（交通运输规划与管理专业论文）城市道路实用路段路阻函数研究.pdf

摘要 摘要 路阻函数模型在路网分析中非常重要，它是进行网络交通分配、网络交通质量评价的基础因 此，从我国城市道路交通实际情况出发，掌握道路阻抗的变化规律，分析其影响因素。建立我国城 市道路路阻函数模型非常具有理论和实际意义。 本文紧密结合国家自然科学基金项目“城市道路网络等级配置的评价与优化”，立足于我国城市 交通实际情况，重点考虑了机动车流量、大型车比例、非机动车以及横向干扰等因素的影响，建立 了城市道路实用路段路阻函数模型。本文建立的路阻函数模型既可服务于交通分配，又可以为制定 城市道路货车限行措施以及设计人行横道间距等提供参考。同时。由模型推导出的出行速度和时间 可作为道路服务水平分析和道路功能匹配度分析的依据之一。 论文首先研究了以路段阻抗模型研究为导向的交通调查方案和数据预处理方案；在大量实测数 据的基础上，分析了所调查道路的大型车比例分布特征，并进一步研究了大型车比例对速度流量关 系曲线的影响规律；在定性分析的基础上，通过方差分析法从统计学角度进行筛选并确定了模型变 量，建立了包含大型车和行人横向干扰影响的路段阻抗函数模型；利用本次调查得到的数据以及前 人研究中的部分数据对模型参数进行标定；最后，比较分析了各类模型的特征，进一步证明了实测 数据所标定的模型具有较强的实用性 关键词：城市道路；路阻函数模型；大型车比例；横向干扰；方差分析 a b s t r a e t a b s t r a c t r o a dp e r f o r m a n c ef u n c t i o ni sv e r yi m p o r t a n ti nr o a d w a yn e t w o r ka n a l y z i n g a n di ti s t h eb a s i co fr o a d w a yn e t w o r kt r a f f i ca s s i g n m e n ta n de v a l u a t i o no fn e t w o r kq u a l i t y t h e f o r e ， a c c o r d i n gt ot h ef u r t h e rd e v e l o p m e n to ft r a n s p o r t a t i o nu t i l i t i e si no u rc o u n t r y , s t u d y i n gt h e r e g u l a t eo fr o a d w a yp e r f o r m a n c e ，a n a l y z i n gt h ef a c t o r so fi t ，a n de s t a b l i s h i n gp e r f o r m a n c e f u n c t i o n sf o ro u ru r b a nr o a dh a ss p e c i a lm e a n i n gb o t hi nt h e o r ya n d p r a c t i c e s t h i sp r o j e c ti st h es u b j e c tt ot h en a t i o n a lo u t s t a n d i n gy o u t hf u n d i n g p r o j e c t ：r e s e a r c h o nc i t yr o a dc l a s sd e s i g ne v a l u a t i o na n do p t i m i z a t i o n b a s e do nt h ea c t u a ls i t u a t i o no f t r a n s p o r t a t i o ni nc h i n a ，t h ea u t h o rp r o p o s e sal i n kp e r f o r m a n c ef u n c t i o nf o ru r b a nr o a d st h a t c a nr e f l e c tt h ei n f l u e n c eo fm o t o rv e c h i l e s ，t h er a d i oo fh e a v yv e h i c l e s ，b i c y c l e s ，t r a n s v e r s e i n t e r f e r e n c ea n de t c t h ef u n c t i o np r o p o s e di n t h i s p a p e rc a nn o to n l ys u p p o r tr o a d w a y n e t w o r kt r a f f i ca s s i g n m e n t ，b u ta l s op r o v i d es u g g e s t i o nf o rr e s t r i c t i n gt r u c k so nu r b a nr o a