高速公路收费站车道功能及方向优化模型

为解决临近城区的高速公路收费站节假日潮汐拥堵问题,通过动态调整收费车道使用功能和切换车道收费方向,提出了收费站车道类型及收费方向控制方法,并给出了相应的收费车道配置流程。结合排队论,考虑车道控制约束,以收费站运营成本、用户延误成本和收费站免费放行损失成本之和最小为目标,构建车道功能及收费方向优化模型。研究结果表明：双向收费车道需设置在收费广场中间,收费站拥堵免费放行位置以在用车道平均排队车辆数5～10辆为判定标准;与不可切换收费方向的传统方案相比,车道控制方案通过平衡出入口交通需求,动态调整车道方向,提升了收费站通行效率;系统成本随电子不停车收费(electronic toll collection, ETC)使用率的增加、交通需求的降低而减少;车道控制方案的系统成本不大于传统方案,且存在潮汐车流时,车道控制方案效益提升更加明显。所提出的车道控制方法能适应不同流量场景,对收费站车道开放和“潮汐车道”设置具有指导意义。     

基于交通流预测的高速公路收费站车道开闭配置

针对高速公路收费站的收费车道资源分配不均问题,结合贝叶斯优化算法（bayesian optimization algorithm, BOA）和长短时记忆神经网络（long short term memory, LSTM）,提出了一种基于交通流预测的收费车道开闭配置方法。首先,对收费数据进行预处理,得到交通量、车型比例、收费方式占比和服务时间等基础数据,用于构建模型训练数据集。其次,提出了一种基于多元收费方式的M/G/K排队模型,实现收费站通行过程的理论描述和平均排队长度、平均逗留时间、通行能力等关键指标的计算。然后,针对超参数设置困难问题,引入贝叶斯优化算法构建了BOA-LSTM组合模型实现交通流预测。接着,以交通流预测结果为输入,以车道开启数目为输出,构建了一种以综合成本最小为目标的车道开闭配置模型。最后,以河北新元高速机场收费站为例展开实证分析,结果表明,BOA-LSTM组合模型能够取得良好的预测效果,其中交通量和车型比例的均方根误差分别为16.24和0.03,平均绝对百分比误差分别为13.32%和1.77%;相比于实际方案,工作日平均每天的综合成本降低了2.30%,休息日平均每天的综合成本降低了5.14%。     

车道被占用对城市道路通行能力的影响

本文是对2013年全国大学生数学建模竞赛A题的解答.通过参考国家标准的道路通行能力评价体系,建立了准确求解道路在发生交通事故后的实际通行能力的数学模型;同时,基于交通流二流理论建立了排队长度分析模型,评估其与各影响因素之间的关系.在问题1中,以红绿灯导致的车流量周期性变化规律为依据,引入相关修正系数对模型进行修正,得出求解实际通行能力的模型.在问题2中,对统计数据进行加权平均后计算出道路的实际通行能力,再对比所堵车道的车流量,分析得车道车流量与通行能力的关系.在问题3中,根据交通流二流理论和流量稳定方程建立排队长度的分析模型,再运用控制变量法和MATLAB制图定性分析车辆排队长度与事故断面实际通行能力、事故持续时间和路段上游车辆数间的灵敏度.在问题4中,利用问题3建立的当量排队模型进行适当推导,即得排队长度达到140 m的时间估算模型.     

车道被占用对城市道路通行能力影响的评估

现代城市生活中交通拥堵是普遍存在的现象,本文针对车道占用对城市道路通行能力的影响问题,利用了视频和图片信息,使用微分方程和比较分析法等理论,分别建立了道路通行能力模型、车流量微分方程模型,利用Matlab等软件,得到了事故期间横断面实际通行能力的变化过程,估算了在一定条件下从事故发生开始到车辆排队到达上游路口的时间.     

