快速路合流区加速车道长度计算方法

为了克服现有合流区加速车道长度计算方法的缺点和合理设计快速路合流区,提出了一种新的合流区加速车道长度的计算方法.首先通过分析合流区交通流breakdown现象与加速车道长度的关系,建立了基于车辆占有率的合流区交通流breakdown事件发生概率模型.然后,利用合流区交通流breakdown事件发生的概率,建立了合流区加速车道长度的计算模型.最终实现了根据合流区主路与匝道交通量计算合流区加速车道长度的新方法.该方法不需要假设合流区主路外侧车道交通流车头时距的概率分布,克服了现有方法的不足.以北京市大羊坊的合流区为例,利用该方法绘制了不同主线交通量情况下合流区发生breakdown事件概率随加速车道长度变化的曲线,为合理设计合流区提供了依据.     

匝道车道数变化过渡段设计指标

为了研究匝道车道数变化过渡段长度和渐变率,参照前人研究成果分析匝道车道数变化过渡段的行车特性,提出利用换道模型研究这2个设计指标的方法。首先建立满足过渡段车辆行驶特征的等速偏移余弦曲线换道模型,并应用德国UMRR交通管理传感器的实测数据证明该换道模型的合理性;然后对该模型中最大横向加速度和最大横向加速度变化率2个关键参数进行深入研究;最后依据该模型,提出基于设计速度的匝道车道数变化过渡段长度和渐变率2个设计指标的推荐值,采用CarSim和TruckSim汽车动力学仿真软件分别建立了小汽车和大货车的仿真模型,利用该模型对提出的推荐值和《公路立体交叉设计细则》(JTG/T D21—2014)(下文简称规范)推荐值进行了对比验证。研究结果表明:基于等速偏移余弦曲线换道模型提出的匝道车道数变化过渡段设计指标,能保证车辆在过渡段沿特定最优轨迹安全、舒适行驶;规范推荐值仅能满足设计速度40km/h车辆的换道行为,此时的货车最大横向力系数为0.142;当设计速度在40km/h以下,横向力系数又远低于允许值,过度段长度浪费;当设计速度大于40km/h时,车辆的横向力系数已经超限,速度达到80km/h时,横向力系数超限达到315%,车辆在这种状态下行驶不安全。鉴于此,可以推测规范推荐值仅能满足设计速度40km/h的车辆行驶,高于和低于此速度时,匝道车道数变化过渡段的指标存在不合理性。     

基于微观换道的高速公路双车道出口辅助车道长度研究

为研究辅助车道长度确定的基本原理和合理长度,采用无人机航拍视频及YOLOv3目标检测算法提取双车道出口辅助车道路段车辆的原始轨迹数据,通过卡尔曼滤波和Frenet坐标系转换,得到了车辆微观换道特性和速度分布特征。以修正双曲正切函数换道模型拟合换道轨迹,左、右换道拟合优度分别为97.48 %、97.62 %。根据路段车辆运行和微观换道特性,建立了双车道出口辅助车道长度计算模型,将辅助车道划分为右换道段、反应段、等待段和左换道段4个组成部分。研究表明：出口辅助车道长度中最主要的影响因素是换道长度,其与行驶速度正相关,和《路线规范》相比,明确了辅助车道最小长度的计算原理,界定了辅助车道的范围,为设计中灵活运用提供了参考。     

高速公路小客车专用单车道加速车道最小长度

为了填补客货分离式互通立体交叉设计上的空白,提供相关设计的理论支持,以小客车车辆行驶特征为基础,研究客货分离高速公路小客车专用单车道加速车道的最小长度。首先,在分析主线和匝道设计速度、小客车加速性能等因素对加速段长度影响以及汇入交通流车头时距特征、主线设计通行能力、车头时距最小值等对等待段长度影响的基础上,建立了小客车专用加速车道的加速段、等待段和三角渐变段长度计算模型。其次,通过分析国内外规范中合理的小客车特征速度、加速度等参数,确定小客车专用单车道加速车道最小长度计算模型中的关键指标,通过计算提出了单车道小客车专用匝道加速车道最小长度建议值。最后,分析不同纵坡坡度对小客车合流的影响,提出了上坡加速段纵坡坡度修正系数。研究结果表明:中国规范规定的加速车道最小长度值仅满足匝道设计速度大于或等于50 km/h时的长度要求,当匝道设计速度小于50 km/h时,规范规定值无法满足小客车安全汇流的要求,宜适当提高规范规定的最小长度;当加速车道位于上坡时,只需要对加速车道加速段的最小长度进行修正即可,不需要对整个加速车道长度进行修正;平行式加速车道较直接式加速车道三角渐变段更短,且随设计速度的提高,二者之差逐渐增大;从占地角度考虑,平行式加速车道更适用于小客车专用单车道加速车道。     

