（交通运输规划与管理专业论文）城市快速路分合流区通行能力研究.pdf

摘要 摘要 在城市交通系统中，快速路系统对于疏散城市中心交通压力、分担过境交 通发挥了重要作用。面对快速增长的城市交通需求，快速路系统中交通拥堵频 发，导致快速路的功能不能正常发挥。本文以北京和上海的实测数据为基础， 针对快速路分合流区的交通流运行特性、通行能力及通行能力影响因素进行了 系统的研究，为分合流区的规划、设计和运营提供理论支持和分析依据，从而 保证快速路的安全、高效和舒适。 论文首先系统回顾了国内外分合流区通行能力研究的现状，特别是分析了 德国和美国通行能力手册( h c m ) 中分合流区的通行能力分析方法，在此基础上， 确定了本文以实测数据和美国h c m 分析方法为基础，理论联系实际，研究国内 分合流区通行能力的技术路线。通过北京和上海的实地调研，将快速路系统的 分合流区划分为9 种形式；利用实测数据，分别研究了分合流区中，交通流在 不同车道、分合流影响区不同位置、时段以及流量条件下，速度和流量的变化 规律，进一步确定了以h c m 分析方法为基础的技术研究路线的正确性：通过建 立分合流影响区的速度一流量统计模型，以及统计饱和车头时距、利用时间序 列方法确定速度突变后的流量值等方法，确定了分合流影响区通行能力推荐值； 最后通过对分合流影响区交通运行特性的分析，确定分合流影响区通行能力的 影响因素，参照美国通行能力手册的研究方法，并利用实测数据标定了分合流 区速度、密度计算模型，提出了适用于我国城市快速路分合流区交通运行状态 分析的通行能力分析方法和流程。通过验证分析，证明了上述模型较h c m 模型 在计算国内的分合流区速度和密度值对，大大地提高了模型预测的精度。 关键词： 快速路，分流区，合流区，通行能力，交通特性 北京工业大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t u r b a ne x p r e s s w a y sh a dp l a y e da ni m p o r t a n tp o l ei nt h ec i t y t r a n s p o r t a t i o n s y s t e m si nr e l e a s et r a f f i cp r e s so fc i t yc e n t e ra n dp a r t a k et r a f f i cv o l u m et h a tp a s s e d t h r o u g h b u t ，u n d e rt h er a p i di n c r e a s e dt r a f f i cd e m a n d s ，u n v a r y i n gt r a f f i cj a mh a s o c c u r r e di ne x p r e s s w a ys y s t e ma n dr e s u l t e dt h ef a l lo fe x p r e s s w a y s f u n c t i o n t h i s p a p e rb a s e do nt h ed a t ac o l l e c t e df r o me x p r e s s w a y so f b e i j i n ga n ds h a n g h a i ，s t u d i e d t h et r a f 五cc h a r a c t e r s ，c a p a c i t ya n dt h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c e dc a p a d t yo f d i v e r g ea n d m e r g e a r e ab yt h en u m b e r s ，t op r o v i d et h e o r i e sb a s ea n da n a l y s i sf o u n d a t i o nf o rp l a n , d e s i g na n dm a n a g eo fd i v e r g ea n dm e r g ea r e as ot h a te n s u r ee x p r e s s w a y s s a f e , e f f i c i e n t , c o r n f o r t a tf i r s t , t h ep a p e rs y s t e m i cr e v i e w e dt h es t u d i e ds t a t u s e si nc a p a c i t yo fd i v e r g e a n dm e r g ea r e ai n b o a r da n d o u t b o a r d ，e s p e c i a l l ya n a t o m yt h ec a p a c i t ys t u d y m e t h o d si ng e r m a na n