交叉口高峰时段右转车辆通行时间可靠性研究(录用修改稿)

交叉口高峰时段右转车辆通行时间可靠性研究摘要：早高峰时段对右转车辆通过十字交叉口的时间进行连续 2 小时的观测，对获得的样本数据采用统计学的方法进行分析，得出样本基本符合正态分布的一般假设，运用 检验2对这一假设进行检验，得到其符合正态分布的一般规律。基于上述分布规律，通过提出的交叉口的右转通行时间修正系数，对路段行程时间可靠性模型进行改进，得到适用于十字交叉口处右转车的通行时间可靠性评价模型。该模型考虑到了未设专用右转信号灯的交叉口右转车行车环境的特殊性，为研究整条路径的通行时间可靠性奠定基础。关键词：右转车辆；通行时间可靠性； 检验；右转修正系数；正态分布2中图分类号：U491 Study on Through Time Reliability of Right-turning Vehicles at the Crossing Intersection in the Traffic Peak Period Abstract: The through time of right turning traffic at a crossing intersection are investigated for 2 hours on a single day. The distribution of the data samples are assumed to conform to normal distribution. With the method of Pearson test, the above assumption can be proved. Based on 2the above conclusion, with the proposed concept of modified coefficient of right-turning vehicles, the model of travel time reliability used in the section had been improved. The new model can be used to evaluate the through time reliability of the right-turning vehicles at the crossing intersection. This model is suitable for the special environment of the crossing intersection which have not special right-turning signal lamp. The results of this study will be the essential part of the travel time reliability of the whole route. Key words: right-turning vehicles; through time reliability; Pearson test; modified 2coefficient of right-turning vehicles; normal distribution引言可靠性的概念是指系统在规定条件下完成预定功能的能力 1。国外对路网可靠性的研究始于上世纪八十年代，最早由日本的 Mine 和 Kawai 在 1982 年提出了连通可靠性的概念2，连通可靠性即在整个交通网络中，两个节点之间保持畅通的概率。在这一概念广泛应用于交通系统的今天，路网的连通可靠性、容量可靠性以及出行时间可靠性的研究已经得到了广泛重视和应用 3。可靠性的理论已经被广泛应用于交通分配、组织、管理过程中。就三种可靠性概念而言，出行时间可靠性是衡量路网运行效率的有效指标之一，Asakura 和 Kashiwadani 运用出行时间波动来评价路网的可靠性，于 1991 年提出了出行时间可靠性的概念 1。而缩短出行者的行程时间，减少行程时间的波动，提高交通参与者的出行效率和可靠性也随之成为交通工程学者关注的焦点。目前，国内对于出行时间可靠性的研究模型主要考虑了路段出行时间，即仅依靠路段出行时间可靠性进行简单相乘和相加得到整个路径乃至路网的出行时间可靠性 4。国内外学者通过对路段出行时间的研究，得出这一时间附合正态分布的规律，并根据正态分布的基本参数构造了出行时间可靠性模型。