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基本信息
- 項目名稱：
- 環(huán)形交叉口通行能力的微觀仿真研究
- 小類：
- 機械與控制
- 簡介：
- 本文提出了一種研究環(huán)形交叉口通行能力的微觀仿真方法。利用VISSIM仿真平臺分析5個影響因素對通行能力的敏感性；選取敏感性高的因素來建立修正系數(shù)模型，并獲得實際通行能力的改進(jìn)計算公式；將其進(jìn)行驗證，并和現(xiàn)有的模型比較，結(jié)果表明其具有最小的相對誤差，從而為環(huán)形交叉口規(guī)劃、設(shè)計、管理提供科學(xué)依據(jù)。
- 詳細(xì)介紹：
- 針對目前我國環(huán)形交叉口通行能力的研究相對滯后，不能客觀評價城市交通系統(tǒng)的情況，本文選取北京市方莊環(huán)形交叉口作為研究對象，對其進(jìn)行實地調(diào)研和調(diào)研數(shù)據(jù)處理、分析，并以此為基礎(chǔ)，重點進(jìn)行環(huán)形交叉口通行能力計算模型的修正。目前，項目進(jìn)展順利，已完成以下工作： 1.完成交通量調(diào)查輔助手機軟件（android平臺）的開發(fā)。 2.現(xiàn)狀調(diào)查 利用Google earth查找北京市區(qū)內(nèi)的環(huán)形交叉口，并通過實地觀察和綜合比較，本研究小組選取了方莊環(huán)形交叉口，并于2010年8月24日——8月26日（周二至周四）對其幾何數(shù)據(jù)、交通量（機動車、非機動車和行人）、車輛行程時間和地點車速進(jìn)行調(diào)查，了解方莊環(huán)形交叉口的交通特性，為VISSIM仿真平臺的搭建和驗證、通行能力模型的建立以及后續(xù)的研究內(nèi)容提供依據(jù)。 3.VISSIM仿真平臺的搭建與校準(zhǔn) 首先利用部分實測數(shù)據(jù)搭建仿真平臺，后利用剩余數(shù)據(jù)，以仿真畫面、平均相對誤差及最大相對誤差為評價指標(biāo)，通過調(diào)整四個駕駛行為參數(shù)來校準(zhǔn)仿真平臺。其中，正交試驗法的運用，在保證實驗準(zhǔn)確性的同時，提高了效率。 4.通行能力影響因素的敏感性分析 影響環(huán)形交叉口通行能力的因素主要有環(huán)島半徑等幾何方面的因素和交通量等方面的交通因素。選擇大車比例、左轉(zhuǎn)比例、右轉(zhuǎn)比例、主支路流量比例和環(huán)島半徑作為此次影響因素分析的對象。針對以上影響因素，利用“每次改變單一因素，仿真計算該條件下的通行能力”的方法，通過非線性曲線擬合分析各個因素對通行能力變化的敏感性。實驗結(jié)果顯示：東、西進(jìn)口大車比例、左轉(zhuǎn)比例和右轉(zhuǎn)比例以及主支路流量比例對通行能力變化敏感性較高。之后，對擬合曲線之間相關(guān)性較高的因素進(jìn)行合并，簡化后續(xù)實驗。 5.修正通行能力理論模型開發(fā) 在比較各種環(huán)形交叉口理論通行能力模型的基礎(chǔ)上，選取王煒的雙環(huán)行車道時通行能力理論模型作為基本通行能力模型。接著，通過改變上述敏感性較高的4個影響因素，進(jìn)行了5184次VISSIM仿真實驗，利用多元回歸法得出通行能力修正系數(shù)，并提出修正后的通行能力模型。最后，對修正后的通行能力模型進(jìn)行驗證。 6.根據(jù)本文的研究思路開發(fā)環(huán)形交叉口通行能力輔助計算軟件。 7.著手進(jìn)行模型的實際運用，其中包括：環(huán)形交叉口運行評估和改造建議。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 通行能力是進(jìn)行道路交通理論研究的基礎(chǔ)參數(shù)之一。本項目根據(jù)我國環(huán)形交叉口環(huán)內(nèi)多車道、機非混行的特點，利用VISSIM仿真平臺和統(tǒng)計模型分析五個影響因素對通行能力的敏感性。