互通立交单车道入口小客车运行速度模型

为了确定高速公路互通式立交单车道入口小客车运行速度特征,计算小客车在高速公路互通式立交入口处的运行速度模型,确保车辆在衔接段运行速度之间的协调,使车辆安全运行,在分析高速公路互通立交单车道入口处小客车运行速度实测数据基础上,得出小客车在入口处运行规律。使用链式开普勒雷达测速仪对入口处小客车速度进行实时采集,选取8条匝道特征点(合流鼻、合流点以及加速车道终点)处自由流状态下小客车速度作为分析样本,采用K-S检验对所取样本进行正态分布检验,在满足检验要求并分析三角区段和加速换道段速度及加速度特性后,确定自变量参数。最后利用SPSS软件进行回归分析,分别建立了小客车在合流点及加速车道终点处运行速度预测模型,并用4条匝道对模型进行了验证。研究结果表明:合流点处车辆运行速度与合流鼻速度及三角区段长度呈正相关,与平曲线半径倒数呈负相关;加速车道终点处运行速度与合流鼻速度及加速换道段长度呈正相关,与平曲线半径倒数呈负相关;模型通过了回归等式及回归参数显著性和平均相对误差检验,模型预测值与实测值相对误差平均值均小于10%,所建模型满足精度要求。研究结果对《公路项目安全性评价规范》(JTG B05—2015)中车辆运行速度相关规定进行补充说明,为高速公路安全性评价及设计提供理论支撑与参考。     

货车移动遮断影响下的跟驰风险异质性建模

基于移动瓶颈理论和交通流理论构建“货车移动遮断”效应模型,解析货车移动遮断形成机理,选用无人机采集货车移动遮断场景中车辆行驶视频数据并提取高精度车辆跟驰轨迹样本,基于此提出考虑冲突可能性和冲突严重度的小客车跟驰风险评价方法和分级标准,利用RP-ORP模型构建了考虑异质性跟驰风险概率预测模型。结果表明：货车移动遮断动态影响交通流稳定性,其形成过程包括减速跟驰和加速超车两个阶段;考虑异质性的RP-ORP模型能实现特定条件下小客车跟驰行为处于不同风险等级的概率预测,且拟合优度高于FP-ORP模型高;货车纵向加速度、跟驰车头间距、跟驰持续时间、小客车与货车速度差、激进型驾驶员5个变量显著影响小客车跟驰风险水平,且跟驰持续时间和激进型驾驶员2个变量具有随机参数特性。     

保护相位下左转车道存储段长度计算

以左转交通量、周期长度、左转绿灯时间为变量,运用排队论和概率论,从满足左转排队车辆停放需求的角度,对信号交叉口进口道设置为左转保护相位且仅有1条左转专用车道时的左转车道存储段长度展开研究.基于M/M/1排队系统,建立了保护相位下单条左转车道存储段长度计算的理论模型.在此基础上,讨论了模型的适用条件和实用性,分析了存储段长度随饱和度、左转交通量的变化规律,综合考虑空间几何条件、服务质量、经济性能,指出排队车辆数不宜超过20辆,当置信概率为95%时,实用饱和度区间为[0,0.8].讨论了置信概率、设计交通量及单位车辆停放长度等参数的取值方法.对典型情况计算、分析,提出极限交通量和极限排队长度、临界交通量和临界排队长度2组便于工程应用的概念,并绘制图表.制定了应用图表确定存储段长度的流程.该研究为交叉口采用左转保护相位且进口道仅设置1条左转车道的存储段长度确定提供了依据,修订后,也可以用于直行及右转车流排队长度和车道长度的计算.     

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.     

考虑车辆运行特性的双车道超车模型

鉴于现有的超车模型往往会忽视超车过程中车辆运行特性对超车行为的影响,文中在现有超车模型的基础上,对超车车辆依据车辆运行特性进行分类,设计了双车道车辆超车场景,并考虑不同道路等级的设计时速,建立了计算超车车辆从超车行为产生到超车过程结束所需的超车时间和距离的数学模型.最后,选择不同类型车辆、超车速度及行车速度,分别计算了微型车、小客车和中大型车在双车道公路超车的时间和距离,并与现有的超车模型计算结果进行对比分析.结果表明:双车道公路超车时间和距离与车辆类型、超车速度、超车车辆与被超车辆的行车速度和对向车辆速度密切相关;文中模型由于考虑车辆的运行特性,不同车辆超车所需的超车时间和距离是不相同的,计算结果更符合实际超车现象.     

城市静态网络交通流研究

基于BML模型,将城市道路设置为10×10条道路的二维静态网络,在开放性边界条件下,研究不同消失概率、车辆长度、最大速度及红绿灯周期与绿信比等影响因素对东西向车道和整个网络交通流特性的影响,再现与实际交通相一致的非线性现象。