d s a n dd e s i g n i n gt h es p a c eb e t w e e nc r o s s w a l k s i na d d i t i o n ，t h et r i pt i m ea n dt r i ps p e e dt h a t c o n v e r s e df r o mt h er o a dr e s i s t a n c ef u n c t i o nc a nb eu s e da sar e f e r e n c ef o ra n a l y z i n gt h el o s a n df u n c t i o nm a t c h i n go fu r b a nr o a d s f i r s t l y , t h ep a p e rr e s e a r c h e st h et r a f f i cs u r v e ys c h e m ea n dt h et e c h n i q u eu s e di n p r o c e s s i n gt h el a r g ev o l u m eo fs u r v e yd a t a w h i c ha r ee s s e n t i a lt oe s t a b l i s ho ft h em o d e l a n d b a s e do nt h ef i e l dd a t e ，t h ea u t h o ra n a l y z e st h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r so ft h eh e a v yv e h i c l e s o nt h er o a d w a y ss u r v e y e da n df u r t h e rr e s e a r c h e st h ei n f l u e n c eo ft h er a d i oo fh e a v yv e h i c l e s o nt h es p e e d - v o l u m er e l a t i o n s h i p t h e n ，t h ea u t h o re s t a b l i s h e st h ee x p r e s s i o n so ft h em o d e l s a c c o r d i n gt os o m et h e o r i e s a f t e rq u a l i t a t i v ea n a l y s i so ft h ef a c t o r s ，e s t a b l i s h e st h ev a r i a b l e s o ft h em o d e l sa l ee s t a b l i s h e dt h r o u g ha n a l y s i so fv a r i a n c e a f t e rt h a t ，t h ea u t h o rd e m a r c a t e s t h ep a r a m e t e r so ft h em o d e l sb yu s i n gt h ed a t af r o mt h ef i e l dt r a f f i c s u r v e ya n df o r m e r r e s e a r c h e s a tt h ee n d ，t h ea u t h o rc o m p a r e sa n da n a l y s e st h ec h a r a c t e r so ft h em o d e l s ，t o f u r t h e rp r o v et h ep r a c t i c a b i l i t yo ft h em o d e l si nt h e p a p e r k e yw o r d s ：u r b a nr o a d w a y ；r o a dp e r f o r m a n c ef u n c t i o n s ；r a d i oo fh e a v yv e h i c l e s ； t r a n s v e r s ei n t e r f e r e n c e ；a n a l y s i so fv a r i a c e i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南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。 研究生签名：鱼些日期： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：垒粒导师签名：竺二b 期： o 毯一i - ) 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 近年来，城市中交通事故频繁发生，交通堵塞更是司空见惯，交通问题已成为困扰世界各大城 市的主要社会问题之一同世界其它国家一样，随着经济的快速发展，我国的汽车保有量迅猛增加， 尤其是私人汽车的增长速度令世人瞩目，随之而来的是各大中城市的交通量成倍增长，交通拥挤日 趋严重。