di nh i g h w a yc a p a c i t ym a n u a lo fa m e r i c a o nt h i sb a s e ， c o n f i r m e dt h ep a p e r ss t u d ym e t h o da n dt e c h n i c a lm e a n si s ：b a s e do ne n g i n e e r a p p l i c a t i o n b a s e do nd a t ac o l l e c t e d 五e l dt e s ta n da n a l y s i sm e t h o d so fa m e r i c a n h c m ，w i t ht h e o r e t i ca n dp r a c t i c em e t h o d s ，a n a l y s i st h ec a p a c i t yo fd i v e r g ea n d m e r g ea r e a t h r o u g h f i e l d s u r v e y o ne x p r e s s w a yo fb e i j i n ga n d s h a n g h a i ， d i f f e r e n t i a t e dt h ef o r mo fd i v e r g ea n dm e r g ea r e ai n t on i n et y p e ；t h e na n a l y s i st h e t r a f f i cc h a r a c t e r so fd i v e r g ea n dm e r g ei n f l u e n c ea r e ab a s e do nd a t af r o mf i e l dt e s t , c o m p a r e dt h ed i f f e r e n c eo fv o l u m eo nd i f f e r e n tl a n e s ，d i f f e r e n ts i t e s ，d i f f c r e n tt i m e ， s p e e do nd i f f e r e n tl a n e s ，d i f f e r e n ts i t e sa n dd i f f e r e n tv o l u m e so fd i v e r g ea n dm e r g e i n f l u e n c ea r e a ，c o n f i r m e dt h ec o r r e c t n e s so fs t u d ym e t h o d st h a tb a s e do nh c m ： t h e n ，t h i sp a p e rc o n f i r m e dt h ec a p a c i t yv a l u e so fd i v e r g ea r e ab yb u i l ts p e e d f l o w s t a t i s t i c a lr o o d e la n db ys t a f f s t i cs a t u r a t e dh e a dt i m ea n dt h ec a p a c i t yv a l u e so f m e r g ea r e ab yb u i l ts p e e d - f l o ws t a t i s t i c a lm o d e la n db ym e a s u r e dc a p a c i t ya f t e r s p e e db r e a kw i t ht i m i n gs e r i a lm e t h o d ；a tl a s t , t h ep a p e rc o n f i r m e dt h ef a c t o r sw h i c h a f f e c t e dt h ec a p a c i t yo fd i v e r g ea n dm e r g ei n f l u e n c ea r e ab ya n a l y s i st h et r a f f i c c h a r a c t e r so fd i v e r g ea n dm e r g ei n f l u e n c ea r e a ；r e f e r r e dt ot h ea n a l y s i sm e t h o d so f h c ma n dm o d i f i e dt h ef o r m u l at h a tu s e dt oe a l c u l a t ed e n s i t ya n ds p e e dw i t hd a t a f r o mf i e l dt e s t c o n s t i t u t e dt h ea n a l y s i sm e t h o d sa n dp