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本文是针对事故发生后车道被占用对城市道路实际通行能力变化的问题，建立了道路通行能力与车流量的数学模型，得到了车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、上游路段车流量间的关系.针对问题一，以1min为时间间隔，统计出视频1中各时段不同类型的车流量，对已有的通行能力模型进行修正，建立了横断面实际通行能力模型，根据此模型计算出不同时刻的实际通行能力，并做出折线图观察变化过程.针对问题二，结合问题一中的结论与模型求出视频2中各时间段内事故所处横断面的实际通行能力.根据问题一、二中俩相邻时间内通行能力之差，做出折线图进行比较，结合方差，分析出事故所处车道不同对通行能力的影响.针对问题三，首先假设车流入、流出量服从泊松流，然后利用Matlab软件进行检验，得出车流入、流出量分别服从λ为23.8571和μ为20.4000的泊松分布，根据时间间隔内路面上游路段车流量与事故横断面出车流出量差值的变化，利用二流理论建立车辆排队长度的模型，从而得出车辆排队长度与事故所处横断面实际通行能力、事故持续时间、上游路段车流量的关系，进而将前一周期中滞留下来的队列长度与后一周期的队列长度动态的描述出来.针对问题四，首先根据下游方向车辆的需求量不变以及下游车流量转向的比例不同，由车流辆求出每条车道上车辆的大致数量，建立左、直、右转车道通行能力与相位时间、信号周期、车辆排队长度的模型一；然后应用二流理论对建立的排队模型结合周期、相位及下游路段的流量需求进一步优化；利用安全条件不同车辆的车长与车距，建立车流量与排队长度的模型，从而求出需要9.73min车辆排队长度到达上游路口.最后对模型的优缺点进行分析，并用残差对模型进行检验.关键词：实际通行能力；泊松分布；Matlab软件；排队长度；残差分析；二流论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（附件1）和视频2（附件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（附件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（附件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（附件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（附件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.二问题分析本题首先从问题一出发，根据视频1中计算出交通事故前与交通事故后，每隔1min通过横断面的各种类型车辆的数量，然后根据建立的模型求出不同时间段的实际通行能力；问题二根据问题一中建立的数学模型结合视频2求出交通事故前后时间间隔为1min的实际通行能力，然后将问题一、二的实际通行能力进行比较进行分析；问题三通过影响车辆排队的因素分析，建立车辆排队长度模型，利用该模型求出问题四中车辆排队长度到达上游路口的时间.最后，根据不同车辆的长度以及车距不同，对模型进一步优化.问题一：首先以时间间隔为1min，统计出交通事故前与交通事故后的流出量（即在题中所述120米范围内各类车辆的驶入数量），记录于表格5-3、5-4中.然后用Excel表格计算出事故前至撤离期间以间隔为1min，每段时间各种类型的3车辆通过事故横断面处的数量，根据建立的事故处横断面实际通行能力模型，计算出不同时间段的实际通行能力，再做出交通事故前后各时段车辆流入、流出区域的折线图，从折线图5-5中可以看出部分时间段车辆发生了拥堵的情况.最后通过分析折线图与车辆的实际通行能力来描述视频1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.问题二：首先根据问题一中建立的事故处横断面实际通行能力模型，结合问题一中的计算方法，算出交通事故前、后时间间隔为1min的各种类型车辆流入区域的数量，然后再计算视频二中交通事故前后通过横断面出各类车辆的数量，进而求出各时间段道路的实际通行能力，接着建立交通事故前后各时段车辆进出区域的折线图（见图5-7），最后比较问题一、二中计算出的车辆的实际通行能力做出各时段的折线图（见图5-12），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，然后用显著性差异通过计算出视频一、二中时间段的方差进行比较，分析出同一横断面的不同车道对其通行能力影响的差异.问题三：首先根据泊松流的三个必要条件（独立增强性、平稳性、普遍性）,可先假设本题中车辆的流入、流出量服从泊松流，然后用Matlab软件对问题一中所得各时间段内车辆流入量的泊松分布进行检验，得出其分别服从参数λ为23.8571和μ为20.4000的泊松分布.通过查阅文献得出一系列信号交叉口排队长度模型，通过对其模型精度的对比，确定路口饱和流率，建立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模型，最后进行检验得出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情况.问题四：根据路段下游方向车辆的需求量不变，下游车流量转向的比例不同，可以由车流辆服从泊松分布，求出每条车道上车辆的大致数量，然后求出不同车道的进口路面的通行能力.