车道被占用对城市道路通行能力的影响

1车道被占用对城市道路通行能力的影响摘要对于问题一,首先确定通行能力的含义,统计视频1发生事故之前,小汽车、大客车、电瓶车的车流量,确定以小汽车作为标准车。建立道路基本通行能力模型,修正基本通行能力中的影响因素,得到实际交通能力模型,运用matlab软件做出实际通行能力变化关系图,并对其变化过程进行分析。对于问题二,统计出视频2的车流量,结合问题一的模型,运用excel软件作出视频2中实际通行能力变化关系图,与问题一中所得出的曲线图进行比较,得出占用车道1、2时的实际通行能力比占用车道2、3时的好。对于问题三，建立交通波模型,通过对实际通行能力、事故持续时间、路段上游流量进行相关分析,然后联立交通波模型公式，通过matlab软件进行拟合，得到相关函数关系式；接着作出事故持续时间与车辆排队长度的关系图,直观反映出事故持续时间与车辆排队长度的关系。最后,利用视频1中5段拥挤情况的真实数据,与模型得到的理论车辆排队长度进行相对误差检验,结果得到相对误差均小于7,模型通过检验。对于问题四，在交通信号灯的影响下，通过层层递进的优化求解模型，同时结合问题三的交通波模型，对拥挤路段的车辆排队增长速度，各车道车辆通过概率以及排队长度进行计算，得到1、2、3车道排队车辆到上游的长度为140m时，其所需时间依次为7.2min,9.6min,10.2min。最后,本文还对问题中所得的结果进行分析与检验,并对所应用的模型进行评价与推广,很好的解决了车道被占用对城市交通的影响问题。关键词：通行能力模型因素修正交通波模型2一、问题重述车道被占用是指因交通事故、路边停车、占道施工等因素，导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低的现象。由于城市道路具有交通流密度大、连续性强等特点，一条车道被占用，也可能降低路段所有车道的通行能力，即使时间短，也可能引起车辆排队，出现交通阻塞。如处理不当，甚至出现区域性拥堵。车道被占用的情况种类繁多、复杂，正确估算车道被占用对城市道路通行能力的影响程度，将为交通管理部门正确引导车辆行驶、审批占道施工、设计道路渠化方案、设置路边停车位和设置非港湾式公交车站等提供理论依据。视频1和视频2中的两个交通事故处于同一路段的同一横断面，且完全占用两条车道。请研究以下问题：1.根据视频1，描述视频中交通事故发生至撤离期间,事故所处横断面实际通行能力的变化过程。2.根据问题1所得结论，结合视频2，分析说明同一横断面交通事故所占车道不同对该横断面实际通行能力影响的差异。3.构建数学模型，分析视频1中交通事故所影响的路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系。4.假如视频1中的交通事故所处横断面距离上游路口变为140米，路段下游方向需求不变，路段上游车流量为1500pcu/h,事故发生时车辆初始排队长度为零，且事故持续不撤离。请估算，从事故发生开始，经过多长时间，车辆排队长度将到达上游路口。注：只考虑四轮及以上机动车、电瓶车的交通流量，且换算成标准车当量数。二、数据处理（1）视频1数据记录视频1信息记录表事件时间或时间段视频1开始时刻16:38:39事故发生时刻16:42:32事故发生后有车到达时刻16:43:12事故发生后开始堵车时间16:46:27事故撤销时刻17:00:07视频1结束时刻17:03:50频跳跃时间段116:49:38-16:50:0426s216:56:05-16:57:54119s316:58:18-16:59:0749s417:00:07-17:00:2316s517:02:09-17:03:2980s（2）数据统计：以60秒为周期。三、模型假设1、信号灯转为绿灯时，车发动时间忽略不计。2、只考虑红绿灯对车辆的影响。33、上游路口到下游路口为纵向道路段。4、假设一定时间内不同车型的速度和性能是一致的。5、假设视频1与视频2发生在不同时段，不影响该道路的实际流量。