交通拥挤增加了人们的出行时间和成本，导致了交通事故的增多。并且还严重地破坏了城 市环境“j 。 长期以来，国内许多城市的交通拥堵问题被简单归结为“道路资源总量性缺乏”的结果。因此， 一些城市提出大刀阔斧的建设思路，热衷于搞宽马路、大马路，又有的城市对于道路建设缺乏统筹 考虑，“头痛医头、脚痛医脚”，但是交通拥堵未见多大缓解，反而刺激了交通需求的无序增长，并 浪费了大量土地资源和建设资金。事实上，一些有识之士认为在现阶段道路基础设施并不少建的条 件下，我国许多城市的交通拥堵更大程度上源于“道路资源结构性缺乏”( 一味扩充道路网络的空间 尺度而忽视道路网络的结构改善) ，即道路功能不分明、等级配置不合理是造成这些城市交通拥堵 的一大原因 随着城镇化的快速发展，大量城市正在进行大规模的道路基础设施建设或改造。由于缺乏科学 的方法指导，盲目的建设正在为这些城市日后的交通拥堵问题埋下隐患。为此，应该分析道路分级 与交通分流的关系，建立城市道路网络等级配置的评价与优化方法，用以指导道路网络系统规划和 建设，以期通过提高出行效率、运输效率及道路交通资源的利用效率，在节约资金、土地的同时较 好地缓解交通拥堵问题。交通分配模型是分析“道路分级”与“交通分流”关系的纽带。路阻函数作为 交通分配的基础模型，同时由路阻函数推导得出的出行速度是道路功能匹配度分析的依据之一，必 须保证其准确性与科学性。正是基于以上考虑，本论文选择路阻函数作为研究对象，对城市道路路 段路阻函数进行深入研究。 1 2 国内外研究概况 1 2 1国外研究概况 国外有许多学者对路段路阻函数进行了深入的研究和相关讨论，提出了不同的函数模型并进行 了修正和发展有的通过实测数据进行经验分析，有的通过应用现有的交流流理论模型及其它学科 理论模型进行理论建模。其中一些模型在实际应用中取得了较为满意的效果，下面对具有代表性的 几类模型进行介绍； ( 1 ) 美国h c m 速度一流量曲线3 郇1 h c m ( h i g h w a y c a p a c i t ym a n u a l ) 提供了一组由经验数据获取的速度- 流量曲线，并经历了几次 修正。其中1 9 8 5 h c m 的曲线基本形状同1 9 6 5 版的一样，只是低流量区的曲线要缓和一些，但比1 9 9 4 h c m 的曲线还是要陡一些。1 9 9 4 h c m 提出了一个速度一流量函数( 见图1 - 1 ) ，但是此函数不能预测 v c 1 0 情况下的车流速度，这就限制了它在交通规划模型中的应用，因为可能会出现需求超过容量 1 东南大学硕士学位论文 的情况，也即是会出现v e 1 0 的情况。在1 9 9 7h c m 中增加了对拥挤车流和排队释放时的车速一流量 的研究，但是没能得出明确的结论。2 0 0 0 h c m 与1 9 9 7 h c m 中的速度流量曲线没有变化。 ( 2 ) 经典b p r 函数及其修正模型 在路阻函数的研究中，美国联邦公路局( b p r ) 的路阻函数模型b p r 函数是最有代表意义的一 个研究成果，此模型在交通规划界影响最大，使用最广，其数学表达式为： r 0 ) = t o t l + o t ( q c ) p 】 ( 1 1 ) 式中：h 秒一当流量为q 时路段上的行程时间； 瓦零流量时车辆在路段上的行驶时间： c 一路段的实际通行能力； 口、口模型参数， 其中，参数值a = 0 1 5a a - - 4 的模型被称为经典b p r 模型，此模型是以1 9 6 5 版s f f l c m 的速度一流量曲 线为基础。它的问题在于：当v c i 时所预测的速度值偏大，而对于v i e 1 的情况也可以应用于v c l 的情况。但是，此模型由于参数意义上的一些矛盾遭遇了激烈的讨论，之后有许多研究者在此基础 2 第一章绪论 上发展出了多个改进模型( g o l d i n 9 1 9 7 7 i l o l ，d a v i d s o n l 9 7 8 ，r o s e 。t a y l o r a n d t i s a t o1 9 8 9 i j 2 1 ， a k q c e l i k l 9 9 1 ) ，其中得到广泛应用的主要是a k u k 模型“，其出行时间预测公式如下： 吼1 + 0 2 5 水咖丹 ， 其中： 一单位距离的平均出行时间( 如小时，公里) ； f 口一单位距离的自由流出行时间( 如小时，公里) ； b 耐算流量的时间段( 通常为1 小时)( 小时) ； p 交通负荷度v c ； q 一通行能力( v p h ) ； 延误参数。 延误参数， 是由道路条件和交通需求的变化等各方面造成的延误的函数。 假定上式中x f f i l 0 0 ，则可以由此解得： j = 2 q ( t 。一t o ) 2 ( 1 - 5 ) 其中，k 为交通负荷度( v c ) 为l 时的单位距离出行时间( 小时公里) 。 