基于元胞自动机仿真的可变车道控制技术

为了解决左转交通流波动较大引起的交通拥堵,并进一步提交叉口的通行能力,通过对此类交叉口交通特性、服务水平和其他交通特性进行分析,提出了一种基于一维元胞自动机模型的可变车道控制技术。依据交叉口条件确定可变车道参数,利用左转和直行的交通流量确定可变车道触发条件及相应的信号配时方案,并通过信号控制可变车道属性的变化,由Matlab建立交叉口可变车道模型。仿真结果表明:动态可变车道控制技术的使用可将左转方向最大排队长度降低37.5%,交叉口各方向总排队车辆数降低39.9%;进而减少因左转车流波动引起的交通延误,提高交叉口的通行能力。     

车道被占用对城市道路通行的影响分析

针对车道被占用对城市道路通行的影响,通过对所给视频数据的提取,分析不同时刻的标准车当量,使用修正系数法和单因素方差分析法,建立道路通行能力、单因素方差分析、占用不同车道导致通行能力差异的多因素分析、传统的累计到达-离去等模型,得到车道被占用时两视频道路的实际通行能力,车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间和路段上游车流量间的关系式,并分析两视频实际通行能力的差异,最终利用传统的累计到达-离去模型,求得车辆排队长度到上游路口的时间。     

地铁占道施工对交叉口通行能力影响分析研究

通过分析交叉口地铁占道施工对交叉口通行能力的影响,对交叉口提出采用单进口的放行方式代替原有对称放行方式来弥补车道数不足的方法,分析优化前后交叉口通行能力并进行比较。最后,以南京市北京西路与虎踞路交叉口为例,利用VISSIM软件进行仿真,通过车辆的平均延误、车辆的平均排队长度、停车率三个参数来衡量优化前后交叉口通行能力,结果表明,优化后的交叉口通行能力有很大程度上的提高。     

短车道信号控制交叉口通行能力概率模型

针对短车道信号控制交叉口,提出考虑不同流向相互阻塞概率的通行能力计算模型,该模型克服了以往交叉口通行能力计算模型中对交叉口短车道影响考虑不足的缺陷.根据短车道条件下不同交通流的相互阻塞特征,将交叉口短车道分为三类.基于车流到达随机性,考虑相邻周期排队状态的相互作用,将阻塞过程划分为不阻塞、可能阻塞、阻塞后三个阶段,建立了通行能力计算模型.基于实测数据标定后的微观仿真分析表明,相对于HCM(Highway CapacityManual)模型,该模型计算结果能够相对更真实地反映短车道信号控制交叉口通行能力.针对短车道长度、短车道数目,绿信比和周期长度的参数敏感性分析,进一步揭示了在不同流量水平下短车道对交叉口通行能力的影响.     

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。     

联网自动车环境下的信号交叉口优化方法研究

为适应智能交通发展新趋势,改进了两个信控交叉口通行能力模型,使得新模型适用于联网自动车（connected autonomous vehicles,CAVs）环境。其一是最小延迟模型,通过最小化交叉路口的总延迟得出绿灯时间并根据流速得出周期长度,模型引入了每个车道或车道组的绿灯延时和具体排队服务时间的比率作为参数,该参数依赖于交叉路口处车辆到达的概率分布。其二是混合模型,包括两个模型,分别是估计排队服务时间的静态排队模型和从单位延时、流速、车道的限速、检测器长度中估计得到绿灯延伸时间的动态模型。数值算例表明,CAVs环境下新模型的交叉口延误显著减小,从而验证了两个通行能力模型的有效性,可为交管部门进行路口改造提供依据。     

交通事故下高速公路有效通行能力分析与估算

高速公路发生交通事故后,事故车辆占用车道,必然造成道路交通瓶颈,降低高速公路实际通行能力。为了定量地分析交通事故对高速公路通行能力造成的影响,建立VISSIM仿真的高速公路典型路段交通事故模型,并提出以折减系数法为基础的交通事故下高速公路有效通行能力计算模型。分析不同阻塞车道数、阻塞车道长度、大车比例和交通事故持续时间下,交通事故点断面流量随时间的变化规律。研究结果表明:高速公路通行能力随阻塞车道数的增加、阻塞车道长度的增长、大型车占有率的增大而减小。而当通行能力刚好满足交通量需求时,道路通行能力几乎不受交通持续时间影响;运用VISSIM仿真模型得到基本通行能力的高速公路有效通行能力折减参数,其中当阻塞车道长度为0.1 km时,折减系数为0.808。     

交通事故影响下路段排队长度模型

为描述交通事故引起的多车道路段排队现象,以及它与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量之间的关系,提出一种新的模型。此模型利用流量守恒方程,根据二流理论和三检测器原理将事故上游交通流实际运行状态转化为二流运行状态,同时转换变量,建立多车道路段的平均当量排队模型。在此基础上,推导出多车道路段平均当量排队长度的变化率公式。为验证模型的有效性,采用Matlab软件设计了交通事故占2/3车道的排队模拟方案。仿真结果表明:当量排队长度模型能够定量地描述交通事故引起的多车道路段拥挤程度,与实际排队长度变化趋势一致。     

