暴雨天气下城市快速路交通流特性研究

摘要

随着大城市交通网络的建设，快速路已成为许多城市的交通大动脉，伴随着机动车保有量的增加，快速路交通拥堵和交通事故现象频繁发生，为缓解这些问题，快速路的交通流特性成为研究的热点。然而，以往研究均基于正常天气，当遭遇恶劣天气时，会使驾驶员的驾驶行为、道路交通运行的宏观状态及交通流特性发生一定的变化，也使交通系统产生一定的安全隐患。尽管许多研究表明降雨对道路交通会产生一定的影响，但是对于暴雨这一极端天气对交通流特性的影响研究仍为空缺，导致应急交通管理策略的制定缺乏科学的理论依据和指导，使快速路交通系统在暴雨天气下容易瘫痪。因此，研究暴雨天气对快速路交通流特性的影响势在必行。
　　本文以北京市三环快速路交通流实测数据为基础，以正常天气下的快速路交通流特性作为对比，分别从暴雨天气下快速路的微观交通流特性、宏观交通流特性及宏观交通流模型对其适用性三个方面进行了研究，研究工作如下:
　　首先，通过借鉴以往对恶劣天气下交通流特性的研究成果，研究了暴雨天气对快速路微观交通流特性的影响。在微观层面主要采用描述统计的方法确定暴雨天气下流量横向分布情况，以及车头间距、车头时距和速度等微观交通流特性参数的分布规律，以研究驾驶员在暴雨天气下的驾驶行为。结果显示暴雨天气下车道分担率不如正常天气下清晰，车头间距和速度会减小，车头时距会增大，并对车头时距分布进行拟合，发现适宜采用连续型分布。
　　其次，研究了暴雨天气对快速路宏观交通流特性的影响。在宏观层面采用VanAerde交通流模型来标定两种天气下的速度-流量-密度基本图，由启发式算法得到自由流速度、临界速度、通行能力及堵塞密度这四个交通流关键参数。结果表明，暴雨天气下宏观交通流特性发生了一定的变化，其中与以往研究相似的是自由流速度和通行能力会降低，但与以往研究的不同之处在于临界速度会增大，且堵塞密度会增大。另外，速度-流量-密度基本图的拟合曲线相比较正常天气也有差异。
　　最后，对暴雨天气下宏观交通流模型的适用性进行了研究。本文选取了SGM、CTM及NaLM这三个经典的流体力学宏观交通流模型，利用两种天气下的实测交通流数据进行交通仿真，采用遗传算法对模型进行标定，以误差来对比分析宏观交通流模型对暴雨天气的适用性。标定结果表明适用于描述正常天气下快速路交通流状态的SGM模型和NaLM模型不再适宜于描述暴雨天气。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状综述

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线

2 交通流基础理论研究

2．1 基本概念

2．1．1 快速路

2．1．2 交通流基本参数

2．1．3 交通流关键参数

2．2 交通流基本模型参数关系及特点

2．3 经典交通流模型概述

2．3．1 交通流模型分类

2．3．2 统计理论模型

2．3．3 流体力学模型

2．4 本章小结

3 暴雨天气下快速路微观交通流特性分析

3．1 暴雨天气影响分析

3．1．1 暴雨天气的定义

3．1．2 暴雨天气对驾驶员影响分析

3．1．3 暴雨天气对机动车影响分析

3．1．4 暴雨天气对路面影响分析

3．2 快速路交通流特性

3．3 基础数据获取与处理

3．3．1 交通流参数提取

3．3．2 交通流数据时间段选取

3．4 微观交通流特性对比分析

3．4．1 车道使用状况

3．4．2 车头间距分布

3．4．3 车头时距分布

3．4．4 车速分布

3．5 本章小结

4 暴雨天气下快速路宏观交通流特性分析

4．1 基本交通流模型的选取

4．1．1 交通流模型分析

4．1．2 交通流模型参数标定对比

4．1．3 基本图刻画对比

4．2 交通流关键参数标定流程

4．3 宏观交通流特性对比分析

4．3．1 两种天气下交通流关键参数对比

4．3．2 两种天气下基本图对比

4．4 本章小结

5 宏观交通流模型对暴雨天气适用性研究

5．1 标定方法回顾

5．2 标定基本工作

5．2．1 实测数据处理

5．2．2 标定模型选取

5．2．3 适应度函数的确定

5．2．4 仿真场景建模

5．3 模型标定

5．3．1 标定方法确定

5．3．2 模型标定结果

5．4 本章小结

6 结论

6．1 论文研究工作总结

6．2 研究展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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