此延误函数考虑了排队引起的延误，并且可以用于任何类型的道路。此函数的假设条件是：在 分析时段( r ) 的起始没有排队，并且在分析时段内没有高峰需求。 d o w l i n g t l 4 1 通过对b p r 函数和a k e e l i k 函数的精度和计算机的运行时间进行比较，发现a k 弘l i k 模 型在进行交通分配时所需的计算时间方面比b p r 函数有很大的改进，并在一定的需求范围内，能比 标准b p r 函数提供更高精度的速度估计。 有研究9 1 将a k 譬e l i k 模型曲线同m t c 模型、h c m1 9 9 4 模型、经典b p r 模型等作了比较( 如图1 - 1 和图1 2 ) ，发现：在交通负荷q c 处于【1 0 ，1 5 】区间时，a k q e l i k 模型曲线比m t c 速度流量函数曲 线更陡峭，而当交通负荷q c 处于【1 0 ，1 5 】区间之外的部分，m t c 速度- 流量函数曲线都比a k g e l i k 模 型曲线陡；以自由流速度为6 0 m h 的高速公路为例，当q c 达到1 0 时，a k c e l i k 模型得到的速度值大 约) b 4 5 m p h ，i 面m r c 模型的速度值为5 0 m p h ：当交通负荷q c 超过1 o 后，a k 弘l i k 模型的出行时间以 近乎线性的形式增长，而m t c 模型的出行时间以非线性的形式增长，如图1 2 所示。由于出行时问的 非线性增长与排队论理论相反，因此，a k g e l i k 模型比m t c 模型在理论上似乎更具说服力。 ： ： ；： i 。 o v o l u m e t o - c a p a o i t yr a t i o 图1 1 b p r 、m t c 、a k 弘l i k 以及1 9 9 4 h c m 模型的速度流量函数比较仞 3 东南大学硕士学位论文 v 科u r r 曙蜘。口中- 口i t yf 憎u o 图1 - 2 b p r 、m t c 、a k q e l i k 以及1 9 9 4 h c m 模型的出行时间函数比较【2 】 ( 4 ) 英国t r m 速度流量关系模型 英国运输部以实测数据为基础的建立了适用于其城市道路的速度一流量关系模型。该模型是针对 城区、郊区、城际间不同道路分别进行研究的结论，经实践表明是适合英国交通特点和道路条件函 数模型。他们推荐的适用于城市中心区新建道路的交通阻抗模型是： k = 4 9 9 一o 1 6 3 ( q + 4 3 0 ) ( w r ) ，1 6 k 3 8 k m h 0 - 6 ) 适用于其它城市道路或较高车速的道路，模型为： k = 6 7 6 一o 1 2 3 ( q - i - l o o o ) 何一r ) ，3 2 k 5 6 k m h ( 1 - 7 ) 式中：v 。一交通量为口时的路段行车速度，k m h ； w 行车道宽度，m ；嘶车道宽度的减少值，m 。 ( 5 ) 日本和德国交通部门采用线性函数路段阻抗模型 德国根据各类城市道路功能及其横断面尺寸的划分，编制了一系列的岛舶曲线用以确定道路实 际通过能力，然后求它们之间的关系“”。可以看出。模型中参数的标定需要大量的实际调查数据， 而对于不同的国家、不同的城市，其数据的取值也是不同的，因此要使用这些模型，需要有大量观 测数据为前提 上述国外模型都仅使用机动车流量这个交通特征作为变量，除此之外的影响因素，都是只用一 个参数( 如公式1 3 中的，公式l 一4 中的 ) 来宏观表征一下，没有深入的体现。之所以如此，是因 为国外城市交通的特点：交通流构成相对单纯，主要由小汽车组成而且车辆性能、道路条件均比较 理想，因此上述模型是可以适应国外的交通状况的。但是对于我国的多数城市的交通特点：道路交 通流构成复杂，车辆性能、道路条件相差较大，非机动车和行人干扰大。即使同样都是机动车流， 由于车辆性能上的整体差异。在模型中也应该有所体现，因而上述国外的交通模型就很难直接应用 于我国的城市交通规划，必须进行适当的修正。但是我们可以借鉴他们的研究方法对适用于我国交 通状况的路阻函数模型进行研究。 1 2 2 国内研究概况 我国已有许多研究者对适用于我国城市道路特点的路阻函数模型进行了研究，其中具有代表性 的有； 同济大学的杨佩昆教授在总结我国实践经验的基础上，对城市道路断面不同路幅形式下的交通 4 【一t、邑ef；声 第一章绪论 运行状态进行分析，考虑了非机动车、对向机动车、道路通行能力等因素的影响，分别构造出各路 幅形式道路的路段行程时间函数模型【i 川 东南大学陈学武教授通过对实测数据进行线性回归得出不同交通管制条件下的路段行程速度与 各影响因素间的关系模型。考虑的影响因素主要有机动车负荷、非机动车负荷、公交车停靠、横向 行人干扰等“ r 1 北方交通大学袁振洲博士从动态交通分配角度出发，通过路段上非拥挤段的跃度与车辆实际的 平均行驶速度之比得到行程时间函数，车辆的平均行驶速度由改进的格林希尔治速度一密度模型得到 l “】。模型中考虑了本向机动车流量、道路容量以及交叉e l 排队等的影响，但没有考虑非机动、公交 车等重要因素的影响。 