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原文传递车速离散性对高速公路通行效率的影响研究

论文题名：	车速离散性对高速公路通行效率的影响研究
关键词：	高速公路;通行效率;车速离散性;运行质量
摘要：	近年来，高速公路交通运输在保障区域间经济活动、增强地区间经济联系的过程中承担着越来越重要的作用。交通需求增长对高速公路通行能力提出了更高的要求，但是管理者逐渐意识到单纯地提高高速公路通行能力不能充分发挥整条道路的意义，反而更应该注重高速公路通行效率。目前缺乏车速离散性与基本路段通行效率之间的影响机理研究，因此，如何从理论上分析车速离散性与高速公路通行效率之间的关系、如何采取行之有效的方法控制车速离散度，从而提出可操作性强的高速公路通行效率优化方法，对于改善高速公路通行效率和运行质量具有极其重要的现实意义。　　本文依托国家自然科学基金项目“高速公路车速离散特征、机理及控制方法研究”，以高速公路和快速路交通流的车速离散现象调查数据为基础，构建符合高速公路交通流特征的交通流模型，探求车速离散现象产生机理及其对交通流稳定性、通行效率的影响规律，以高速公路通行效率最大为目标，设计合理的、可操作性强的车速离散度控制方法，为提高高速公路通行效率、改善高速公路运行质量提供理论依据和技术支持。　　首先，归纳总结了车速离散性和交通流参数、交通设施的通行能力和通行效率的关系，以交通实测数据和NGSIM数据为基础，分析了路段车速离散性的总体特征及车速离散性与通行效率的关系，解析了车辆的加减速对通行效率的影响效应。结果表明，通行效率会随着交通流密度的增加呈先增加后减小的趋势;通行效率会随着交通量的增加而减少，在平均速度较小时，通行效率起主要影响因素的是交通量，当平均速度增大时，车速离散度对路段通行效率产生影响，二者呈负相关关系;车辆的加减速对通行效率的影响仅取决于车辆在开始加速或开始减速阶段。　　其次，构建了基于前两车信息和换道模型的多车道交通流动力学模型，考虑了交通条件、交通运行状态以及车辆加减速对通行效率的影响关系，提出改进的全速度差(FVD)跟驰模型和基于车道效用的换道模型，利用体现个体差异的模型参数离散化方法和遗传算法对跟驰过程、目标车道选择、可接受间隙确定、换道执行过程等模型参数进行了标定，并将模型数值仿真结果与实际交通流数据对比，验证了模型的真实可用性。结果表明，跟驰过程中目标车的加速度受到前方第一辆车的影响要大于前方第二辆车的影响，速度差对加速度的影响要大于距离差的影响。在目标车道选择和可接受间隙确定阶段，前方第一辆车的距离和前方第二辆车的速度对目标车加速度的影响所占的比重大，换道执行过程，目标车辆受到本车道前方车辆和目标车道前方车辆的影响，其速度偏角取决于横向位移。　　再次，利用实测数据分析了车速离散性与匝道的关系，通过分析入口匝道交通流运行特性和换道过程，构建了基于效用理论的入口匝道车道变换模型，并对模型进行了标定和验证，为匝道控制策略提供依据。结果表明，匝道交通会引起主线的车速离散度增大和通行效率降低;随着加速车道长度的增大，主线车速离散度SD的平均值和主线通行效率的平均值呈现增大并趋于稳定。　　最后，利用基于前两车信息和换道规则的多车道交通流动力学模型和匝道换道模型，对高速公路的实际运行情况进行数值仿真模拟，采用不同的车道限速管理规则，对基本路段的不同密度交通流进行仿真，检验其对基本路段的车速离散度和路段通行效率的影响。基于数值仿真的分析结果，比较不同车道限速管理模式对基本路段通行效率的影响，提出降低车速离散度，提高高速公路通行效率的车道管理方法。结果表明:对于大型车和小型车的比例较为平衡的交通流(期望速度较均匀)，组别Ⅲ的车道限速措施能够使其发挥较大效用，交通流达到稳定状态的时间也较短。而对于交通流车型、速度等比例不平衡，或交通流在一天中特征变化较大的交通流，采用组别Ⅳ的限速措施更好，能够使路段发挥较大效用，但是交通流到达稳定状态所需的时间较长;在不同车道限速措施下，每一车道的交通流特征也不同。而换道次数会影响路段的通行效率，换道次数越多，导致路段车速离散度越大，从而使得路段通行效率越低。
作者：	王涛
专业：	交通运输工程
导师：	陈峻;王昊
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文