r o g r a m st h a ts u i t e dt oa n a l y s i s t h ef a c t u a lt r a f f i cs t a t u so fd i v e r g ea n dm e r g ea r e ao fc h i n e s eu r b a ne x p r e s s ，a n d p r o v e dt h em o d i f i e df o r m u l ai sm o r ea c c u r a t ei np r e d i c td e n s i t ya n ds p e e do f d i v e r g e a n dm e r g ea r e ai nc h i n a k e yw o r d ：e x p r e s sd i v e r g ea r e am e r g ea r e ac a p a c i t y t r a f f i cc h a r a c t e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育 机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：鸯毒不腻刭 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 繇椒新躲嘲么隰越f 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景 第1 章绪论 在国内大力加强交通基础设施建设的形势下，城市快速路的建设也迅速发 展起来。北京的二环、三环、四环、五环路以及正在建设的六环已成为城市交 通中不可缺少的主要跨区通道，其中四环和五环的部分路段更是2 0 0 8 年奥运会 的交通干线；上海也修建了大规模的高架快速路系统，包括内环高架、逸仙路 高架、延安路高架、以及刚刚建成通车的沪闽高架等：其他大城市如广州、成 都、天津等也相继建立了城市快速路系统。城市快速路系统在承担长距离的汽 车交通、联系市区内主要的交通集散地、为城市地面交通需求提供高水平服务 等方面的作用是其它类型的道路所不可替代的。从实际的运营效果来看，北京 的城市快速路承担了城市全部交通负荷的3 0 ，其他城市的快速路系统也承受 了相当大的交通量。但是，经常发生的交通拥堵导致了快速道路的功能不能正 常发挥。同时，由于对城市快速路交通流特性和通行能力等基础领域缺乏深入、 系统的研究以及相关的分析手段，面对快速路系统存在的问题，多数城市一味 靠扩大快速道路建设规模，修建更多车道的快速路来解决问题，结果往往不尽 如人意，解决了一个老问题，出现了两个新问题，不能达到系统的优化，不能 从根本上解决快速道路的交通拥堵问题。可见，实际问题的压力已经迫使我们 尽快对快速路系统通行能力及其交通流特性展开系统、深入的研究。 因此，国家科技部在“十五”重点科技攻关计划项目智能交通系统关键 技术开发和示范工程中设立了子课题“快速路系统通行能力研究”，本论文是 该课题中分、合流区通行能力研究部分。 分、合流区的通行能力是影响快速路通行能力的重要因素之一。在城市快 速路系统中，由于出入口数量多，间距较小，这种影响就更为明显，尤其在早、 晚高峰期间，大量车辆进出快速路，使分、合流影响区成为“瓶颈”从而引发 交通拥堵，导致快速道路的功能不能正常发挥，甚至导致交通事故“。因此， 对分、合流影响区的通行能力和车辆运行特性进行深入的研究，对保证车辆畅 通运行、提高交通安全，充分发挥快速路的功能具有重要意义。 目前国内对快速路分、合流区的通行能力进行的研究较少，成果不多，还 不能跟上快速路交通发展的步伐。因此对快速路分、合流区通行能力和交通特 性进行系统的研究，既是科学、合理地进行分合流区的交通规划和设计，改善 北京工业大学工学硕士学位论文 交通组织与交通管理的前提工作，也是我国城市快速路合理发展与经济发展的 迫切需要。 1 2 课题研究的内容及意义 1 2 1 基本概念 1 2 1 1分、合流分流是指在无交通信号或其他交通管制的条件下，一股交 通流分成两股交通流的现象；合流则是两股分离的交通流合并为一股交通流的 现象。 1 2 1 2 分、合流区分流区是指从出口匝道和主线连接处到主线上游4 5 0 米 内、包含所有车道的区域。合流区是指从进口匝道开始处到主线下游4 5 0 米范 围内、包含所有车道的区域。1 。 1 2 1 3 分、合流影晌区由于进口匝道的车流要进入主线，所以与主线上的 交通流表现为合流，并且主线上的车流在相当长的范围内都受这种合流的影响， 所以合流影响区定义为从进口匝道开始处到主线下游4 5 0 米内包含加速车道以 及主线上第l 、第2 车道在内的区域。同理分流影响区是指从出口匝道和主线 连接处到主线上游4 5 0 米内，包含减速车道以及主线上的第1 、第2 车道在内 的区域；虽然合流与分流运行也会影响主线上的其他车道，并且拥堵也会影响 4 5 0 米之外的邻近区域，但这里定义的影响范围是在各个服务水平等级都能经 受大部分的运行影响，所以，下面研究的中心内容也基于这种定义的，合流影 响区和分流影响区分别如图卜1 和图卜2 所示。