基于VISSIM仿真的高速公路事故交通影响

高速公路发生交通事故时,由于事故车辆占用车道,造成事故路段形成交通瓶颈,影响路段的实际通行能力,导致事发路段的车辆延误和排队长度的增加。为了研究高速公路交通事故对交通造成的影响,通过VISSIM仿真软件,建立高速公路基本路段和路段上的交通事故模型,分析不同输入交通量、大小车比例下,事故路段的车辆延误和平均排队长度随时间的变化规律;对中国高速公路在事故情况下的有效通行能力进行了研究。研究结果表明:高速公路基本路段输入交通量越大、大车所占比例越大,交通事故的影响时间越长、范围越大;运用VISSIM仿真模型得到基于中国高速公路交通特点的有效通行能力参数。     

车道被占对道路通行能力影响的定量分析

针对车道被占对城市道路通行能力影响的问题,以差异检验、排队论、车流波动论为基础,求得了事故横断面实际通行能力的变化过程.利用队列分析模型,分析对占道不同的实际通行能力,建立基于车流波动理论的排队长度模型,求解出了排队长度与通行能力、持续时间、上游车流量的关系.     

右转常绿信号交叉口短右转车道通行能力研究

为了估算右转常绿信号交叉口短右转车道通行能力,应用概率论相关方法,将右转车辆到达直行、右转共用车道的情况分成右转车辆被直行车阻挡、右转车辆溢出后被直行车辆阻挡和没有被阻挡三种情况.提出前两种情况发生的概率模型及均值模型,第三种情况的概率及通行能力,以此为基础建立出短右转车道的通行能力计算模型.用福州市信号交叉口实测数据对模型进行标定,应用VISSIM仿真软件验证模型.结果表明,右转车道通行能力随着短右转车道长度的增加而增大,车道长度越长,通行能力增长的趋势越缓.模型能较好的反映短右转车道对右转车道通行能力影响的实际情况,可为短右转车道设置提供理论依据.     

车道被占用对道路通行能力的影响

通过对占用不同车道的车流量数据进行统计,分析了不同车道的实际通行能力变化过程,建立了交通流-密-速模型.并且通过建立微分方程模型,得到了受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函数关系.     

单双向交通组织衔接交叉口段的可变车道利用

基于交叉口附近车道交通流不对称的状况,分析可变车道的设置方法,提出可变标志板延后起亮和提前关闭时刻的计算方法,并采用2次排队长度、通行能力、延误等指标,综合评估可变车道的利用效用.以上海东方路浦三路为例,调查了早高峰时期交通需求和存在的问题,提出浦三路南段西侧车道利用可变车道的可行性,研究了可变车道设计、相位相序及配时策略、可变标志板的启动和停止与主信号关系.对提出的方案进行评估的结果表明,利用可变车道可以提高单双向交通组织衔接交叉口的通行能力,减少2次排队,降低延误约30%.     

交通事故下路段通行能力变化研究模型

多车道路段中交通事故的发生会极大影响该路段的通行能力.本文根据无信号交叉口与多车道交通事故点交通流的相似性,建立了交通事故下路段通行能力预测模型.对多车道路段的通行能力在交通事故发生前、发生时、发生后的变化情况分别进行了预测,并结合实际案例对模型进行了分析与验证.本模型能较为准确的估算交通事故对该路段通行能力的影响程度,这将为开发城市紧急救援系统提供理论依据.     

公交站点对路段通行能力的影响研究

研究直线式和港湾式公交站点对路段通行能力的影响,分析了公交站点影响区域内的车辆运行特性,使用排队论和间隙理论分别推导了直线式和港湾式站点路段的通行能力计算模型,并通过仿真验证了模型的有效性,平均相对误差分别为2.73%和3.10%,说明本文模型能够较准确地测算出公交站点影响路段的通行能力. 使用上述模型得到了公交站点对路段通行能力的影响系数,并重点分析了公交停靠时间对该系数的影响.      

北京市次干道上车道被占用对通行能力的影响

为研究交通事故对次干道上车道的横断面通行能力的影响程度,考虑到车流量未达到饱和时对单位通行量的影响,在对各国通行能力标准进行比较分析的基础上,引入通过率。综合加权单位通行量和每分钟通过率这两个指标,得到车道实际通行能力的综合评价模型。在此基础上,建立了车辆排队长度的计算模型。通过理论值与实际值的对比分析,证明了该模型的准确性。