【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及节能减排领域，特别涉及一种高速公路改扩建交通分流模型及其碳排放估算方法。
技术介绍
1、高速公路承担着地区间客货联系与流动的重要任务，是区域交通网络的重要基础设施。然而，随着交通需求的日益增长，我国许多早期修建的高速公路由于通行能力不足、路基路面破损、构筑物产生病害等原因而进入改扩建阶段。改扩建施工会使道路客观通行条件变差，车辆出现频繁的加减速等危险驾驶行为，既存在严重的安全隐患，又使交通碳排放额外增加。交通分流是从路网层面疏解拥堵，均衡路网车流的重要措施，开展碳排放量统计核算可以分析区域路网交通排放特征，为相关碳减排策略制定提供参考。
2、以往高速公路改扩建项目对于分流路径的选取多采用定性的方法，并未考虑到道路收费对出行者路径选择的影响，在实际应用中主要依靠交通管理人员的经验进行人工决策，缺乏定量化的分析方法作为支撑，尚未形成一套完整的分流体系。同时交通领域作为碳排放的重要来源，现阶段对不同分流方案的环境影响研究还远远不够。因此，如何结合现实道路收费因素，定量确定高速公路改扩建期间的交通分流路径，对交通流进行合理的调控和管理，提高道路通行效率，合理估算分流后的路网交通运行碳排放量已成为本领域亟待解决的技术问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术的上述缺点与不足，本专利技术的目的在于提供一种高速公路改扩建交通分流模型及其碳排放估算方法，具体是一种考虑道路收费的高速公路改扩建交通分流模型及其碳排放估算方法。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案
3、一种高速公路改扩建交通分流模型，包括如下步骤：
4、获取改扩建施工影响区域内道路信息，建立改扩建高速公路关键节点之间的od矩阵；
5、计算施工影响区域内各道路的饱和度，获取可承担额外交通量的分流道路，构建分流路网拓扑结构；
6、构建考虑道路收费的路段阻抗函数，建立基于用户均衡理论的高速公路改扩建交通分流模型；
7、采用牛顿法对所构建的高速公路改扩建交通分流模型进行求解，获得各od对的分流路径及其分流量。
8、进一步，所述区域内道路信息包括道路交通数据、道路设计数据及区域社会经济发展数据；
9、所述关键节点指改扩建高速公路上的收费站或大型互通枢纽，通过实地交通调查或高速公路收费流水数据建立od矩阵。
10、进一步，所述计算施工影响区域内各道路的饱和度，获取可承担额外交通量的分流道路，构建分流路网拓扑结构，具体为：
11、计算改扩建施工影响区域内各道路的饱和度；
12、剔除饱和度接近或大于1的道路，结合项目所处区域实际路网情况，选择空间上与施工道路走向基本一致、道路等级高、通行能力大、当前饱和度低的道路作为分流道路，确定分流路网拓扑结构。
13、具体是：结合项目所处区域实际路网情况是指项目所处区域内路网越密集，可供选择的分流道路就越多。
14、进一步，所述构建考虑道路收费的路段阻抗函数，建立基于用户均衡理论的高速公路改扩建交通分流模型，包括：
15、综合考虑行程时间和道路收费因素建立路段a的阻抗函数如下：
16、
17、其中，ca是路段a的总阻抗；ta是行程时间相关阻抗；fa是道路收费相关阻抗；vot是单位时间价值系数；t0是零流阻抗，即车辆自由行驶所需要的时间；α和β是模型参数；δ是高速公路收费率；la是路段a的长度；γ是指示变量，若路段a为收费道路，则γ＝1，否则为0；
18、所述路段阻抗函数仅仅是该路段流量的严格增函数，正的且连续，与其他路段上的流量没有联系；
19、根据用户均衡理论，各od间所有的出行路径均为阻抗最小的路径且阻抗值相等；
20、基于上述理论，并融合上述考虑道路收费的阻抗函数，建立高速公路改扩建交通分流模型。
21、进一步，所述高速公路改扩建交通分流模型，具体为：
22、
23、
24、
25、
26、其中，a是分流路网中路段集合；rs是改扩建高速上的od对集合；krs是od对rs间的路径集合；xa是路段a上的交通量；ca(ω)是路段a的阻抗；是od对rs间路径k上的流量；表示如果路段a在连接od对rs的路径k上，其值为1，否则为0；qrs是od对rs的交通需求量。
27、进一步，所述采用牛顿法对高速公路改扩建交通分流模型进行求解，具体为：
28、初始化：假定所有路段流量均为0，计算各路段阻抗，进行全有全无加载，得到初始路径解；
29、列生成：搜索最短路径，更新路径集合；
30、流量均衡，更新路径流量和路段流量；
31、收敛性判断，输出分流路径、路径流量和路段流量。
32、一种基于所述的高速公路改扩建交通分流模型的碳排放估算方法，包括：
33、基于copert模型，对分流后的路网交通运行碳排放量进行估算。
34、进一步，包括碳排放因子计算和排放量计算。
35、进一步，包括：
36、通过bpr函数计算路段平均通行时间：
37、ta＝t0[1+α(xa/ra)β]
38、通过路段长度除以路段的平均通行时间计算车辆平均行驶速度：
39、
40、其中，为路段a上车辆的平均行驶速度；
41、利用copert模型计算碳排放因子，具体计算公式为：
42、
43、其中，efa是路段a上车辆行驶的碳排放因子；α，β，γ，ε，ζ，η，rf是模型参数；
44、估算分流路网交通运行碳排放总量，具体计算公式为：
45、et＝∑axa×la×efa；
46、其中，et是分流后的路网交通运行碳排放总量。
47、与现有技术相比，本专利技术具有以下优点和有益效果：
48、1、本方法充分考虑了道路收费因素对出行者路径选择的影响，以此构建考虑道路收费的路段阻抗函数，并将其融入高速公路改扩建交通分流模型中，使其更加符合道路交通实际情况。
49、2、本方法采用牛顿法对所构建的高速公路改扩建交通分流模型进行求解，能够准确、直接求取分流后各od对的分流路径及其分流量。
50、3、本方法提出了基于copert模型的高速公路改扩建交通分流路网交通运行碳排放量估算方法，为相关碳减排策略制定提供参考，具有较强的应用价值。
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1.一种高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述区域内道路信息包括道路交通数据、道路设计数据及区域社会经济发展数据；
3.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述计算施工影响区域内各道路的饱和度，获取可承担额外交通量的分流道路，构建分流路网拓扑结构，具体为：
4.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述构建考虑道路收费的路段阻抗函数，建立基于用户均衡理论的高速公路改扩建交通分流模型，包括：
5.根据权利要求4所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述高速公路改扩建交通分流模型，具体为：
6.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述采用牛顿法对高速公路改扩建交通分流模型进行求解，具体为：
7.一种基于权利要求1-6任一项所述的高速公路改扩建交通分流模型的碳排放估算方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的碳排放估算方法，其特征在于
9.根据权利要求8所述的碳排放估算方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述区域内道路信息包括道路交通数据、道路设计数据及区域社会经济发展数据；
3.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述计算施工影响区域内各道路的饱和度，获取可承担额外交通量的分流道路，构建分流路网拓扑结构，具体为：
4.根据权利要求1所述的高速公路改扩建交通分流模型，其特征在于，所述构建考虑道路收费的路段阻抗函数，建立基于用户均衡理论的高速公路改扩建交通分流模...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘广宇，王少华，刘祥，曾强，王晓飞，
申请(专利权)人：广东省路桥建设发展有限公司，
类型：发明
国别省市：
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