1 。 1 2 1 4 分、合流区通行能力分、合流区通行能力是指在一定的道路、交通 条件下，分、合流区内某一均匀路段所允许通过的最大的持续交通流率。分、 合流区的通行能力由分、合流影响区的通行能力加上分合流影响区外侧道路的 通行能力组合而成。合流影响区的通行能力，主要由合流影响区的下游快速路 路段最大交通流率决定，应该是快速路上游的交通流率和匝道行车道的交通流 率和的最大值，同时，合流影响区通行能力还受到进入合流影响区的总交通流 率的极限的影响。分流影响区通行能力取决于上、下游快速路路段的最大交通 流率，同时，分流影响区通行能力也受到进入分流影响区的总交通流率的限制 口l 第1 章绪论 4 5 0 m 图1 - 1 合流影响区示意图 e x h i b i t l - 1m e r g ei n f l u e n c ea r e a - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 。 ： 4 5 0 m 图1 - 2 分流影响区示意图 e x h i b i t l - 2 d i v e r g ei n f l u e n c ea r e a 1 2 2 课题的研究内容 城市快速路分、合流区通行能力研究的主要内容包括以下几个方面 1 分、合流区现场数据的调查和处理； 2 分、合流区的结构形式分类； 3 分、合流区的交通流运行特性统计分析； 4 分、合流区通行能力的确定： 5 分、合流区通行能力分析方法的研究。 1 2 3 课题的研究意义 本课题的研究具有以下重要意义 1 为分、合流区的规划设计提供理论依据 通过对分、合流影响区通行能力的研究，可以了解分、合流影响区通行能 北京工业大学工学硕士学位论文 力与基本路段通行能力存在的差距，为确定合适的进、出口匝道位置和间距， 匝道的车行道数和分、合流区的加、减速车道的形式及长度等规划设计工作提 供基础资料。 2 为有效实施匝道控制提供依据 分、合流影响区车流的分、合流运行必然导致交通冲突，影响快速路上交 通的正常运行，在一定条件下可能减慢快速路的运行速度，影响快速路上车流 运行的稳定性，甚至引起交通堵塞，其影响范围会波及到合、分流上下游的一 段距离。因此，为保证快速路主线上的车辆正常运行，发挥快速路的优点，有 时需要采取关闭匝道或限量驶入等措旖来确保主线车流的正常运行。 3 为分、合流区的通行能力分析提供方法 长期以来，国内的通行能力分析方法都是沿用美国h c i 中的分折方法， 但是我国的快速路系统的影响因素与美国不完全相同，如驾驶员的驾驶特性、 车辆性能等，造成分析效果的不理想，因此有必要确定一种适合我国快速路实 际情况的通行能力分析方法与步骤。 1 3 论文的安排及主要成果 第一章介绍了课题的研究背景、研究内容及意义。 第二章首先回顾了国内外在分、合流区通行能力研究方面取得的成果及进 展情况，然后借鉴国内外通行能力的研究方法和技术手段，制定了快速路分、 合流区通行能力研究的方法和技术路线。 第三章在确定的研究方法和技术路线的基础上制定了数据的采集方法。之 后通过实地调查和观测得到了分、合流影响区的交通运行数据，并对分合流区 的结构形式进行了分类。 第四章通过对实测数据的处理和统计分析，研究了分、合流影响区的不同 位置、不同车道等的交通流的流量、速度等统计特征。 第五章采用统计方法和理论分析方法研究了分、合流影响区的通行能力， 确定了通行能力推荐值，并据此给出了分合流区的通行能力推荐值，并参照基 本路段服务水平划分原则确定了四级服务水平的划分标准。 第六章参照美国通行能力手册的研究成果，研究了分、合流影响区服务水 平的分析方法，为快速路分、合流影响区的交通运行水平分析提供了方法。 第七章为结束语，总结了本文的研究成果以及对后续研究提出了建议。 第1 章绪论 1 4 本章小结 本章概述了论文研究的背景、内容及研究意义，并对研究中涉及到的概念 进行了阐述，最后总结了论文的主要安排及主要研究成果。 北京工业大学工学硕士学位论文 第2 章国内外研究综述 2 1国外研究综述 2 1 1 德国的研究成果 德国的s i g r i dw e s t p h a l 对限速在8 0 k m h 和1 0 0 k m h 的两条公路的合流影 响区进行调查，通过对道路上的实际流量、速度的分析处理，建立了进口匝道合 流影响区通行能力模型。模型认为车辆合流只影响主线道路的最外侧车道；最外 侧车道的流量决定着合流影响区的流量，从而决定进口匝道的通行能力。s i g r i d w e s t p h a l 模型的合流影响区范围及影响因素如图2 - 1 所示“1 。 q _ 一垒一一一旦l q 蛳 图2 - 1e l e 2 型( 单车道进口匝道) 合流影响区 e x h i b i t 2 - l m e r g ei n f l u e n c ea r e ao f e l e 2 ( o n l yo n eo n - r a m p ) s i g r i dw e s t p h a l 模型的主线最外侧车道的流量计算如下： 对于2 车道的单车道进口匝道 g l2 3 8 l + o 3 0 2 “q h o 0 9 8 。