高速公路工作区可变限速建模研究

摘要

社会不断发展前进的同时，机动车保有量也不断增加。在这样的情况下，早期建成的高速公路逐渐出现了交通设施设备和路面状况的不同程度的损害。基于此，大部分现有的老旧高速公路已经不能满足日益增加的交通服务需求。所以，各地的高速公路的部分区段陆续进入了大力维修、保养与改扩建时期。高速公路工作区的出现给所在路段交通流造成了很大压力，其限速问题一直以来都是社会关注的焦点，传统的固定限速并不是唯一的解决方法，也不能有效地缓解工作区高峰时期的拥堵问题。本文以借用对向车道通行的四车道高速公路工作区为研究对象，提出了针对高速公路工作区的可变限速模型方案。
　　首先，参考《中华人民共和国交通运输部公路养护安全作业规程(JTGH30-2015)》，根据施工方式的不同将四车道高速公路工作区分为借用对向车道通行的高速公路工作区，封闭内侧车道高速公路工作区，外向车道封闭养护高速公路工作区、封闭路肩的高速公路工作区四类，选取借用对向车道通行的高速公路工作区为研究对象，通过对交通组成、车速分布及车头时距三个方面进行分析，总结高速公路工作区交通特性。车辆在借用对向车道通行的四车道高速公路工作区通行时，驶入警告区到驶出终止区的过程中会经历减速，强制性合流、交通流的重分布、交通流的稳定阶段几个过程;经过对调查数据的处理，分析出警告区和工作区车道占有率均可拟合为二次抛物线，上游正常路段与和警告区合流段车头时距都符合以为负指数分布，最后对格林希尔茨模型进行拟合，确定了速度-密度，速度-流量模型。
　　在工作区运用可变限速解决交通拥堵问题，提出了基于费用、时间、安全的可变限速模型，分别构建高速公路工作区的燃油费用函数、延误时间费用函数和事故费用函数，考虑驾驶员服从率，道路能见度的相关系数;其中燃油费用考虑车辆在加减速过程中燃油与车速的关系，加入了道路坡度与车辆载重量的参数;时间费用函数考虑车辆因为道路环境变化而限速产生的延误所导致的费用增加;事故费用函数考虑了道路V/C比与事故的关系，确定事故费用;对广义费用模型考虑驾驶员服从率和道路能见度的相关系数，对限速值进行进一步优化。
　　最后本文运用VISSIM仿真软件，搭建了工作区可变限速仿真平台，并且结合实际情况对模型中的参数进行了标定，参数的标定参考借用对向车道的四车道高速公路工作区交通特性以及交通调查数据。仿真结果表明，在警告区开始处固定限速与可变限速平均速度相差不大，在缓冲区开始处，在交通量较大的时候可变限速控制下，车流更加稳定，排队现象很少，而固定限速状况下在合流处车辆排队现象严重，广义费用方面，可变限速对比固定限速平均降低了16.47％，所以本文所研究的可变限速策略对于降低工作区的广义费用，提高运行效率和安全性是行之有效的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 高速公路工作区现状

1．1．2 可变限速控制原理

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国内外对工作区研究情况

1．2．2 国外对可变限速的研究

1．2．3 可变限速系统在国外的应用

1．2．4 国内研究现状

1．2．5 可变限速系统在国内的应用

1．3 论文研究内容与技术路线

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

第二章 高速工作区交通特征分析

2．1 工作区交通控制区划分

2．2 高速公路上施区施工方式划分

2．2．1 借用对向车道通行的高速公路工作区

2．2．2 封闭内侧车道的高速公路工作区

2．2．3 封闭外侧车道的高速公路工作区

2．2．4 封闭路肩的高速公路工作区

2．3 交通数据调查来源

2．4 工作区车辆运行特性

2．4．1 车辆减速阶段

2．4．2 合流的强制性

2．4．3 交通流的重分布

2．4．4 车速的空间分布

2．4．5 交通流的稳定阶段

2．5 调查数据处理

2．5．1 交通量统计

2．5．2 工作区车速与车头时距统计

2．5．3 车道占有率

2．5．4 半幅封闭施工作业区通行能力

2．6 本章小结

第三章 高速公路工作区可变限速模型的建立

3．1 现有限速方法

3．1．1 固定限速方法

3．1．2 可变限速方法

3．2 可变限速模型的提出

3．2．1 可变限速模型建立的基本原则

3．2．2 高速公路工作区可变限速建模思路

3．3 基于广义费用的可变限速模型的建立

3．3．1 广义费用的定义

3．3．2 基于广义费用的可变限速模型

3．3．3 基于用户燃油费用的目标函数

3．3．4 基于时间费用的目标函数

3．3．5 基于事故率的目标函数

3．3．6 基于道路本身设计标准的约束条件

3．3．7 修正系数的计算

3．4 可变限速的实施

3．4．1 相关设备设置

3．4．2 可变限速实施方案

3．5 本章小结

第四章 高速公路施工区可变限速仿真分析

4．1 VISSIM模型的建立

4．1．1 仿真软件VISSIM简介

4．1．2 仿真道路的建立与平台的标定

4．2 仿真实验设计

4．3 仿真结果汇总分析

第五章 结论与展望

5．1 本文主要工作与创新点

5．2 建议及展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论文和取得的学术成果