基于平顺性分析确定快速路出入口最小间距的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于平顺性分析确定快速路出入口最小间距的方法，包括下列步骤：交通调查与统计，分析速度均方差的分布情况，并确定驾驶员对各类速度均方差的可接受程度；建立平顺度计算模型，并确定临界平顺度值；仿真软件选取与标定；建立交通仿真模型；确定关键点，关键点是指检测速度的关键位置；根据对理想状态和实际状态的仿真所获得的速度数据，分别计算均方差，然后获得平顺度；不断增大出入口最小间距值，进行微观交通仿真，确定相应条件下的平顺度，直到平顺度满足临界平顺度要求时，其相应的出入口最小间距即为最小出入口间距。本发明专利技术的方法能更好的反映快速路的服务水平，为确定快速路出入口间距提供了一个合理的设计方案。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种交通工程设计系统，尤其涉及一种。
技术介绍
快速路是缓解大城市交通拥堵的主要工程措施之一，目前国内已建成较完善的快速路系统的城市主要有北京、上海、广州、天津、深圳等。尽管我国快速路的建设和研究已取得了一定成果，但仍然有许多问题有待进一步解决，如如何确定城市快速路出入口最小间距等。快速路出入口间距指快速路出入口(包括匝道式出入口、地道式出入口、平面式出入口)楔形端端部之间的距离。出入口最小间距指满足一定的驾驶条件、交通安全和服务水平下两相邻出入口之间必须保持的最小距离。城市快速路出入口最小间距是进行快速路系统布局时需要考虑的重要因素之一。快速路出入口间距过长，车辆进出快速路不方便， 影响快速路交通功能的发挥；出入口间距过短，车辆进出频繁，使得出入口区域交通紊乱， 降低了快速路系统的通行能力，更甚者使得车辆进出快速路困难，易造成局部交通拥堵。因此，确定合理的快速路出入口最小间距对提高我国快速路系统建设水平具有重要意义。关于城市道路快速路出入口最小间距国内已进行了一定研究，研究成果主要体现在《城市快速路设计规程》、《城市道路交叉口规划规范》(报批稿)以及一些科研论文中，例如作者为陈绍宽等发表于《系统仿真学报》2010年05期的名称为《基于DEA/AHP的快速路出入口间距仿真评价方法研究》的论文中，提出一种评价快速路出入口间距合理性的方法，在交通仿真模型基础上，引入DEA/AHP 二阶段评价过程，该方法虽然对交通问题进行真实地再现分析，克服了传统评价过程中存在的指标非均一性、量纲不统一以及指标权重确定过于主观的缺点；通过不同设置形式出入口的仿真案例分析，获得与既有文献中计算值基本吻合的结果。但该方法主要从交通效率的各项指标出发，如通行能力、平均速度、延误时间、排队长度等，没有考虑由于出入口的不合理设置而导致驾驶员频繁变换车道和加减速对驾驶平顺性方面的影响。再如作者为王进、杨晓光于2010年5月发表于《城市交通》 第8卷第3期上的名称为《平面式快速路出入口最小间距研究》中参照相关规范，结合平面式快速路出入口特征，对四类出入口组合的出入口间距组成要素进行了深入分析，得到了平面式快速路出入口最小间距的计算方法。该计算方法以快速路主线车道数、主线流量、出入口流量、辅道流量为输入条件，计算满足一定服务水平下的出入口最小间距值。该方法将出入口的各组成要素独立考虑，没有深入分析这些要素相互组合之后对快速路出入口交通运行效果的整体影响。综上，现有的研究方法主要可分为经验计算法和模型分析法两种， 前者以工程实践经验为主，后者以《道路通行能力手册》中相关分析方法为主。平顺性是指车辆运行过程中，保持某一稳定状态行驶的连续性，一般用同一时间内道路各断面的速度均方差来表示，反映的是道路特性而不是单车特性。对进行车辆平顺性研究的本质是对车辆在各类道路条件下行驶过程中车速变化的描述，其目的是寻求道路设计(如出入口布局、道路线型)与平顺性的关系，为道路设计优化提供参考依据。