四、符号说明CB基本（理论）通行能力N单向车行道的车道数wf车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数HVf大型车对通行能力的修正系数pf驾驶员条件对通行能力的修正系数，一般在0.9—1之间五、模型建立与求解5.1问题一的模型建立与求解5.1.1问题一分析通行能力指的是在一定的道路和交通条件下，道路上某一路段单位时间内通过某一断面的最大车辆数。在本题中，它是指道路的横断面处，单位时间内通过的最大的车辆数。一般情况下，车辆多指小汽车，当有其它车辆混入时，均采用等效通行能力的当量小客车单位。道路通行能力同河流的过水能力一样，是道路在一定条件下所能通过的车辆的极限数值，条件不同，要求不同，其通行能力也就不同。对问题1，首先设定事故发生期间,在外部因素不变的情况下，2、3车道被占用，即缩短了道路宽度，变为原来的13，使路段交通流的行车延误增加,路阻增加，进而改变了道路通行能力,使道路的通行能力降低。5.1.2标准车的确定通过对视频1的分析,统计了交通事故发生前该段道路单行道的车流信息（只对小汽车、大客车、电瓶车三种车辆类型进行考虑）见“表一：道路车流信息表”。表一：道路车流信息表车辆类型小汽车大客车电瓶车数量(辆)48520流量(辆/h)0.22860.02380.0952注：流量是通过流量公式：流量=车辆数/时间。观察表二得出结论：在相同时间内,小汽车、大客车、电瓶车的流量分别为：0.2286辆/h、0.0238辆/h、0.0952辆/h,其中小汽车的流量远远大于大客车、电瓶车的流量,又有依据“估计通行能力的车辆多指小汽车，当有其它车辆混入时，均采用等效通行能力的当量小客车单位”，故在本题估计道路通行能力以小汽车作为标准车。【1】5.1.3模型建立5.1.3.1道路基本通行能力道路基本通行能力是指在理想的道路、交通、控制和环境条件下，公路设施在四级服务水平时所能通过的最大小时交通量，即理论上所能通行的最大小时交通量。建立如下基本通行能力模型：03600CBt(辆/h)40t：平均车头时距(s),CB：理想状态下的基本通行能力。在事故发生前,有单向行驶的三个车道,各车道车辆行驶互不干扰。观察视频1，在车流量相对均衡的情况下,要得到基本交通能力,需找出平均车头时距，根据如下示意图得出平均车头时距。0'2ttt，其中,1nntt,1'nntt，1n在视频1选取时间段为0:13—3:44的视频,以事故车辆为标准线,在车流量相对均衡的情况下，测得7组的车头时距,记录并计算得到平均车头时距。统计结果见“表二：车头时距的统计表”。【2】表二：车头时距的统计表组1组2组3组4组5组6组710:191:061:502:052:202:563:1820:211:081:532:062:213:003:2130:221:10-2:092:243:03-40:24--2:10-3:07-5---2:12---各列平均1.67231.7523.673总平均2.445.1.3.2道路实际通行能力实际通行能力是以理论通行能力为基础，考虑到实际的地形、道路和交通状况，确定其修正系数，再以此修正系数乘以前述的理论通行能力，即得实际道路、交通在一定环境条件下的可能通行能力,即实际通行能力。由于交通事故的发生,阻碍了2、3车道的顺畅通行,使得通行的车道变为原来的13,故要对基本通行能力模型进行修正,得到实际情况下的实际通行能力模型。所以,需要修正的因素见“表三：道路修正因素”。修正符号影响因素CB基本（理论）通行能力N单向车行道的车道数wf车道宽度和侧向净宽对通行能力的修正系数HVf大型车对通行能力的修正系数pf驾驶员条件对通行能力的修正系数，一般在0.9—1之间5实际道路通行能力为QXCBNfwfp在以上基本通行能力的理想状态下,车道的宽度不小于3.75m,而此处车道宽度均为3.25m,由“表四：车道宽度对通行能力的折算系数”对原基本通行能力进行车道宽度修正。