而实际行车过程中，一条行车路径包括路段和交叉口两个部分，交叉口部分的通行时间可靠性对整条路径的可靠程度影响比路段影响更强烈。综上所述，在考虑路径乃至路网的出行时间可靠性过程中，交叉口的通行时间可靠性是必不可少。在实际交叉口中，专用右转信号相设置相对较少，因而相对于交叉口中其他方向车流而言，右转车辆受到非机动车以及行人的影响较大，造成的出行时间波动相对明显 5 6。这种时间波动在很大程度上影响了右转车辆通过交叉口的可靠性，从而影响整条路径的时间可靠性，因此对于右转车辆的通行时间可靠性的研究具有很重要的意义。本文通过右转车辆通过交叉口时间的观测，运用统计学的方法对时间样本进行处理分析，得出其分布规律。并参考路段出行时间可靠性模型，对交叉口中右转车辆通行时间可靠性模型进行改进，从而得到右转车辆通过交叉口时间可靠性模型，为研究整条路径的出行时间可靠性打下基础。1 交叉口右转车辆通行时间数据分布规律为了得到高峰时段右转车辆通过交叉口的时间（以下称之为通行时间）分布规律，选取了 2010 年 12 月 15 日，周三，早上 7:00 到 9:00 作为调查时间段，对天津市红桥区丁字沽三号路与勤俭道交叉口早高峰时段北进口右转车道车辆通行时间进行了调查，勤俭道是天津市中环线的组成部分，三号路是天津市红桥区的主要干道。该交叉口为设有信号灯的十字交叉口，设置了专用左转信号相位，而未设专用右转，交叉口的车道划分如图 1 所示。勤 俭 道丁字沽三号路 观 察 点 中 央 分 隔 带非 机 动 车 道图 1 交叉口示意图本次调查以 5 分钟为计数间隔对非机动车及行人数量进行记录，流量数据如表 1 所示，由调查结果可知，高峰期非机动车及行人数量相对稳定。同时记录右转车辆通过时间，每辆右转车辆的通过时间从车辆驶入交叉口北进口道停车线开始计时，到完成右转驶出西进口道停车线结束。调查共获取数据 130 组，筛选其中 122 组有效数据，采用统计学理论分析其分布规律。表 1 非机动车及行人流量表 单位：次时间区间 流量 时间区间 流量 时间区间 流量7:007:05 115 7:407:45 203 8:208:25 1897:057:10 108 7:457:50 199 8:258:30 1907:107:15 129 7:507:55 197 8:308:35 1737:157:20 146 7:558:00 192 8:358:40 1807:207:25 173 8:008:05 184 8:408:45 1567:257:30 184 8:058:10 193 8:458:50 1307:307:35 198 8:108:15 195 8:508:55 987:357:40 195 8:158:20 186 8:559:00 1001.1 右转车辆通行时间分布分析由筛选得到的 122 组数据按照数据分布情况将其分为 12 组，根据每组相应的频数做出曲线图如图 2 所示，图形近似于正态分布的密度函数，假设通行时间符合正态分布，并在下一步对这一假设进行验证。图 2 右转车辆通行时间分布曲线图1.2 假设检验由右转车辆通行时间曲线图可以得到通行时间符合正态分布的假设，利用统计学中的皮尔逊 拟合检验对上述假设进行检验，皮尔逊 检验用于检验样本是否符合某种假设22分布规律，通过假设检验的方法确定其是否符合某项规律。假设 H0：总体 ，通过样本计算得：2j(,)TN:=7.1151； =3.7340；12jix2122()j iix把数据分成若干区间，根据 检验基本要求， 不得小于 5，故合并上述部分分20inp组，具体分组情况如表 2 所示：表 2 数据分布区间分布表组号 区间 0ip0ini 200()/iiinp1 -,3.90.0529 6.45 4 0.93062 04810.0635 7.75 9 0.20163 .,560.1046 12.93 16 0.72894 0.1443 17.60 16 0.14555 .0,720.1667 20.34 24 0.65866 890.1611 19.65 20 0.00627 .， 10.1304 15.91 10 2.19548 70， 30.0885 10.80 9 0.30009 .， +0.0880 10.74 14 0.9895统计量的值， =6.1563；分组数 r=9；未知参数个数 m=2；r-22120()iiiinpm-1=6；取置信系数 =0.1；则 =6.1563，因此20.91.645（ ） 2120()iiiinp接受 H0，即可认为通行时间服从正态分布。