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原文传递高速公路出口匝道容量分析方法及协调性研究

论文题名：	高速公路出口匝道容量分析方法及协调性研究
关键词：	高速公路;通行能力;出口匝道;元胞自动机模型;减速车道长度;容量分析;运行特性;协调关系
摘要：	高速公路的出口匝道是连接高速公路与邻接道路的过渡设施，为实现不同等级道路车流的转换，匝道严格限制行车速度，导致通行能力较低，是高速公路运行中的瓶颈。随着高速公路交通量的增加，我国新建高速公路和大部分原有高速公路采用了多车道（6车道及以上）的建设标准，在运行管理中更多的采用了分车道分车型的运行策略。车道数的增加及车道管理方式的变化使得出口匝道车流运行特性改变，进而影响了匝道的通行能力。为客观把握多车道高速公路出口匝道车流运行规律，分析其通行能力，论文将将研究对象界定为多车道高速公路出口匝道，包括匝道连接处和匝道主体段，运用实地调查数据分析其运行特性，建立通行能力分析模型，分析通行能力影响因素，探讨匝道连接处与匝道主体段的协调关系，提出设施要求和运行管理策略。　　论文首先针对高速公路出口匝道设施特性分析，从车流运行的轨迹将匝道连接处分为了换道进入、直接进入和选择性进入三类。以国内某两条高速公路实地调查数据为支撑，分析了主线分车道分车型运行和混合运行两种情形下出口匝道连接处各车道的速度、交通量、车头时距等交通流特性，发现分车道分车型运行时交通量分布呈现车道车型匹配、车道之间速度差异大、车头时距差异大等特性，而混合运行时交通流呈现交通量分布规律性较差、车道车速差异小、车头时距差异小等特性。通过数理统计分析，发现匝道连接处减速车道及主线各车道的车速分布符合不同参数的威布尔分布，而减速车道车头时距符合移位负指数分布，主线车道车流符合一阶或二阶爱尔朗分布。对比匝道连接处端点运行特性及收费站上游车辆到达特性，分析了匝道主体段速度变化特性，小客车速度变化率较小，大货车速度变化率高。　　其次，论文在总结国内外对匝道连接处通行能力研究方法和结论的基础上，借鉴元胞自动机模型模拟车辆离散特性的优点，结合国内采用分车道分车型的主线运行管理方式，规定了主线各车道运行规则、车辆进出规则、车辆换车道规则等模型运行规则，建立了出口匝道通行能力分析的元胞自动机模型。论文应用Microsoft VisualC++2010编程实现运行模拟，分别设定不同慢车比例、驶离高速公路车辆比例和减速车道长度，研究了直接式减速车道和平行式减速车道两类匝道连接处的运行特性，分析了各因素对两类匝道连接处的通行能力的影响:在特定的驶出条件和慢车比例下，同样长度的减速车道区段，平行式比直接式增加300～700辆/h通行能力，匝道连接处通行能力随减速车道长度增加而呈现先增加后降低的趋势，通行能力最大的区段可以决定最优的减速车道长度;当车辆到达率较小时，驶离高速公路车辆比例对匝道运行影响较小，当车辆到达率较大时，匝道连接处通行能力随驶离车辆比例骤降，驶离车辆比例达到一定值后保持平稳;匝道连接处通行能力整体上呈现随着慢车比例的上升而先上升后下降。　　在元胞自动机模拟匝道连接处的基础上，论文模型构建考虑了匝道主体段，以对主体段的模拟数据为依据，研究了匝道主体段的通行能力特性，发现具有平行式减速车道的匝道主体段其通行能力稍小于具有直接式减速车道的匝道主体段通行能力，平行式减速车道的匝道主体段更容易达到饱和;当出口匝道为单车道且不允许超车时，大型车对匝道运行影响严重，且随慢车比例增加幅度而不同，慢车比例越大，通行能力降低越快。匝道设计速度较低时，通行能力降低幅度较大。　　最后，论文分析了匝道连接处与匝道主体段协调的目标和内涵，提出了安全性和效率性两个方面的协调关系，并阐述了影响二者协调的设施要素和运行要素。对于设施要素，在考虑安全运行的基础上，基于运行效率最优为目标，研究了协调要素中的减速车道合理长度，并结合安全性条件确定合理的减速车道长度;在运行要素方面，提出了驶出车辆比例和慢车比例调节的策略。　　论文针对匝道连接处、匝道主体段运行特性研究的基础上，分别建立了通行能力分析的模型，并考虑了不同车型的影响，对于指导高速公路匝道管理，提高运行效率具有重要的意义。
作者：	巩建国
专业：	交通运输规划与管理
导师：	过秀成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文