东南大学尹红亮博士在杨佩昆教授研究的模型基础上，结合道路断面形式与交通管理方式，进 一步对道路交通类型进行细分，并针对各类型道路交通的路阻函数影响因素进行分析，利用实测数 据得到了各种道路类型管理下的路阻函数模型n 9 1 吉林大学葛兴利用排队论、车辆跟驰理论等分别对公交影响路段、非机动车影响路段的延误和 行程时间进行理论推导”l 。模型考虑的因素较全面，对这些因素的影响机理进行了深入分析。但由 于模型形式较复杂，所需要的数据较难得到，并且跟实际情况可能有一些差距，因此模型很难在实 际中得到广泛应用。 通过以上路阻函数的研究看出，目前国内既有从理论上进行推导的研究，也有借鉴国外研究方 法和成果，通过利用实测数据，结合我国实际交通状况，对国外模型进行扩展和改进的研究。但是 大部分模型的实用性还需进一步验证。 1 3 研究目标 一直以来都有专家和学者认为大中型车比例对车流速度存在影响，如：有研究曾定性地提到过： “速度流量曲线在一定的流量范围内会随着流量的增加而略有上升，原因是流量的增加使大型车比 例下降了。”在2 0 0 7 届t r b 会议上，有研究利用大量实测数据证实了大型车比例对速度流量曲线 的影响。目前我国已有许多学者和专家对我国城市道路路阻函数模型和影响因素进行了研究，但 由于研究的角度和重点不同，大部分研究缺乏对影响因素的系统，全面考虑，如没有考虑机动车流 构成( 大型车比例) 、横向干扰等因素的影响。基于此，本论文在大量实测数据的基础上分析大型 车比例对速度一流量曲线的影响，并在此基础上，总结和吸收前人研究成果，综合考虑影响机动车流 量、非机动车、大型车( 主要是公交车) 比例、横向干扰等因素，建立既易于操作也符合我国城市 道路实际情况的路段路阻函数模型。为交通规划和交通项目评价提供依据。 1 4 研究意义 路阻函数模型在路网分析中非常重要，它是预测路段平均车速、路段平均出行时间的基本模型， 是划分和确定道路服务水平的必要条件，是进行网络交通分配、网络交通质量评价、网络经济评价 的基础，在道路网络交通规划、道路工程建设项目可行性研究、道路建设项目后评价、道路交通管 理与交通控制中广泛应用1 2 1 。 本论文所研究的城市道路路段路阻函数除了具有上述意义外，其对大型车比例、横向干扰等因 素的分析和考虑，使本论文所研究的路阻函数还可以为城市道路货车限行措施的制定以及人行横道 5 东南大学硕士学位论文 间距设计等提供参考；同时。由路阻函数推导得出的出行速度也是道路功能匹配度分析的依据之一。 1 5 研究方法与思路 目前对路阻函数的研究一般有以下三种方法：一是根据大量的车速、流量及其它交通条件、道 路几何条件等实测数据。建立这些变量与行程时间之间的线性或者非线模型；二是根据交通流三参 数之间的关系模型。推导出交通负荷与速度之间的关系，通过对实际道路条件和交通进行修正得到； 三是应用排队理论等或模拟软件推导除流量之外的其它因素对机动车流的延误。思路一工作量很大， 但因来源于大量的实际数据，因此所建立的模型精度可靠，实用性强；思路二不需要大量调查，由 于采用现有的交通流模型，未必符合实际情况，而模型的精确性不能保证；思路三所得出的模型具 有一定的理论依据，但模型复杂，所需数据较多，难以广泛应用。 随着一些高科技的应用，交通数据的采集变得越来越智能化，交通调查的实施也就变得相对简 单。为了保证模型的可靠性和适用性，本论文将首先根据对已有路阻函数模型的分析，确定各种道 路交通条件下的路段路阻函数模型的理论形式，然后利用实验数据对模型参数进行标定，并进行必 要的检验与分析。由于前述方法获得的模型相对比较复杂，因此，再在实测数据的基础上，采用回 归分析的方法确定出模型形式相对简单的统计回归模型，作为对上述成果的补充与对照。 基于此，本研究将按以下思路进行： 本论文首先根据有无机非分隔将道路分成两大类型：第一类是有机非分隔的道路：第二类是无 机非分隔的道路。并且本研究以城市道路中常见的四块板道路和三块板道路作为第一类道路的典型 代表；由于两块板道路的一些弊端，现在在城市道路中已很少采用，原有的两块板道路也大部分用 机非隔离栅栏改为四块扳道路，本文就不再对两块板道路进行研究，仅以一块板道路作为第二类道 路的典型代表。对于第一类型道路，本论文除了考虑机动车流量对车速的影响，还将重点研究大型 车比例对车速一流量关系的影响；对于第二类道路，本论文将重点考虑的因素除机动车流量和非机动 车流量外，还将考虑行人的横向干扰。由于目前大部分城市道路上都限制货车通行，这里的大型车 辆主要是指公共汽车 1 6 研究内容 本论文的主要研究内容可以分为五部分： ( 1 ) 数据调查与预处理 本论文将首先根据研究思路和研究目标设计详细的交通调查方案，调查本论文后续建模工作所 需的基础数据。方案设计包括确定调查方法及所需设备和人员、选取调查路段和地点、确定调查时 段、所需样本量方法、设计数据收集表格等。原始数据收集完成之后须对数据按照一定的准则和方 法进行预处理。 ( 2 ) 研究大中型车比例对车流速度的影响 本论文将根据调查到的实测数据，从多方面分析大型车比例对车流速度关系的影响分析。