g 一o 6 3 2 。g e 脚 公式( 2 1 ) 对于3 车道的单车道进口匝道 g i 2 2 5 6 + o 2 0 4 。g 一0 1 7 6 。g 一l 6 7 8 。g ，“ 公式( 2 2 ) 其中：q l l 车道流率 主线流率 匝道流率 第2 章国内外聊f 究综述 g s ，一匝道中重车流率 合流影响区的速度计算如下： 限速8 0 k m h 的单向2 个车道的e l e 2 类型进口匝道： 58 5 8 6 0 0 0 5 。q l 一0 0 1 6 。q g 公式( 2 3 ) 限速1 0 0 k m h 的单向2 个车道的e l e 2 类型进口匝道： v m2 1 0 3 1 1 0 0 0 5 x q l 一0 0 2 1 x q z 公式( 2 4 ) 响。 限速8 0 k m h 的单向3 个车道的e l e 2 类型进口匝道： v m2 9 0 3 6 0 - 0 1 0 x q l 0 0 1 5 x q e 公式( 2 5 ) 合流车道长度对通行能力没有影响，至少在调查中1 0 0 3 0 0 米以内没有影 s i g r i dw e s t p h a l 模型( 单车道进口匝道) 中各种类型的可能通行能力和服 务水平划分标准见表2 一l 和表2 2 所示。 表2 - 1 各种类型匝道的可能通行能力 t a b l e2 - 1p a s s i b l ec a p a c i t i e so ft y p e so f r a m p 总流率 合流交通量 匝道类型匝道流率( k f z h ) ( k f z h )2 车道( k f z h ) 3 车道( k f z h ) e l e 2 1 8 0 02 0 0 0 4 0 0 06 0 0 0 e 31 8 0 06 0 0 0 e 43 0 0 02 0 0 04 0 0 0 e 53 0 0 02 0 0 06 0 0 0 注：e l e 2 型进口匝道指单车道进口匝道；e 3 型进口匝道指距离接近的进口和 出口匝道之间有附加车道的情况，类似我国的交织区；e 4 型进口匝道指双车道 进口匝道；e 5 型进口匝道指有附加车道的双车道进口匝道 s i g r i dw e s t p h a l 模型( 单车道进口匝道) 的分析步骤如下： 1 、判别和匝道交通流使用相同车道的主线交通流 2 、包括重车在内的交通流率换算： 北京工业大学工学硕士学位论文 3 、确定主线上右侧车道的交通流率； 4 、确定合流流率和匝道下游总流率； 5 、比较合流流率和总流率与通行能力的大小关系； 6 、最终评价。 表2 - 2 匝道一主线连接处服务水平标准 t a b l e 2 - 2l o sc r i t e r i af o rr a m p sa n dr a m p - j u n c t i o n s 合流流量 总流量q m 服务水平 q 1 z u l2 车道3 车道 a8 0 0 1 6 0 02 4 0 0 b1 2 0 02 4 0 0 3 6 0 0 c1 6 0 0 3 2 0 04 8 0 0 d2 0 0 0 4 0 0 06 0 0 0 e2 2 0 0 4 4 0 06 2 0 0 f 变化很大 2 1 2 美国的研究成果 r o e s s u l e r i o 模型嘲嘲嘲( h c m 2 0 0 0 方法) ： r o e s s u l e r i o 模型的合、分流影响区的范围如图2 2 和图2 - 3 所示。 r o e s s u l e r i o 模型认为进入影响区的车流包括匝道流量和主线1 、2 车道的 流量。根据实测数据，r o e s s u l e r i o 模型认为主线流量和合分流影响区流率之 间的关系可以用以下公式来确定。 图2 - 2 合流影响区及影响因素示意图 e x h i b i t 2 - 2 m e r g ei n f l u e n c ea r e aa n di n f l u e n c ef a c t o r 第2 章国内外研究综述 图2 3 分流影响区及影响因素示意图 e x h i b i t 2 - 3 d i v e r g ei n f l u e n c ea r e aa n di n f l u e n c ef a c t o r 对于进口匝道 7 1 22 ”，。锄 公式( 2 - 6 ) 其中，j f o 一在合流影响区上游仍在l 、2 车道内的主线车流率的比例。 对于出口匝道 k ：= + ( 一k ) 公式( 2 - 7 ) 其中，l ，d 一在减速车道开始处位于1 、2 车道内的不驶出车辆的比例。 r o e s s u l e r i o 模型从两个方面定义合流影响区和分流影响区的通行能力： 1 ) 在合流影响区或分流影响区能够分流的最大总流率：2 ) 能进入匝道影响区的 最大总流率。 