以往只是从工程角度对出入口间距的确定给出了计算方法，尚未考虑出入口间距对平顺性的影响。根据实际经验，一些出入口间距设置尽管在工程上满足相关要求，但对平顺性可能考虑不足。因此从平顺性的角度确定出入口最小间距具有重要现实意义。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术提供一种基于平顺性分析的快速路出入口最小间距确定方法。本专利技术是一种更科学合理的出入口最小间距确定方法。为了解决上述技术问题，本专利技术基于平顺性分析的快速路出入口最小间距确定方法予以实现的技术方案是利用多个地点车速检测器采集关键节点的速度，利用计算机系统中的数据模型对交通调查数据进行分析和处理，最终得出快速路的出入口最小间距，其特征在于所述计算机系统中至少包括有平顺度的计算模型和道路模型，包括如下步骤步骤一、对各类道路交通条件下的速度均方差进行交通调查，分析速度均方差的分布情况；步骤二、根据速度均方差的分布情况，建立平顺度的计算模型y = e-QX(1)公式(1)中α为驾驶员的驾驶特性相关参数，α是以实际调查得到的车速均方差分布特征值对应的平顺度值计算得到的，α在0. 05 0. 1之间；χ为速度均方差，单位km/h，当道路条件确定的情况下，驾驶员驾驶车速分布的均方差值，其值越小，表明该道路条件的平顺性越好；y为平顺度，在0 1之间，当平顺度为1时速度均方差为0，此为最理想情况；速度方差越大，平顺度越低，平顺性越差；根据该平顺度的计算模型，确定临界平顺度值，即将实地调查中得到的30百分位车速均方差对应的平顺度值作为临界平顺度；步骤三、根据交通仿真需求选择交通仿真软件，并结合现场调查数据进行交通仿真软件的参数标定，其参数标定的条件是仿真车速均方差与实测车速均方差之间的误差小于或等于5%，并确定出入口最小间距初值为IOOm ；步骤四、建立道路模型包括建立基础路网并确定输入和输出参数；所述的基础路网至少包括主路车道数、辅路车道数、出入口渠化形式；所述的输入参数至少包括主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、出口车辆临界间隙、入口车辆临界间隙、交织区临界间隙；所述的输出参数至少包括关键节点的速度、出口的平均速度，入口的平均速度、 交织段的平均速度。步骤五、将所述的多个地点车速检测器设置在关键节点处，以准确地确定在各类组合情形下出入口的平顺度，其中，所述关键节点是指检测速度的关键位置，所述关键节点包括所有特征点，即减速渠化段起点、出口起点、出口终点、入口起点、入口终点、入口加速段终点；另外，在上述各关键节点之间以10米为间隔均布地点车速检测器；除此之外，在首尾关键节点的上下游100米范围内以25米为间隔均布地点车速检测器；步骤六、以所确定的道路为基础，分别确定仿真理想状态和仿真各类组合情形的路段状态下的速度均方差值；步骤七、根据上述速度均方差值，利用平顺度计算模型得出平顺度值，判断该平顺度是否满足临界平顺度要求，若满足要求，执行步骤八；否则，以当前出入口最小间距值为基础递增一个步长后，返回步骤四，重新进行微观交通仿真；其中的步长根据出入口组合类型不同在20m IOOm范围内选取；步骤八、此时所对应的出入口最小间距即为确定的最小出入口间距。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是(1)基于平顺性的出入口最小间距的确定。以往只是从工程角度对出入口间距的确定给出了计算方法，但尚未考虑出入口间距对平顺性的影响。根据实际经验，一些出入口间距设置尽管在工程上满足相关要求，但对平顺性可能考虑不足。因此从平顺性的角度对出入口间距进行分析能使得快速路提供更好的服务水平，更好的满足驾驶员的交通需求， 提高快速路的工程设计水平。