由于 第二类道路的路阻影响因素较多，且其大型车比例普遍较小。不易利用实验数据直接分析大型车比 例的影响，因此，此部分研究仅对交通状况相对比较简单的第一类道路进行。 ( 3 ) 建立城市道路路段路阻函数模型 本论文将在总结和吸收前人研究成果的基础上，结合我国道路交通实际情况，综合分析路段车 6 墨= 皇堕堡 流速度的常见影响因素，确定模型形式，并定性分析各种道路条件下可能的模型变量。之后利用实 测数据，通过一定的处理、分析，对模型变量进行定量分析和筛选。 ( 4 ) 模型参数标定与比较分析 本论文将利用分析、处理后的合格实测数据标定模型参数并根据相关评价指标对模型进行检 验和改进，得到适用于我国城市道路常见交通条件下的路阻函数模型。在此基础上，本论文还将对 利用实测数据得到的路阻函数模型与目前在实际中普遍应用的模型进行比较分析同时还将对本论 文的各组函数模型进行横向比较和分析 其中交通调查数据是本研究的基础，大型车比例对速度流量关系的影响分析、路段路阻函数模 型的建立以及模型参数标定和比较分析将作为本研究的核心内容。 7 东南大学硕士学位论文 第二章数据调查与预处理 由于交通现象是一种范围很广泛，且随时间变化的复杂现象，因此很难考虑作一次性全面调查 或任何综合性的描述。交通调查只能在有限的地点( 区域) 和有限的时间内，客观的探求与具体对策有 关的那部分最必需的资料。因此，在作交通调查设计时，明确想要了解交通现象中的哪一部分情况 就显得十分重要。于在记录交通现象的过程中，确定交通流各参数( 如本文涉及的交通量、速度等) 的单位及精度，选择评价对策以及筛选处理的适当方法等也成为重要的问题。实践经验表明，将调 查范围搞得过宽，记录的分类、时间的间隔等描述过细。不仅增加调查时间和经济负担，而且也未 必能更准确地反映交通流特性的实际情况。因此，在制定具体调查方案和细节时，应该注意这些问 题，以免造成人力、物力和财力的浪费1 2 2 1 。 2 1 调查内容与方法 笔者根据本论文的思路，首先确定道路分类的原则，在此基础上考虑各类道路所需调查的数据 类型，确定调查道路的选取原则，在分析各种调查方法特点的基础上，结合将要调查路段的基本特 点确定调查方法，形成调查方案。 2 2 1 道路分类 不同性质的城市道路，交通流运行规律各不相同，因此需要依据一定的规则对道路进行分类， 以便分别对各类道路进行调查研究。现以交通流特征的相似性和差异性为依据，将城市道路分成两 大类型：第一类是有机非分隔道路；第二类是无机非分隔道路。本论文以城市道路中常见的四块板 道路和三块板道路作为第一类道路的典型代表；由于两块板道路的一些弊端，现在在城市道路中已 很少采用，原有的两块板道路也大部分用机非隔离栅栏改为四块板道路，本文就不再对两块板道路 进行研究，仅以一块板道路作为第二类道路的典型代表。 2 2 2 确定调查数据 考虑到不同类型道路交通性质的差异，采集数据的种类也有所侧重。对三块板和四块板道路， 需要调查的数据为：路段行驶车速、机动车流量、机动车车型、交叉口间距、路段路侧开口数( 包 括小支路接口、路外机动车停车场进出口) 、横向行人通道密度、车道数，车道宽、调查路段长度， 此外。对于三块板道路还需要调查对向机动车流量；对于一块板道路，需要调查的数据为：本向机 动车速度、本向机动车流量、机动车车型、对向机动车流量、本向非机动车流量、对向非机动车流 量、路段内的横向行人通道数、车道数、车道宽、调查路段长度。 2 2 3 调查路段选取 出于对降低研究复杂度的考虑，本论文仅针对交叉口之间的路段，并且尽量选取各类型道路中 道路条件( 如交叉口间距等) 具有代表性的路段进行调查。此外，所选路段路面质量应较好( 没有破 损、坑洼等缺陷) ，线形较直，坡度较小。 第一类道路： ( 1 ) 选取交叉口间距为3 5 0 m 5 0 0 m 的三块板道路路段2 条； 7 兰三兰墼塑塑奎兰坌堑 ( 2 ) 选取交叉口间距为7 0 0 m 1 2 0 0 m 的四块板道路路段2 条 第二类道路；选取交叉口间距为2 0 0 m 3 0 0 m 的一块板道路路段3 条。分别为： ( 1 ) 行人通道平均间距1 0 0 m 以上的一块板路段1 条； ( 2 ) 行人通道平均间距为5 0 m 1 0 0 m 的一块板路段1 条： ( 3 ) 行人通道平均间距为5 0 m 以下的一块板路段l 条 而且，在采集数据时，尽量选择在一定距离内没有公交站台的观测点，以避开公交车辆进出站 台减速、停车以及起动对其它车辆的干扰。 2 2 4 调查方法 通过实验采集数据有两大类方法可供选择，即自动采集与人工采集，它们各自的优点和缺点都 非常明显；前者能够以较少的人力花费获得大量的资料，但是对于复杂交通状况( 比如机非混行、横 向干扰严重、车流频繁更换车道的情况) 的适应性不太理想：后者人力花费比较大，而且难以胜任长 时间的连续观测，但是可以处理比较复杂的交通状况1 。 下面将首先介绍一种较为先进的自动采集的视频检测技术和一种改进的人工牌照调查法，在此 基础上，还将介绍一种综合前两种采集方法特点的交通调查方法抽样追踪法。 ( 1 ) 自动采集的视频检测技术 交通数据自动采集的方法很多。在这里不做介绍。