一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法技术

一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，属于高速公路交通控制区交通特性分析领域。本发明专利技术是为了解决目前改扩建高速公路交通控制区车辆随意换道的复杂情况，缺乏对换道特性的理论指导、确定方法以及解决措施，而导致交通控制区存在交通拥堵甚至存在交通安全隐患的问题。本发明专利技术所述的换道特性确定方法包括：获取超车道部分被占用交通控制区的交通流运行数据；建立超车道部分被占用交通控制区车辆换道模型；根据交通控制区车辆换道模型的结果进行相应的管控措施。本发明专利技术属于交通特性分析领域。

【技术实现步骤摘要】
一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法
本专利技术涉及高速公路交通控制区交通特性分析领域，具体涉及一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法。
技术介绍
改扩建高速公路工程为缓解交通压力提供了新思路，改扩建期间的高速公路面临车道或路肩被占用的复杂局面，此时，社会车辆的通行安全、施工人员及设备的作业安全以及保通阶段的交通服务水平等问题凸显，而国内在高速公路养护作业时借鉴的相关规范中，所包含的交通控制区种型并不全面，对于改扩建过程中出现的新型交通控制区(例如超车道不是封闭而只是部分宽度被占用的形态)，缺少相应的技术标准来解决这些实际问题。国外对改扩建高速公路交通控制区的研究主要针对施工区通行能力、交通组织方式及换道特性等方面。Al-Kaisy等对施工区通行能力的影响因素进行了研究。Lu等标定了描述速度-密度关系的五参数通行能力模型，并建立了尺度参数与通行能力之间的线性关系。Edara等建立了多元回归模型来描述施工区车道封闭数量、大型车百分比和通行能力之间的关系。在交通组织方面，Du·S等利用所建立的离散时间非线性施工区模型和离散时间滑模控制方法，提出了一种高速公路可变限速标志(VSL)控制策略，利用该控制策略可以减少车辆17％的平均行程时间。车道变换研究方面，GuoMingmin等研究了变道率、车头时距、目标车道的选择等，总结了相应具有借鉴意义的结论。Weng等利用施工作业区车辆换道轨迹数据建立的时变逻辑回归模型对车辆换道行为进行了预测。国内对改扩建高速公路交通控制区的研究相对较晚。曲向进等结合沈大改扩建高速公路工程有针对性地提出了全面细致、安全可靠的技术方案，孟祥海等针对半幅封闭施工区提出了基于格林希尔治速度-流量模型的通行能力确定方法和基于运行速度及道路交通条件修正的通行能力确定方法。吴彪等利用单样本K-S检验方法对施工区运行车辆的车速分布形式进行了检验，定量分析了不同交通控制区段的车速变化规律。陈慧等提出了一种基于驾驶人不满度的换道行为决策方法，王忠宇等建立了二次回归模型刻画车辆换道长度与换道起始点的关系，江欣国等在NS(NaSch)模型和STCA(SymmetricTwo-laneCellularAutomata)模型的基础上，建立了高速公路瓶颈交通流模型，在模拟条件下得到了瓶颈交通流量和换道频率与车辆到达率的关系。国内外学者在改扩建高速公路交通控制区的通行能力、车辆速度特性、换道特性等方面的研究多以理论模型的建立和完善为主，由于调查样本不足或地区的差异性，研究成果较缺乏代表性。现有的对改扩建高速公路交通控制区的研究侧重于从安全角度出发，由于数据获取不便，对交通控制区的研究不够深入和全面，尤其对车辆通过交通控制区过程中的换道特征缺少成熟的经验或成果可循。通过对交通控制区车辆换道特性的分析，建立交通控制区车辆换道模型，对保障交通运行安全、提升道路利用率具有指导意义。国内在高速公路养护、施工等作业时通常借鉴《公路养护安全作业规程》(简称规程)，《规程》中针对四车道高速公路养护作业控制区的布置类型较少，然而新的施工作业区类型不断出现，缺乏针对性的规范成为急需解决的问题，需要对新型施工作业区交通特性开展研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决目前改扩建高速公路交通控制区车辆随意换道的复杂情况，缺乏对换道特性的理论指导、确定方法以及解决措施，而导致交通控制区存在交通拥堵甚至存在交通安全隐患的问题，现提出一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法。一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，包括：步骤一、获取超车道部分被占用交通控制区的交通流运行数据；步骤二、建立超车道部分被占用交通控制区车辆换道模型：以上游过渡区起点作为坐标原点，终止区方向为横轴正方向，换道车辆数占总车辆数的比例为纵轴，建立交通控制区内车辆换道分布直方图；结合换道比例和换道位置，利用曲线拟合的方法建立车辆换道模型，利用Matlab曲线拟合工具对交通控制区换道比例与换道位置关系分别进行曲线拟合，得到指数函数模型：其中，x表示车辆与上游过渡区起点之间的距离；f(x)表示对应位置处车辆的换道比例，a、b、c为常数，e表示自然常数；对指数函数模型进行求导，得到：步骤三、根据交通控制区车辆换道模型的结果进行相应的管控措施。有益效果1、揭示了交通控制区车辆的换道比例与换道位置之间的规律，建立了不同交通控制区换道比例与换道位置关系，揭示了超车道被部分占用交通交通控制区内车辆的换道规律，为解决施工区交通安全问题提供了理论参照和支撑，研究成果对高速公路交通安全管理以及建立适用于中国实际高速公路交通环境的换道行为模型具有重要参考意义。2、本专利技术提供了超车道被部分占用交通控制区的交通组织方案。对上游过渡区起点前的车辆进行提前分流，并确定了标志布设的位置和内容。通过该组织方案，极大程度上缓解了控制区内的交通冲突，并保证了施工期间超车道的利用率不受太大影响，减少了车辆运行延误，提高了车辆在控制区内的运行效率。3、本专利技术提供的控制方案可以大大提升交通控制区内的通行能力，同时保证了车道利用率不受太大损失，缓解了交通控制区内的交通冲突。附图说明图1为超车道部分被占用交通控制区布置形式示意图；图2为超车道部分被占用交通控制区检测断面图；图3超车道部分被占用交通控制区换道位置分布图；图4为超车道部分被占用交通控制区换道比例分布曲线图。具体实施方式具体实施方式一：本实施方式的一种改扩建高速公路交通控制区换道特性确定方法，包括：步骤一、获取超车道部分被占用的交通控制区的交通流运行数据；步骤二、建立超车道部分被占用交通控制区车辆换道模型：以上游过渡区的起点作为坐标原点，终止区方向(图3中向右方向)为横轴正方向，换道车辆数占总车辆数的比例为纵轴，建立交通控制区内车辆换道分布直方图，交通控制区内的车辆在上游过渡区起点前150m左右的位置逐渐开始变道，车辆的换道比例明显呈先上升后下降的趋势，换道频率高峰段集中在距离上游过渡区起点后90～120m范围内(图3直方图阴影部分)；由于在上游过渡区起点附近发生交通冲突的现象较为明显，因此需要对该点附近的重点区段(即从上游过渡区起点附近100m左右区间内)的换道规律进行进一步研究，以制定相应改善方案或措施；车辆的换道比例与换道位置呈现出一定的规律，进一步对车辆的换道特性进行量化分析；结合获取的换道比例和换道位置，考虑到利用曲线拟合的方法建立车辆换道模型，利用Matlab曲线拟合工具对交通控制区换道比例与换道位置关系分别进行曲线拟合，得到指数函数模型：其中，x表示车辆与上游过渡区起点之间的距离；f(x)表示对应位置处车辆的换道比例，a、b、c为常数，e表示自然常数，其数值约为2.718281828459；对指数函数模型进行求导，得到：其中，f(x)’表示f(x)的一阶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，其特征在于，包括：/n步骤一、获取超车道部分被占用交通控制区的交通流运行数据；/n步骤二、建立超车道部分被占用交通控制区车辆换道模型：/n以上游过渡区起点作为坐标原点，终止区方向为横轴正方向，换道车辆数占总车辆数的比例为纵轴，建立交通控制区内车辆换道分布直方图；/n结合换道比例和换道位置，利用曲线拟合的方法建立车辆换道模型，利用Matlab曲线拟合工具对交通控制区换道比例与换道位置关系分别进行曲线拟合，得到指数函数模型：/n