表四：车道宽度对通行能力的折算系数车道宽度(m)通行能力的折算系数3、51、03、250、943、00、852、750、77由表中数据可以得出wf=0.94车辆类型都以小汽车为标准车进行换算,得到各类车的换算系数见“表五：当量小汽车换算系数”表五：当量小汽车换算系数车量类型换算系数小汽车1.0大客车1.5电瓶车0.4问题中涉及两种车辆类型的换算,分别是大客车和电瓶车,车型修正系数设为1HVf，2HVf,换算系数设为1HVE，2HVE,车型所占比例设为1HVP，2HVP，则存在如下关系：12HVHVHVfff111111HVHVHVfpE222111HVHVHVfpE由此，可求得正常通行下的实际通行能力；在发生交通事故至撤离期间,根据统计可求出不同时间时段的道路实际通行能力。5.1.4模型求解由视频截取分析可得平均车头时距表,得02.44t，求出道路的基本通行能力为：CB=1495.4，但是在实际通行能力中,事故发生前与事故发生后存在不同的通行能力,并随6时间变化。选取每60s单位时间的流通量进行统计,对一些因素进行修正后得到实际的通行能力为QXCBNfwfp【3】联立以上公式计算出车型修正系数和道路通行能力，见“表六：各时间修正系数与道路通行能力”：表六：各时间修正系数与道路通行能力时间段单位时间流量fHV1fHV2道路通行能力10.370.921.161064.5720.40.981.141177.4230.311.11878.3740.370.981.161095.9250.311.3958.7660.370.981.161095.9270.3711.121089.1280.470.981.211427.190.3211.03902.07100.370.981.121077.71110.30.951810.24120.320.951.03879.87130.370.981.121077.71140.280.971.27869.88150.350.951.09994.29160.320.971.1922.68170.330.981.1949.45“表六：各时间修正系数与道路通行能力”表示不同的时间段道路的通行能力，为清楚分析道路的通行能力，利用matlab软件（代码见附录）得出“图六：各时间修正系数与道路通行能力”图六：各时间修正系数与道路通行能力024681012141618800900100011001200130014001500时间（min）通行能力（pcu/h）7“图六：各时间修正系数与道路通行能力”解释：第一个波峰由于事故刚发生不久，还没有造成堵塞作用，通过横断面的车辆多以小汽车为主，大客车的数目较少，并且通过横断面的速度较快，因此这一时刻的实际通行能力较大。第二个波峰由于最外道车辆之间的衔接效果比较好，其它车道没有较好的机会进入最外车道，因此在通过横断面时车流量较大、通行时间较少，这时该时刻可以看作是纯粹的单车道通行能力的计算，因此此时的实际通行能力最大。第一个波谷由于该时段出现大客车，在最外道行驶的大客车速度较慢，内车道的汽车变道次数较多，影响外道大客车的行驶速度，加之大客车的体形较大，启动加速时间较长，在一定时间上阻滞了横断面的实际通行能力，因此这一时刻的实际通行能力较小。从总体上看，在事故发生的这一短时间内，车流量的变化忽高忽低，不同于正常时的规律性，当车流量低时是因为车道被占用所能造成的路阻，受阻结束后，通行量增加，车流量上升，由于车流量的增加使得路阻相对增加，产生拥挤那经过的车流量减少。在事故车辆撤离之前会出现反复的降低上升现象。因此事故发生到车辆撤离期间的通行能力的变化规律为:下降一段时间后回升，可能超过正常能力值，但超过只是偶尔；上升后又有所下降，这种现象持续循环。5.2问题二5.2.1问题二分析观察视频1与视频2，它们之间存在的最大差异为交通事故发生的车道不同,设视频1中交通事故发生在2、3道,视频2交通事故发生在1、2道,事故的发生造成两个车道受阻,从而造成交通拥塞现象：视频1中只能通过1道,视频2则1、2车道车辆大部分被