本课题中我们应用的是比较先进的广域交通 流视频检测系统( w i d e a r e a v i d e o v e h i c l e d e t e c t i o n s y s t e m ) a u t o s c o p e 2 0 0 4 ，由美国的i m a g e s e n s i n g s y s t e m s ，i n e 研制。该技术对交通运行状况的视频图像( 实时的视频信号或者资料录像带等) 进行处 理，以设置“虚拟检测器”的方法，可同时获取交通量、车型、速度、密度、车头时距、服务水平等 资料。该系统的硬件部分由以下5 个部分组成肼i ： i m a g es e n s o r ( s ) o rv i d e os o u r c e ； c a m e r ai n t e r f a c ep a n e l a u t os c o p em a c h i n ev i s i o np r o c e s s o r ( m v p ) ； w i n c vp r i s mo rc i n e m ap r ob o a r d ； i b m - c o m p a t i b l ep c 。 我们在实验中发现该系统在交通流运行有序而且交通构成不太复杂的情况下适应性比较好( 事 实上我们认为该系统比较适宜于高速公路和城市快速路的交通流研究) ，而对于机非混行、行人干扰 严重的情形则容易产生误差甚至错误，在车辆换道频繁或跨车道行驶的情况下也容易导致数据失实。 另外该系统对于视频采集设备的安装位置有一定的要求( 摄像设备镜头距离路面大于1 l 米) ，若高度过 低则容易产生误判，比如紧跟大型车辆行驶的小型车往往被漏检。 因此，在处理交通流情况比较复杂机非混合行驶的道路或者拥挤交通流情况时，人们更倾向于 采用人工采集法。 ( 2 ) 人工采集一改进的牌照法 采用人工观测方法的观测是一种最常规的交通量观测法，这里不再叙述。下面介绍采用改进的 牌照法进行车速观测。 牌照法能够比较准确地测得不同时段的平均行程时间、各种车辆类型的平均行程速度和车头时 距等，有利于对交通流进行微观分析。但是该方法有一系列固有的缺点碉，其一是：现场劳动强度 大，对于交通繁忙的路段通常只能够连续观测2 小时左右，而且交通量越大，越容易发生牌照号码对 8 东南大学硕士学位论文 应不上导致数据采集失败的情况。为此有研究者针对这种情况提出的改进的牌照识别法，从减轻记 录员的工作量以及改善记录员与观察员之间的协调性入手来对传统的牌照法进行改进 2 5 j 。 改进的牌照识别法对传统牌照法的记录表格进行了重新设计，见表2 - 1 ，其特点是：将时间印制 在表格上，从而使记录员省略了时间的记录，当听到观察员的牌照号后，只需观察计时设备并在表 格中相应的位置填入车牌号即可。 表2 - 1 牌照法和改进的牌照法调查用表 牌照法车速调查表 车辆类型牌照号码起点时间终点时间行程时间区间车速 改进的牌照法调查用表 时分秒 o 0 20 30 4 嘶07雌09 1 0l1 21 31 41 51 61 71 81 9 22 22 32 42 52 g2 72 82 9 ，3 23 33 4 3 5 3 63 73 8” 柚4 24 34 4 4 5 4 64 7 4 8 4 9 5 25 35 4弱5 65 8 5 9 o0 20 30 4 0 5 0 60 70 80 9 l1 21 31 41 5m1 71 81 9 2 0 22 22 32 42 52 62 7 2 8 2 9 33 23 33 43 53 63 73 8” 柚44 24 34 44 54 f i4 74 84 9 5 25 35 4 5 55 6 5 t 5 8 5 9 00 20 30 4 0 5 0 60 70 80 9 l i1 21 3 “u 1 61 7 1 8i 2 0 2 2 22 3 2 42 5 2 62 72 82 9 33 2 3 3 3 43 5 3 6 3 73 l3 9 4 0 44 24 34 44 5帕474 84 9 g55 2 算耶 5 65 75 85 9 ( 3 ) 抽样追踪法 抽样追踪法的基本想法是分别记录车辆通过路段起点断面( 断面i ) 和终点断面( 断面) 的时 刻，二者之差即车辆通过该路段的行程时间田j 。所需的仪器设备包括秒表、摄像机等。观测时，分 别在断面i 、断面设置观测员，双方通过对讲机联系。断面i 安排1 名观测员，负责车辆抽样，同时 记录抽样车辆通过断面i 的时刻，并将抽样车辆的车牌号通过对讲机通知断面观测员，断面观测员 收到信息后，先记录抽样车辆的车牌号，并观测和记录下该车通过断面的时刻。 另外需同时观测路段交通量。观测方法建议采用摄像法，便于采用视频检测技术自动统计交通 量，也便于重复观测，提高所获取数据的可靠性和精确度。 记录所需表格如表2 - 2 所示。 表2 - 2抽样追踪法观测路段行程时间记录表格示例 路段名称行车方向 观测日期起始时间天气状况 序号车牌号车型特征通过断面i 时刻通过断面1 1 时刻 抽样追踪法的优点是对路段无任何特殊要求，对所有场合均可采用此法进行观测，所记录的结 果直接可用，事后工作量小。