2 可靠性模型建立由以上分析可知，通行时间满足正态分布规律，设通行时间总体为 T，则；根据正态分布的基本特征，通行时间均值为 ，由于外界因素的影响，2j(,)TN: j这一时间以标准差 上下波动。j在路段情况下，根据正态分布的基本特点，得出通行时间可靠性模型。通行时间可靠性的评价模型如下：； （1）2R=P()tT其中， R 为该路段的通行时间可靠性； 为该路段的平均通行时间； 为通行时间标准差。t 为规定临界时间；即规定的最大通过时间。通过上文分析得到高峰时段右转车辆通过交叉口的时间仍服从正态分布规律，因此在评价交叉口右转车辆的通行时间可靠性时可参考以上模型进行改进，如式（2） 。； （2）jjj2j=P()JtRTt其中， 为交叉口右转车道的通行时间可靠性；其他意义同前。J鉴于车辆在交叉口与路段行驶的差异，且两者的行车环境以及复杂程度都存在明显差别，故将这一模型运用到交叉口环境需要对其进行修正。3 模型修正交叉口具有复杂的车辆运行环境，虽然交叉口的平均通行时间较短，但其可靠性对于整条路径的整体可靠性具有显著影响，尤其当交叉口出现排队情况，交叉口的时间延误会严重影响整条路径的整体出行时间，因此对于交叉口的通过时间可靠性研究具有很大的必要性。对于交叉口而言，车辆在此环境下行驶受到外界的干扰情况更加复杂，因此按照模型（2）得到的可靠性缺乏准确性，现对其进行改进。3.1 交叉口右转车辆通行时间特点交叉口行车环境复杂，右转车辆经过交叉口除了受到其他方向行驶车辆的干扰外，还受行人及非机动车的影响。故其通过时间浮动情况理论上高于路段条件。调查分析如下：试验调查阶段，同时对目标右转车道前后两路段进行了行程时间调查，得到了相应的122 组时间样本，数据统计结果如下：表 3 出行时间样本统计表路线名称 时间均值 方差 2变异系数 勤俭道（入口路段） 38.6630 8.5524 0.2212丁字沽三号路（出口路段） 79.3325 15.3660 0.1937交叉口右转车道 7.1151 3.7340 0.5248由上述统计可知，交叉口情况下，时间数据样本的变异系数明显大于路段情况，即其受到的干扰情况相对较大，相比于路段情况，其可靠性也会有所降低。故基于路段的出行时间可靠性模型，交叉口的可靠性模型需要进行修正。3.2 模型修正由上述理论可知，由于交叉口的复杂行车环境，车辆在交叉口受到的外界干扰与路段情况下相比更加强烈。为了对比两种环境下车辆受到外界干扰程度，现利用变异系数的概念对模型进行修正。变异系数用于反 映 样 本 在 单 位 均 值 上 的 离 散 程 度 ， 常 用 在 两 个 总 体均 值 不 等 的 离 散 程 度 的 比 较 上 。设路段 i 平均出行时间为 ；标准差为 ；则对于路段 i，行程时间变异系数为 ；iii同理，设交叉口 j 右转车道的车辆平均通过时间为 ；标准差为 ；则其变异系数为 ；jjj现用两种情况下的样本变异系数来衡量两种情况下车辆受到外界因素影响的严重程度，且所得两种情况下的变异系数具有可比性。由于理论上交叉口受到的外界影响高于路段，故其通过时间可靠性相比于路段情况下有偏低的特点。故对公式（2）修正如下：（3）ijjj 2jjmn=P()J tRTt即：（4）jjj2j=P()JtRTt其中， 为右转通行时间修正系数，简称右转修正系数， = ；其他参数意义同 ijmn前。这里的 为变异系数最小的路段上的时间样本变异系数；这样取值是出于偏imn安全考虑的，保证得到的可靠度值可以更加安全的应用到实际交通管理与规划过程中。改进后的模型用于评价交叉口右转车道的通行时间可靠性，在原有模型的基础上考虑到了交叉口的特殊性，引入了右转修正系数。上述改进模型在修正过程中考虑到了交叉口相对于路段的特殊性，更加接近于行车过程中的实际情况，从而适用于交叉口右转车道这一复杂行车环境。为进一步完善整个路径的出行时间可靠性奠定了基础。4 结论本文把路段出行时间可靠性评价思想引申到了交叉口右转方向，通过引入右转通过时间可靠性的概念，根据这一方向的特殊行车环境将路段原有模型进行改进，得到了更加适合于交叉口特点的通行时间可靠性模型。有效评价了交叉口右转车道的通行时间可靠性。在对评价模型的进行改进的过程中，考虑到了交叉口区别于路段的特殊性，首次利用变异系数的概念对交叉口右转车辆的通过时间可靠性模型进行改进，并给出了右转修正系数。