【技术特征摘要】
1.一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，其特征在于，包括：
步骤一、获取超车道部分被占用交通控制区的交通流运行数据；
步骤二、建立超车道部分被占用交通控制区车辆换道模型：
以上游过渡区起点作为坐标原点，终止区方向为横轴正方向，换道车辆数占总车辆数的比例为纵轴，建立交通控制区内车辆换道分布直方图；
结合换道比例和换道位置，利用曲线拟合的方法建立车辆换道模型，利用Matlab曲线拟合工具对交通控制区换道比例与换道位置关系分别进行曲线拟合，得到指数函数模型：



其中，x表示车辆与上游过渡区起点之间的距离；f(x)表示对应位置处车辆的换道比例，a、b、c为常数，e表示自然常数；
对指数函数模型进行求导，得到：



步骤三、根据交通控制区车辆换道模型的结果进行相应的管控措施。


2.据权利要求1所述一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，其特征在于，所述改扩建高速公路超车道部分被占用交通控制区包括：
警告区S、上游过渡区LS、纵向缓冲区H、工作区G、下游过渡区LX以及终止区Z。


3.根据权利要求1所述一种改扩建高速公路交通控制区的换道特性确定方法，其特征在于，步骤一所述获取...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥海，张龙钊，孟令旗，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23