的交通流数据,考虑预测路段上下游交通流的影响,对提出的KNN-SVR模型的预测精度进行了分析。研究结果表明:同时考虑预测路段和其邻近路段交通流影响的KNN-SVR模型具有更好的预测精度,其预测误差最小,平均为8.29%,而仅仅考虑预测路段交通流影响的KNN-SVR模型,其预测误差略高,平均为9.16%;KNN-SVR模型的预测精度优于传统单一的预测方法,如K-近邻非参数回归、支持向量回归以及神经网络方法。     

基于逆模型预测控制的拟人驾驶控制

本文提出一种基于逆模型预测控制的拟人驾驶控制方法,利用模型预测控制产生的实轴轨迹与真实轨迹的损失函数更新控制模块代价函数的权重系数实现拟人化驾驶控制。将拟人驾驶控制构建成一个双层优化问题,在下层利用模型预测控制求解一个典型的最优控制问题产生实轴驾驶轨迹,在上层最小化所产生的实轴轨迹和真实驾驶轨迹的误差更新下层代价函数的权重系数,基于极大值微分原理构造辅助系统求解实轴轨迹关于代价函数权重系数的梯度。实车采集真实驾驶轨迹并进行模仿测试与泛化验证,结果表明：本文所提出的方法相比于两类基于虚轴轨迹的逆最优控制方法,在3个工况下与真实驾驶轨迹最大误差分别平均降低了73.52%和65.03%,驾驶行为更加拟人化,且具备泛化性能。     

路面摩擦特性预测研究

本次研究基于路面抗滑特性的预测问题,运用道路摩擦系数测试仪在公路上进行路面摩擦系数测试试验,并对试验结果进行分析,提出了路面摩擦系数的影响因素。应用广义回归神经网络分析方法,以影响因素为分类标准,确定了摩擦系数预测模型的分类,建立了基于广义回归神经网络的路面摩擦系数预测模型,并通过60组试验数据对网络模型进行了训练,利用6组实验数据进行预测结果对比。结果表明,模型预测值与实测值的平均误差为3.0%左右,模型预测结果与实测结果吻合,所构建模型是正确的,且具有较高的精度;此外还通过实车进行了汽车制动试验,并根据试验结果与模型预测结果对比,为交通事故分析中计算事故车速提供依据。     

城市道路指路信息对进口道车流交织长度及通行能力的影响

基于高速公路交织段的概念,结合城市道路间断流运行特征及路侧指路信息对交织车辆的影响机理,提出城市道路交叉口进口道车流实际交织长度的确定方法.根据道路交通设计特征及驾驶员变道行为特征分别确定了城市道路进口道交织段的起讫点.选取上海市典型交叉口对车辆换道行为及微观行车特征进行视频观测,共获得159个有效样本,分析了车辆换道决策点在信息指示标志附近的分布规律,结果显示,换道决策点在信息指示标志附近呈正态分布.结合指路信息的影响改进了现有交织段通行能力计算模型,比较了该交叉口三个典型断面的通行能力:停车线断面、交织段断面、路段断面,并指出随指路信息位置变化时交织段通行能力的变化趋势,据此提出指路信息最佳设置位置.     

基于时间序列和灰色模型的交通事故预测

利用时间序列和灰色模型理论,针对北方某城市的交通事故统计数据,分别建立了自回归移动平均模型及灰色模型,并对各模型进行了步长为12的预测。通过模型对比发现：2个模型的预测绝对误差分别为23.95%和54.32%,且对于具有季节周期性特点的序列,自回归移动平均模型的预测结果与实际观测值比较吻合,说明自回归移动平均模型比灰色模型更能充分挖掘历史信息以减少预测误差,并反映数据的周期性变化,具有良好的适用性。     

基于XGBoost的短时出租车速度预测模型

准确预测短时出租车速度是识别驾驶员异常加减速行为的前提，有助于提升乘客的安全与舒适。以城市中出租车实时移动速度为研究对象，研究了基于XGBoost的短时出租车速度预测模型。将出租车的移动速度数据集划分为训练集和测试集，构造滑动时间窗口，以时间窗口内的出租车历史移动速度的时间序列为输入变量，以出租车当前时间的移动速度为输出变量，采用前向验证的方法进行模型评估。利用基于贝叶斯算法的hyperopt模块实现模型参数的快速优化，得到模型最优参数组合，并基于深圳市2013年10月22日的出租车GPS轨迹数据集进行算例分析，将模型的预测结果与非参数回归模型、神经网络模型预测结果进行比较。研究表明:所构建的短时出租车速度预测模型的平均绝对误差（MAE）为9.841，均方根误差（RMSE）为12.711，均低于非参数回归模型和神经网络模型，提高了出租车速度的预测精度；由于出租车速度序列缺乏规律性，调整后的R₂（R₂ _adjusted）为0.592，且相较于其他2个模型，XGBoost模型在出租车速度发生急剧变化的时间点附近具有更优的拟合效果，避免了过拟合造成的预测精度下降。      

信号交叉口对交织段通行能力的影响

城市道路间断流与高速公路连续流存在着显著差异,交通运行规律更加复杂。为了综合分析信号交叉口对城市道路交织段通行能力的影响,提出一种基于HCM2000的改进模型。最后,以四平路地道出口的交织段为研究对象,验证模型的科学性和实用性,为工程实践提供理论依据。     

基于VISSIM的交通微观仿真探讨

介绍VISSIM仿真系统的基本原理和应用于交通功能评价的前景,并以交织区的交通评价为例,将利用仿真系统VISSIM所得到的数据与HCM的经验公式计算结果进行分析比较。     

驾驶行为特性对道路通行能力影响的量化研究

驾驶行为特性对道路宏观交通流特性及通行能力有着重要影响.但在2010年版《道路通行能力手册》(HCM2010)中,驾驶人总体特征修正系数取值在通常情况下建议为1 ,并未给出具体解释以及进一步量化.为了进一步细化研究不同驾驶员行为特性对道路通行能力的影响,将驾驶员类型分为冒险型、一般型和保守型3种,利用交通仿真软件Vissim 5 .3构建基本路段和交织区仿真场景,提出以仿真实验为基础的通行能力影响量化分析方法.结果表明,在限速为80 km /h的城市快速路上,自由换道行为可以提升道路设施空间利用率,提高交通流由自由运行状态向稳定运行状态的转变速度,而对道路通行能力没有显著影响;跟驰行为与强制换道行为对道路通行能力有显著影响.提出基本路段通行能力分析的修正系数,对应冒险型、一般型、保守型驾驶员分别为1 .04 ,1 .03 ,0 .86 ;交织区通行能力分析的修正系数;在交织比为0 .1~0 .4的情况下,3类驾驶员对应的值有所差异,进一步细化了HCM2010中驾驶员的修正系数.