在进行实际分析中，r o e s s u l e r i o 模型根据车道数的不同来确定，或，矗 的计算公式。 在合流影响区：对于双向4 车道情况下，两个车道都包含在合流影响区内， 所以有 p f m2 1 o 公式( 2 8 ) 对于6 车道公路，情况比较复杂，要分几种情况进行讨论 孤立进口匝道和上下游有相邻进口匝道的进口匝道： 2 0 5 7 7 5 + o 0 0 0 0 2 8 l 公式( 2 9 ) 北京工业大学工学硕士学位论文 进口匝道接上游相临出口匝道 - - 0 7 2 8 9 0 0 0 0 0 1 3 5 ( v e + ) - 0 0 0 3 2 9 5 s f r 一0 0 0 0 0 6 3 d u 公式( 2 1 0 ) 进口匝道接下游相临出口匝道 p f m = o 5 5 2 3 + 0 2 4 9 5 ( d o ) 对于8 车道公路的进口匝道，各种情况下； 公式( 2 - 1 1 ) p v u2 0 2 1 7 8 0 0 0 0 1 2 5 v r + o - 0 1 1 1 7 ( l a s i , r ) 公式( 2 1 2 ) 对于出口匝道计算公式巧：2 + ( 一) 中的计算方法与进口匝道 的计算方法相同，只是计算公式不同。 对于4 车道公路上的单车道出口匝道，有 _ 2 = p ，d = 1 0 对于6 车道公路，分以下几种情况讨论 公式( 2 - 1 3 ) 独立出口匝道、相临的上游有出口匝道、下游有临近的进口匝道 或 只20 9 1 4 0 - 0 0 0 0 3 4 v f o o o 0 0 7 6 z r 一0 0 0 0 2 i l d 公式( 2 1 4 ) 20 7 6 0 0 0 0 0 0 2 5 咋一0 0 0 0 0 4 6 公式( 2 1 5 ) 出口匝道接上游临近进口匝道 p f d = 0 7 1 7 - - 0 0 0 0 0 3 9 m 6 0 6 c 静 公加啪， 出口匝道接相临下游出口匝道 p r d = 0 6 1 6 - 0 0 0 0 0 2 1 1 2 4 8 ( 每 公加_ 1 7 ) 对于8 车道，所有的出口匝道 = o 4 3 6 1 0 公式( 2 - 1 8 ) 第2 章国内外研究综述 r o e s s u l e r i o 模型给出了确定合流影响区的通行能力值的方法。他们认为： 估计连接处的通行能力的最大困难在于不能完全孤立下游条件的影响。大多数郊 区公路和近郊公路上车辆沿着交通设施拥堵的距离很长。判定下游交通流压缩对 匝道的影响的时段在实地观测中是很不明显的。 r o e s s u l e r i o 使用的基本方法为：在各个地点记录连续的5 分钟流率，每 个时段由现场观测人直接作好稳定或不稳定的标记，并由录像带提供补充。不稳 定状态定义为在主线或匝道有车辆排队。如果没有下游的影响，稳定流在高峰期 会增加。在一些地点，如果达到通行能力了，交通流也就不再稳定，从而出现经 常的排队。假定没有更高的稳定流经常出现，这个排队可以被定义为该点的通行 髓力。 r o e s s u l e r i o 模型还给出了单车道匝道分、合流区的推荐通行能力值和服 务水平划分标准，如表2 3 和表2 4 中所示。 表2 - 3 单车道匝道分、合流区的推荐通行能力值 t a b l e 2 - 3 c a p a c i t i e so f m e r g e a n dd i v e r g ea r e af o rs i n g l e - l a n eo n - r a m p 合流影响区分流影响区 车道数 y 如( p c p h )”( p c p h )v f o + 硌( p c p h )n j ( m p h ) 2 4 4 0 04 4 0 04 4 0 04 4 0 0 37 0 5 04 6 0 0 7 0 5 04 4 0 0 49 4 0 04 7 0 0 9 4 0 04 4 0 0 表2 - 4 匝道一主线连接处服务水平划分标准 t a b l e 2 - 4l o sc r i t e r i af o rm e r g ea n dd i v e r g ea r e a s 服务水平 最大密度( p c u k m 车道) ai 0 b 2 0 c 2 8 d 3 5 e 3 5 r o e s s u l e r i o 模型的通行能力分析过程如下： l 、确定道路交通条件，将交通量转换成理想条件下的当量小客车流率 北京工业大学工学硕士学位论文 2 、计算参与分、合流的主线车流率，其中最重要的是确定匝道类型并选择 适当的计算公式： 3 、和推荐的通行能力值进行比较，判断研究区域的交通运行状况； 4 、确定合流影响区域内的车流密度d 。以及根据该参数得到的服务水平，计 算影响区内的平均车流速度s r 。 2 1 3 国外研究成果评述 从国外的研究过程来看，他们的研究结果都是根据实际数据做出的统计模 型，具有较为严格的约束条件，一旦道路、交通等条件发生变化时，这些模型的 适用性就存在较大的问题，不一定能够适应不同条件的地区使用。因此在应用国 外模型时，必须根据我国实际的道路、交通条件加以修正。 