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原文传递基于卡口视频数据与实车实验的海底隧道交通流运行特性分析与建模

论文题名：	基于卡口视频数据与实车实验的海底隧道交通流运行特性分析与建模
关键词：	海底隧道;平纵线形;交通流;模糊控制;运行特性;卡口视频数据
摘要：	海底隧道促进了海域两岸之间的社会经济发展。海底隧道下穿海床，纵断面为特殊的“V”型结构，且内部空间相对封闭，行车环境差，与城市道路交通流特性有着较大差别。随着海底隧道交通流量增大，一旦发生交通事故，救援困难，容易造成交通拥堵甚至瘫痪。分析海底隧道交通流运行特性，发现其运行规律，对于提高海底隧道交通管理水平以及行车安全，预防海底隧道常发性交通拥堵，具有重要研究价值和研究意义。　　本文总结了海底隧道交通安全及交通流相关研究现状，从海底隧道环境特性和交通特征两个方面分析了影响海底隧道交通流运行的因素，探究了各因素对海底隧道交通流的影响。　　首先采用卡口视频数据方法获取海底隧道交通流数据。运用SimiMotion软件对胶州湾海底隧道卡口视频数据进行提取，计算了不同平纵线形下的高峰小时断面流量，分析了海底隧道流量特性;对不同坡度下的平均速度以及平均车头间距进行统计，分析了坡度对平均速度和平均车头间距的影响;通过提取海底隧道出入口速度与流量值，建立了海底隧道速度-流量关系边界线性回归方程;从宏观层面对海底隧道交通流特性进行了分析。结果表明:高峰小时断面流量受平曲线半径和坡度影响，平曲线半径越大，高峰小时断面流量越大;在下坡段，坡度越大,高峰小时断面流量越大;海底隧道的车速受坡度影响明显，下坡段的平均车速明显高于上坡段;在海底隧道下坡段行驶车辆的平均车头间距大于上坡段，在下坡段，随着坡度的增加，平均车头间距增大，而在上坡段，随着坡度的增加，平均车头间距减小;海底隧道交通流中速度高值与流量呈明显的负线性相关性，而速度低值与流量的线性相关性不明显。　　其次，采用更加体现连续交通流的实车实验方法，获取海底隧道交通流数据。设计了实车实验方案，通过实车实验采集了海底隧道照度、坡度等交通环境参数以及跟驰状态下的车辆速度、车头间距和加速度等交通流特性参数，对实验数据进行预处理和异常值检验，利用偏相关性分析，对海底隧道照度、坡度、平曲线半径与交通流特性参数之间的相关性进行检验，根据相关性分析，建立了照度与平纵线形影响下的车速、车头间距、纵向加速度、横向加速度变化拟合模型，量化分析了海底隧道照度、坡度、平曲线半径与速度、车头间距和加速度之间的关系，从微观层面探究了海底隧道交通流特性参数变化规律。结果表明，在海底隧道出入口段，速度、车头间距与照度存在明显的负相关性，而纵向加速度受出入口段照度和坡度影响显著;在隧道内车速、车头间距与坡度呈负相关性，与平曲线半径则呈正相关性，车速、车头间距在下坡段时，随着坡度的增加而增加，在上坡段时，随着坡度的增加而减小;横向加速度与平曲线半径呈负相关性，横向加速度随着平曲线半径的增大而减小。　　最后，采用元胞自动机模型建模的方法，建立海底隧道交通流模型。划分了海底隧道路段，运用模糊控制算法，建立了考虑照度和平纵线形的海底隧道最佳限速模糊控制系统;确立了海底隧道不同路段的元胞自动机模型行车演化规则和换道规则，建立了一种适用于海底隧道的交通流元胞自动机模型。以胶州湾海底隧道为例进行仿真验证，结果显示该模型能够模拟海底隧道交通流的时空演变特性，为海底隧道交通流的管理提供了参考。
作者：	董炳洁
专业：	交通运输
导师：	潘福全
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2023