其缺点是现场所需人力较多，现场工作强度大，且观测过程不可重复。 另一个问题是路段行程时间数据与相应的交通量数据的匹配比较麻烦。 9 第二章数据调查与分析 根据数据采集点布设方法的不同，还可以将调查方法进行分类：断面观测法和区间观测法。 ( 1 ) 断面观测法 断面观测法应用于线性平直、横向干扰程度低的情况下。可以获得除了超车率以外的其它各交 通特性数据，是城市快速道路数据采集的首选方法1 2 1 。通过交通量自动采集仪器可以连续收集速度、 交通量、车头时距等交通流数据，设备布局方法如图2 1 所示： 中央分隔带 - ， ， ，t， 车道l _ _ - - - _ _ - 1 p 聘 车道2 图2 1 断面观测法现场布置示意图 为了研究城市道路中运行车辆在不同车道的分布及其特性，城市道路的断面观测法都是分车道 进行的。 ( 2 ) 区间观澍法 区间观测法的布置如图2 2 所示，可用于较长的，非平直道路，如山区和城市道路中视距不足地 点。这种观测法可以同时获得车速、流量、密度等各种资料 摄像帆 o i 器道1 l = = f - i l l 2 l 断面1断面： 数据采集仪1数据采集仅2 图2 2 区间观测法现场布置示意图 在本论文中，对于道路条件较好、交通运行相对简单的第一类道路，采用视频检测法和断面观 测法调查机动车的速度、流量、车型数据。同时，人工记录所调查路段的道路状况，如：路段路侧 开口数( 包括小支路接口、路外机动车停车场进出口) 、横向行人通道密度、交叉1 3 间距、车道数、 车道宽等。 1 0 东南大学硕士学位论文 由于一块板道路上交通状况较复杂，横向干扰程度大，我们采用抽样追踪法调查路段上车辆的 行程时间和车型数据，同时，采用人工法调查非机动车流量数据和道路状况数据。 2 2 调查实施 2 2 1时间安捧 本论文的调查选择在就近的南京市市区展开，调查期从2 0 0 7 年4 月到5 月，主要选择天气晴朗、 温度适宜的白天进行。时间跨度从上午6 ：0 0 至下午6 ：0 0 不定，每次调查时长为3 至4 d 时，以期获得最 佳的数据观测样本量。 2 2 2 调查地点 经过多处踏勘后，最后选定七条路段作为调查对象，其道路状况如表2 - 3 和表2 4 所示： 表2 3三、四块板道路属性调查表 路段名称路幅形式车道数气挚黼严镶荇惯帮交叉口间距 太平北路 ( 珠江路北四块板 63 5 5 00 0 约5 0 0 m 京西路) 虎踞中路 ( 草场门模四块板83 7 56 5 范路) 中央北路 ( 和燕路郭三块板63 7 55 0 家山路) 西康路 ( 扬州路汉三块板 43 54 0 口西路) 约l 伽1 0 m 约5 0 0 m 约5 0 0 m 2 2 3 人员、仪器配备 在本次研究中，我们充分应用了各种先进的观测仪器，比如a u t o s c o p e2 0 0 4 擞码相机，摄像机 以及秒表等，在调查现场把观测人员降到最少，同时也最大程度提高了数据的准确性 交通调查实施的人员配备上：断面观测法仅需要1 人，操作视频设备进行交通流状况的观测和记 录。然后内业进行数据处理。研究采用了晟新的美国i s s 公司a u t o s c o p e 系列产品，也可称为虚拟视频 采集仪，通过与电脑软硬件结合，将摄录的实际交通流资料转化为我们所需的交通流特征资料，获 得诸如速度、流量、车头时距、车型比例等大量有效数据：区间观测法采用的是抽样追踪法，需要 三入，车流的上、下游断面分别设一人观测记录，另设一人操作视频设备。 l l 第二章数据调查与分析 抽样追踪法相对于原来的人工车牌照法，大大减少了实验人员的工作量和压力，同时也提高了 实验数据的准确度。 2 3 数据预处理 数据预处理包括对原始调查数据的统计处理，形成所需的样本数据点，接着对这些样本点按照 一定的规则进行初步筛选，以提高数据整体准确性。即通过确定样本量、统计间隔、统计计算方法 等形成所需的样本数据点。 2 3 1 原始数据统计处理 2 3 1 1 确定样本量 由于城市道路交通流建模分析中关键的速度、流量参数都是随机变量，为了保证这些参数能够 有足够的精度，必需保证一定的实测样本量。如果以实测速度作为必需保证精度的参数，理想条件 下的最小观测样本量可以按照式( 2 1 ) 计算 2 8 1 ： n 障1 2 ( 2 - 1 ) le 其中：n 一样本量o s 一样本标准差，假设速度标准差为5 1 0 k r n m ； k 一常数，当置信度为9 5 ( 9 0 ) 时，k = i 9 6 ( 1 6 4 5 ) ； e 一容许误差，假设速度容许误差为2 5 k m h 当车速的精度要求为置信度9 5 ，误差为2 k i 曲l ，标准差为1 0 k m h 时，应该取最佳样本量进行 采集2 如果将误差降为：l = 5 k m h 时，可以取最小样本量进行采集。 表2 5最佳样本量的确定 如表2 - 5 所示：如果按最小样本量取值，则后续每个模型的标定至少需要1 6 组样本数据；如果按 最佳样本量取值，则标定每个模型需要4 8 组样本数据。 2 3 1 2 确定统计间隔 在建立流量、速度、密度关系