2 2 国内研究综述 2 2 1公路通：f - - j - n “一力研究中的模型 在国家“九五”科技攻关项目公路通行能力研究中，交通部公路科学研 究所和北京工业大学合作完成了高速公路与匝道连接处通行能力研究报告。 该报告调查了国内高速公路与匝道连接处的主要形式，确定了国内共有1 0 种不 同的形式；分析了分合流点车辆运行特征：确定了影响分合流点通行能力的相关 t ， 因素主要有：匝道交通量v ，驶入匝道上游高速公路单向交通量7 ，：高速公路 单向最大交通量；与相临上游和( 或) 下游匝道的距离d - 、岛；相临上游和 ( 或) 下游匝道的交通量圪、；匝道形式( 驶入匝道还是驶出匝道以及匝道 的车道数) ：并建立了最右侧车道交通量计算模型。 最右侧车道交通量计算模型： 4 车道高速公路单车道驶入 巧= 1 3 6 + 0 3 4 5 v ) - 0 1 1 5 v , 4 车道高速公路单车道驶出 巧= 1 6 5 + 0 3 4 5 砟+ 0 5 2 0 v 4 车道高速公路上游有单车道驶入的单车道驶出 公式( 2 - 1 9 ) 公式( 2 - 2 0 ) 第2 章国内外研究综述 巧= 2 0 2 + o 3 6 2 0 + o _ 4 9 6 l o 2 2 6 乜+ o - 0 0 9 6 v - 公式( 2 2 1 ) 4 车道高速公路上游有单车道驶入匝道的单车道驶入 巧。1 2 3 + o 3 7 6 一o 1 4 2 i 公式( 2 2 2 ) 6 车道高速公路其上和( 或) 下游有( 或) 无相临驶出匝道的单车道驶入 k = 一1 2 1 + o 2 4 4 吩一o _ 0 0 8 5 圪+ 1 9 5 - 1 v a d a 公式( 2 2 3 ) 6 车道高速公路单车道驶出 k 2 9 4 + o 2 3 1 + o 4 7 3 k + 6 5 5 圪7d - 公式( 2 2 4 ) 6 车道高速公路单车道驶入 嵋= 5 7 4 + o 2 2 8 z ) 一o 1 9 4 v r + 2 - 3 4 3 d u + 0 2 7 4 v 公式( 2 - 2 5 ) 6 车道高速公路双车道驶入匝道 巧= 5 4 + 0 o t o v r + 0 0 4 9 v ， 巧+ 一2 0 5 + 0 2 8 7 v y + 0 5 7 5 一 公式( 2 2 6 ) 6 车道高速公路双车道驶出匝道 巧+ = 一1 5 8 + 0 0 3 5 v , , + o 5 6 7 e k2 1 8 + o 0 6 0 + o 0 7 2 巧 公式( 2 2 7 ) 该报告还对分合流影响区的服务水平作了分析，并给出了计算步骤。 1 、建立匝道几何构造尺寸及交通量； 2 、计算最右侧车道交通量； 3 、将所有的交通量转化为标准小客车交通量； 4 、计算汇合交通量、分离交通量和主线单方向最大交通量0 。 但是，公路通行能力研究中的模型只是借鉴了h c m 8 5 中的分析方法，对 分合流的形式进行了最基本的分析，并没有采用我国高速公路上的实测数据进行 北京工业大学工学硕士学位论文 标定和验证，因此，无法验证该模型的实用性。 2 2 2 国内其他研究成果 交通部公路科学研究所和东南大学在高速公路加、减速车道长度设计标准 的研究报告中，对高速公路分合流影响区的特性进行了分析，建立了分合流影响 区交通分流和交通合流的数学模型，并开发了加减速车道交通流计算机模拟系统 软件叫。 同济大学道路与交通工程系的覃煜、晏克非教授在高架道路上匝道通行能 力理论模型研究中对上匝道连接区的交通运行特性进行了分析，并利用交通流 特性分布及相交车流间隙的认定技术，建立了上匝道通行能力计算的“间隙一接 受”理论模型嘲。 同济大学道路与交通工程系的吴兵、杨佩昆教授在高速公路入口匝道通行 能力研究中指出高速公路入口匝道的通行能力主要受3 个因素的制约：干道最 外侧车道上的车流特性；匝道车辆接受空挡的特性；匝道车辆连续跟车行驶特性。 并运用平面优先交叉口通行能力的研究成果，根据高速道路进口匝道与干道结合 部的交通流特性以及我国混合交通的交通流特点，建立了高速道路进口匝道通行 能力模型，还对3 个影响因素进行了讨论，比较和分析了数值计算的结果“。 东南大学的李文权、王炜教授等在高速公路加速车道上车辆汇入特征分析 中利用摄像机对很多高速公路合流影响区匝道车辆的汇入特征数据进行了调查， 通过对调查数据的分析处理，运用微分法建立了匝道车辆的汇入模型和行驶距离 模型m 1 。 李文权教授还在高速公路合流影响区1 车道车头时距分布特征中对高速 公路合流影响区内1 车道上的车头时距分布情况作了分析1 。 北京工业大学交通研究中心的李征、杜晓辉等人也根据高速公路分、合流区 的交通运行特性，研究了交通仿真模型，并开发了仿真软件加以实现。 2 2 3 国内研究成果评述 从国内的研究状况来看，除公路通行能力研究中对分合流区的通行能力 作了比较具体的描述外，其他的研究基本上是各自独立进行的，缺乏系统性和连 贯性。