選取敏感性高的因素利用多元回歸方法來建立實際通行能力的改進(jìn)計算公式。驗證結(jié)果表明建立的改進(jìn)模型精度得以較大的提高。在此基礎(chǔ)上開發(fā)環(huán)形交叉口通行能力分析軟件，為環(huán)形交叉口規(guī)劃、設(shè)計、管理以及進(jìn)一步的路網(wǎng)交通誘導(dǎo)提供科學(xué)依據(jù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨特之處
- 1.考慮了國內(nèi)典型的環(huán)內(nèi)多車道情況。 2.充分利用計算機模擬可重復(fù)性、可延續(xù)性、彌補觀測數(shù)據(jù)不足的優(yōu)勢，對不同交通條件下車輛進(jìn)出環(huán)進(jìn)行細(xì)致的模擬分析。 3.仿真平臺參數(shù)標(biāo)定中正交試驗的運用，提高了效率，保證了結(jié)果的準(zhǔn)確性。 4.利用經(jīng)濟(jì)學(xué)中常用的彈性系數(shù)對影響因素進(jìn)行敏感性分析，有效跟蹤通行能力在不同條件下的變化規(guī)律。 5.根據(jù)研究思路開發(fā)用戶界面友好的環(huán)形交叉口通行能力計算輔助軟件。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本作品針對環(huán)形交叉口的實際通行能力進(jìn)行了研究，分析了大車比例、左轉(zhuǎn)比例、右轉(zhuǎn)比例、主支路流量比例等影響因素，建立了實際通行能力的改進(jìn)模型。本研究有助于準(zhǔn)確地估算環(huán)形交叉口通行能力，從而客觀地評價城市道路交叉口。此外，本研究對于分析大車禁行、交通誘導(dǎo)等交通管制措施以及分離式專用車道等工程的效果具有重要的參考價值。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 隨著交通量的迅猛增長，環(huán)形交叉口已經(jīng)成為城市路網(wǎng)的“瓶頸”，因此對其進(jìn)行在一定服務(wù)水平條件下通行能力的研究刻不容緩。鑒于計算機模擬可重復(fù)性、可延續(xù)性的優(yōu)勢，本文針對國內(nèi)常見的環(huán)內(nèi)多車道環(huán)形交叉口，提出了一種研究其通行能力的微觀仿真方法。利用實測數(shù)據(jù)進(jìn)行VISSIM仿真平臺的搭建和校準(zhǔn)；對各進(jìn)口分別利用“每次改變單一因素，仿真計算該條件下通行能力”并進(jìn)行曲線擬合、計算彈性系數(shù)的方法，分析環(huán)道寬度、大車比例、左轉(zhuǎn)比例、右轉(zhuǎn)比例、和主支路流量比例和環(huán)道寬度五個影響因素對通行能力的敏感性；選取敏感性高的因素進(jìn)行參數(shù)回歸，建立修正系數(shù)模型，并獲得實際通行能力的改進(jìn)計算公式；將其進(jìn)行驗證，并和現(xiàn)有的模型比較，結(jié)果表明其具有最小的相對誤差。根據(jù)模型開發(fā)了環(huán)形交叉口通行能力計算輔助軟件，有助于便捷準(zhǔn)確地估算環(huán)形交叉口通行能力。此外，對于評價大車禁行、交通誘導(dǎo)等交通管制措施以及分離式專用車道等工程的效果也具有重要的參考價值，從而為環(huán)形交叉口規(guī)劃、設(shè)計、管理提供科學(xué)依據(jù)。
獲獎情況
- 1.第九屆“金士宣”杯創(chuàng)新能力競賽一等獎（校級第一名） 2.2011年度“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品大賽自然科學(xué)類論文一等獎（校級第一名） 3.2011年度首都“挑戰(zhàn)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品大賽自然科學(xué)類論文特等獎 4.英文論文已投至(IEEE ITSC 2011)14th International IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systems