结合问题四所述交通事故所处横断面距离上游路口变为140米，查出不同车型的长度以及车辆在拥堵过程中的车距计算出车辆排队长度将到达上游路口的时间.考虑到不同车型的身长以及前后车辆的车距，对其进行修正后，将模型进一步改进求出较精确的车辆排队到达路游上口的时间.4三符号说明的车辆折算系数：车型的交通量的百分比：车型修正系数：驾驶员总体特征影响数：横向干扰影响修正系：重型车辆修正系数空影响系数：行车道宽度和侧向净：基本通行能力力：实际条件下的通行能iEipffffcciipeHVW0四模型假设1.本题中交通道路设施基本符合标准，所以设基本通行能力[2]为2000（pcu/h），行车道宽度和侧向净空影响系数取0.90.2.由于通行能力对驾驶员的影响可以忽略,所以设驾驶员总体特征影响修正系数为1.3.为了便于计算，不考虑道路上行人、个别停车数以及超车现象.4.为了使计算的转向车辆不发生偏差，假设事故发生时恰好为一个信号周期.五模型的建立与求解5.1问题一模型的建立与求解5.1.1实际通行能力的概念实际通行能力[1]是指在设计或评价某一具体路段时，根据该设施具体的公路几何构造、交通条件以及交通管理水平，对不同服务水平下的服务交通量（如基本通行能力或设计通行能力）按实际公路条件、交通条件等进行相应修正后的小时交通量，单位一般为pcu/h.5.1.2实际通行能力的计算[2]实际条件下的道路通行能力与基本通行能力、重型车辆修正系数、行车道宽和侧向净空影响系数，驾驶员总体特征影响修正系数和横向干扰影响修正系数相关.51.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.基本通行能力，通常为2000（pcu/h）.2.重型车辆修正系数：)1(11iiHVEpf的车辆折算系数：车型的交通量的百分比：车型：重型车辆修正系数，iEipfiiHV,3.行车道宽度和侧向净空影响系数【2】，一般当路面宽度为3.75m，取1；为3.5m时，取0.96，在本题中车道宽度为3.25m,取0.90.4.驾驶员总体特征：不是所有的驾驶人员都以相同效率使用多车道公路.驾驶员总体特征研究涉及面广.一般认为，在一级公路行驶的驾驶员均具备一般熟练程度和正常驾驶行为，故其对通行能力的影响可以忽略,所以驾驶员总体特征影响修正系数【2】通常取1.5.横向干扰对通行能力的修正系数：表5-1横向干扰对通行能力的修正系数表横向干扰横向干扰等级修正系数典型情况描述轻微10.95道路、交通状况基本符合标准条件较轻20.90两侧为农田、有少量行人和自行车出行中等30.85穿过村镇，支路上有车辆进出或路侧停车严重40.75有大量慢速车或拖拉机混杂行驶6.城市道路和公路中的高速公路、一级公路采用小客车为基本单位，其它车辆均换算为当量小客车(pcu).城市道路中车辆的折算系数分别为：小客车1.0，中型车1.5，大型车2.0，拖挂车3.0.在本题中公交车、小货车相当于中型车折算系数取1.5，电瓶车折算系数0.5，小客车折算系数1.0.5.1.3模型的建立根据问题一的模型准备，建立实际通行能力模型如下：6162,1;4,3,2,1,)1(11410jixwwxpEpfffffcciijijijijiiiHVpeHVW时刻车的总数。：第表示公交车，电瓶车，表示表示小汽车，表示小客车，种车的数量，时刻第：第系数，的车辆折算：车型的交通量百分比，：车型，：重型车辆的修正系数修正系数，：驾驶员总体特征影响空影响系数，：行车道宽度和侧向净数：横向干扰影响修正系：基本通行能力，力，：实际条件下的通行能jwiiiiijxiEipffffccijijiiHVpWe43210在本题中，道路的基本通行能力为2000pcu/h.行车道宽度和侧向净空影响系数，在视频中可以看出道路基本符合条件，所以令修正系数为0.95，见下表5-2表5-2各项系数及折算值fwfefpE1E3E40.900.95110.51.55.1.4模型的求解和结论根据5.2的模型可求得实际条件下的通行能力，进而通过计算交通事故发生至撤离期间各个时间段的通行能力，得出事故横断面的实际通行能力的变化过程.首先，为了计算出事故发生之前车辆的通行能力，以1min为单位统计出至事故发生时的每种车型每时刻的通过量，计算出此时的车辆最大通行能力.然后，以事故发生时刻16：42：32开始，以1min为单位统计出各时间段每种车型的流入量以及事故发生横断面出的流出量.根据横断面处的车流出量计算出此时时间段的车辆通行能力，进而判断出事故所处横断面实际通行能力的变化过程.最后，把统计出的车流入量、流出量作成折线图，通过与交通正常时刻的对比可以清晰的看出车辆的流通能力.作出事故发生之前的车流量，见表5-37表5-3事故发生之前各时间段车流通量及通行能力tx1x2x3x4c/(pcu/h)时间小客车小汽车电瓶车公交车通行能力16:38:39-16:39:3915621872.8616:39:39-16:40:3914100216016:40:39-16:41:3912721941.08从表5-3中，可以知道此时正常路段时的车辆最大通行能力为2160pcu/h.由统计出的事故发生时刻至撤离期间，横断面处各时刻的车流出量，计算出此时间段的道路通行能力，见下表5-4.表5-4事故发生后的车流入量、流出量时间流出量流入量16:38:39-16:39:39232416:39:39-16:40:39313316:40:39-16:41:39202016:42:32-16:43:32282816:43:32-16:44:32261916:44:32-16:45:32191716:45:32-16:46:32212316:46:32-16:47:32202116:47:32-16:48:32232916:48:32-16:49:32232