而公路通行能力手册中的研究虽然比较完整，但是分析方法和计算模 型等都是参照8 5 版美国通行能力手册( h c m 8 5 ) 完成的，并没有实测的数据 对上述模型进行标定和验证，其实用性如何无法评价，而且美国通行能力设计手 第2 章国内外研究综述 册( h c m ) 在2 0 0 0 年再版时，对其中的大多数分析方法和流程、计算模型等都进 行了修正，因此，公路通行能力手册中分合流区通行能力的方法已很难适应 我国快速路分合流区通行能力分析。 2 3 本论文的研究思路和研究方法 通过第一、二节对国内外各种文献中分、合流影响区通行能力研究思路与研 究方法的比较，并借鉴“九五”科技攻关项目公路通行能力研究中高速公 路与匝道连接处通行能力研究报告中的研究方法，确定本论文的研究思路和研 究方法应该从实测数据入手，根据我国快速路上的实际道路交通条件，建立符合 我国实际情况的通行能力分析方法。具体内容如下： 本课题主要采用理论分析与实地调查相结合的研究方法来进行研究。通过对 道路上实际交通流的交通运行状态和运行特点来确定分、合流影响区通行能力的 影响因素；通过对大量实测数据的统计分析结果来确定分、合流影响区的通行能 力；通过回归分析各种影响因素对通行能力的作用效果来确定影响因素的主次， 并根据实测数据建立我国快速路分、合流影响区各种影响因素对通行能力的影响 的回归模型及适合我国快速路的实际运行情况的交通运行分析程序。具体的研究 流程如图2 - 4 中所示。 图2 _ 4 分合流影响区通行能力研究流程 e x h i b i t 2 - 4f l o wc h a r ti ns t u d i e so fc a p a c i t i e so fm e r g ea n dd i v e r g ea r e a 一1 5 北京工业大学工学硕士学位论文 2 4 本章小结 本章简要回顾了国内外各院校、研究机构等对道路通行能力研究的思路、方 法和成果，总结了各项研究的特点：即国外的研究都是在实际观测数据的基础上， 通过统计分析，在一定的道路交通条件约束下做出的统计分析模型，这些统计模 型对外界条件特别敏感，一旦外界条件发生变化，这些模型就很难实用；国内的 研究基本上是各自独立进行的，缺乏系统性。通过对国内外各种文献中分、合流 影响区通行能力研究思路与方法的比较，并借鉴“九五”科技攻关项目公路通 行能力研究中高速公路与匝道连接处通行能力研究报告中的研究方法，确 定了本文的研究思路和研究方法。 第3 章分、合流区数据采集 第3 章分、合流区数据采集 3 1 分、合流影响区数据采集 3 1 1 数据采集方案 合理的数据采集方案设计是顺利实施数据采集工作的前提。在数据采集方案 设计中，应该明确数据采集的目的及内容、使用的仪器及需要的人员、合适的数 据采集地点的确定、现场仪器的布设、调查实施步骤、注意事项等，以下分别加 以叙述n 州h 峙m 6 儿 。 3 1 1 1 调查目的与调查内容 本次交通调查的目的是：现场调查收集匝道连接处车流运行数据，作为分析 快速路匝道连接处交通运行规律和建立模型时进行参数标定以及检验模型的基 础数据。 本次的调查内容是快速路分合流处车流交通运行的有关特性参数，包括下列 方面： ( 1 ) 道路特征：道路设计等级、横断面构形，诸如车道宽度、数量、路缘 带宽度等；平纵线形，视距、出入口匝道类型、加减速车道长度等；路面类型与 状况、路肩类型和使用状况等。 ( 2 ) 交通流数据( 5 分钟流率数据) ：匝道上驶入车流的流量、速度、车型； 分、合流影响区上、下游及分、合流影响区内各车道上车流的流量、速度、车型： ( 3 ) 快速路的交通管理与控制措施、公共汽车停靠站等，数据采集各时段 内的交通流状态、突发事件等。 3 112 仪器选用与调查人员安排 数据采集仪器的选择：数据采集选用磁感应检测仪和摄像机联合应用来进 行。磁感应检测仪用于采集分时段的交通流数据( 交通流量、车速、车型) ；摄 像机用于交通流状况和驾驶行为观测。 每个调查地点进行数据调查所需的仪器设备如表3 - 1 。 北京工业大学工学硕士学位论文 表3 - 1 数据采集使用的仪器 t a b l e 3 1t h ea p p a r a t u su s e di nd a t ac o l l e c t i o n 仪器名称 作用 磁感应交通量检测仅记录道路上的交通流量、车速、车头间距等数据 摄象机及录象带拍摄观测区域内的交通运行状况 笔记本电脑设置检测仪、存储检测数据数据 激光测速仪测量车速 射钉枪、脚架等安装检测仪器 调查人员安排：调查人员包括交通检测仪操作人员1 名，负责仪器的设置， 数据的传输和现场整理；检测仪安装人员2 名，负责仪器的安装、拆卸；录像机 操作人员，2 人台录像机；现场协调1 人；共计6 人。 3 1 1 3 调查地点的选择 在数据采集前要选择合适的路段。路段选择的合适与否直接关系到标定的交 通流模型好坏。调查地点选在交通量大、易于发生拥挤阻塞的分合流影响区，此 外还要保证采集点处有尽量小的纵坡和尽量大的平曲线。根据使用仪器的要求， 附近还应该有制高点，使摄像机可以覆盖和控制整个观测区内的交通运行状况， 以便于摄像。 3 1 1 4 调查地点仪器的布设 本次数据采集采用交通量检测仪和摄像机协同，人工辅助采集的方式，其中