鑒定結(jié)果
- 以上內(nèi)容屬實
參考文獻(xiàn)
- 檢索目錄： 中文關(guān)鍵詞：環(huán)形交叉口 通行能力 仿真 英文關(guān)鍵詞：Roundabout Capacity Simulation
同類課題研究水平概述
- 環(huán)形交叉口通行能力的研究主要基于四類理論基礎(chǔ)：交織理論模型；穿插及間隙——接受理論模型，如Tanner公式；反映環(huán)內(nèi)車流量與入口通行能力關(guān)系的回歸模型；最后一類是線性規(guī)劃模型。 1.交織理論模型：交織理論認(rèn)為車輛運行是通過交織行為來完成的，環(huán)形交叉口通行能力為通過交織段的最大通行流量。這種方法的原理為：計算交叉口通行能力時，各交織段交通量將以同比例增加，當(dāng)某一交織段交通量增加到其通行能力，認(rèn)為該交織段已成為環(huán)形交叉口的瓶頸，此時的環(huán)形交叉口通行能力即為各入口道的交通量之和。 2.穿插間隙——接受理論模型：穿插及間隙——接受理論模型以進(jìn)口車道能進(jìn)入環(huán)形交叉口的最大流量反映環(huán)形交叉口的通行能力。其基本原理為：假定環(huán)形交叉口上僅有一條車道，當(dāng)引道上的車流進(jìn)入環(huán)形交叉口時，它需要與環(huán)道上車流進(jìn)行穿插，只有當(dāng)環(huán)道上的車輛之間的車頭時距超過臨界間隙時方能進(jìn)入交叉口；否則，必須等待。 3.線性規(guī)劃模型：考慮到環(huán)形交叉口疏導(dǎo)的結(jié)果是流出交通量，所以線性規(guī)劃模型將求解整個環(huán)形交叉口通行能力的問題轉(zhuǎn)換為多個約束條件下的求極值問題，即求各個出口流量之和的最大值。 4.回歸模型：反映環(huán)形車流量與入口通行能力關(guān)系的回歸模型是基于大量觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行的回歸分析模型。 5.綜述 交織理論模型算法簡單，參數(shù)及數(shù)據(jù)都相對容易測量，可以解決多岔路環(huán)形交叉口通過能力的計算。但是該方法只適用于引道上無因故停留的車輛，幾何布局必須滿足Wardrop公式使用條件，并且環(huán)道內(nèi)的車輛不享有優(yōu)先通行權(quán)的情況；穿插間隙——接受理論模型建立在嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)上，考慮了交通特征，有很強的適應(yīng)性，適于車輛間隙較小、以穿插為主要通過方式的城市環(huán)形交叉口；線性規(guī)劃模型雖然容易操作，但是只考慮了三個約束條件，而實際的交通環(huán)境卻很復(fù)雜，而且約束條件的選取在一定程度上取決于研究者的主觀判斷，這樣就失去了嚴(yán)謹(jǐn)性和準(zhǔn)確性；線性規(guī)劃模型利用整個環(huán)形交叉口的左、右轉(zhuǎn)比例來計算通行能力，忽略了進(jìn)口的左、右轉(zhuǎn)比例不同對環(huán)形交叉口的通行能力的影響，得出不準(zhǔn)確的結(jié)果；反映環(huán)形車流量與入口通行能力關(guān)系的回歸模型不需要從理論上進(jìn)行道路條件以及交通特性條件分析，適應(yīng)性比較差。不同類型的交叉口回歸模型很難統(tǒng)一，如果要使模型具有寬泛的適應(yīng)性，就必須結(jié)合多條道路及多種交通條件進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)采集，目前我國還不具備這樣的試驗條件。