(2)基于交通仿真的平顺度计算方法。平顺性是对行驶过程中乘员舒适性的反应， 其度量指标是平顺度，一般用速度方差表示。平顺度的计算较难建立理论公式，一般现场实测行驶过程中各点的速度，通过统计学的相关方法进行计算。但是在出入口最小间距的研究过程中是无法实测这些数据的，很难对各类出入口间距进行现场实验。因此，本专利技术采取仿真方法进行这方面研究。交通仿真的方法可对各类交通条件进行仿真分析，成本低廉，使用方便，可靠性较高。附图说明图1是本专利技术流程图；图2是本专利技术实例现场和仿真分析的车本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于平顺性分析确定快速路出入口最小间距的方法，利用多个地点车速检测器采集关键节点的速度，利用计算机系统中的数据模型对交通调查数据进行分析和处理，最终得出快速路的出入口最小间距，其特征在于：所述计算机系统中至少包括有平顺度的计算模型和道路模型，包括如下步骤：步骤一、对各类道路交通条件下的速度均方差进行交通调查，分析速度均方差的分布情况；步骤二、根据速度均方差的分布情况，建立平顺度的计算模型：ｙ＝ｅ－αｘ　　　　　　　　　　（１）公式（１）中：α为驾驶员的驾驶特性相关参数，α是以实际调查得到的车速均方差分布特征值对应的平顺度值计算得到的，α在０．０５～０．１之间；ｘ为速度均方差，单位ｋｍ／ｈ，当道路条件确定的情况下，驾驶员驾驶车速分布的均方差值，其值越小，表明该道路条件的平顺性越好；ｙ为平顺度，在０～１之间，当平顺度为１时速度均方差为０，此为最理想情况；速度方差越大，平顺度越低，平顺性越差；根据该平顺度的计算模型，确定临界平顺度值，即：将实地调查中得到的３０百分位车速均方差对应的平顺度值作为临界平顺度；步骤三、根据交通仿真需求选择交通仿真软件，并结合现场调查数据进行交通仿真软件的参数标定，其参数标定的条件是：仿真车速均方差与实测车速均方差之间的误差小于或等于５％，并确定出入口最小间距初值为１００ｍ；步骤四、建立道路模型包括建立基础路网并确定输入和输出参数；所述的基础路网至少包括：主路车道数、辅路车道数、出入口渠化形式；所述的输入参数至少包括：主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、出口车辆临界间隙、入口车辆临界间隙、交织区临界间隙；所述的输出参数至少包括：关键节点的速度、出口的平均速度，入口的平均速度、交织段的平均速度。步骤五、将所述的多个地点车速检测器设置在关键节点处，以准确地确定在各类组合情形下出入口的平顺度，其中，所述关键节点是指检测速度的关键位置，所述关键节点包括所有特征点，即：减速渠化段起点、出口起点、出口终点、入口起点、入口终点、入口加速段终点；另外，在上述各关键节点之间以１０米为间隔均布地点车速检测器；除此之外，在首尾关键节点的上下游１００米范围内以２５米为间隔均布地点车速检测器；步骤六、以所确定的道路为基础，分别确定仿真理想状态和仿真各类组合情形的路段状态下的速度均方差值；步骤七、根据上述速度均方差值，利用平顺度计算模型得出平顺度值，判断该平顺度是否满足临界平顺度要求，若满足要求，执行步骤八；否则，以当前出入口最小间距值为基础递增一个步长后，返回步骤四，重新进行微观交通仿真；其中的步长根据出入口组合类型不同在２０ｍ～１００ｍ范围内选取；步骤八、此时所对应的出入口最小间距即为确定的最小出入口间距。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉秀，刘润有，王晓华，齐琳，白玉，赵建伟，朱兆芳，赵巍，王进，邢锦，杨晓光，黄文，龚凤刚，曾伟，蒋宏伟，
申请(专利权)人：天津市市政工程设计研究院，
类型：发明
国别省市：12