（道路与铁道工程专业论文）高速公路施工路段交通组织方案设计与评价研究.pdf

东南大学顽士学位论文 中文摘要 摘要 高速公路为能适应年平均昏夜小客车交通量为2 5 0 0 0 辆以上，专供汽车分道高速行驶并全部控 制出入的公路。伴随着我国高速公路里程的快速增长，高速公路的交通量也呈不断增长的态势加 上部分高速公路是在原有的一级公路上改造形成的，致使大部分尚速公路的路面条件以及交通设施 部不同程度的遭到了破坏高速公路的施工养护作业变得越来越频繁，成为高速公路发生交通拥挤 以及造成各类交通事故的重要原因。因此，开展对高速公路施工路段交通组织研究显得十分迫切。 对国内外研究现状进行了分析，在此基础上提出了研究问题及重点并提出论文框架。接着研 究了高速公路施工路段交通特性和高速公路施工路段交通组织。与高速公路基本路段相比施工路 段道路交通条件发生了明显的变化，这种变化对驾驶员的驾驶行为及施工路段的交通流特性产生了 深刻的影响；在对高速公路施工路段交通特性深入分析的基础上，参考现有一般公路施工路段交通 组织方案，充分考虑高速公路的行车特点等因素，进行高速公路籀工路段交通组织方案设计研究。 研究了高速公路施工路段交通组织方案评价指 ，、体系和高速公路施工路段交通组织方棠评价方 法。通过方案评价指杯体系的研究，确定了施工路段饱和度，施工路段平均车速、施工路段交通密 度以及施工路段平均行程延误四个指杯作为评价指标；通过分析比较采用了动态综合评价方法。 最后对典型的双向四车道施工情形进行交通仿真，并结合仿真结果埘案例进行评价，评价通过， 验证了本论文关于高速公路旌工路段交通组织方案设计及评价研究的正确性。 【关键词l ：高速公路，施工路段，交通组织，指标体系，力案评价 东冉大学硕士论文 甍文摘要 a b s t r a c t t h ee x p r e s s w a yc a ns u p p l yac a p a c i t yo f a b o v e2 5 0 0 0v e h i c l e sf o rc a r sp e rd a ya n dn i g h ta v e r a g e l y ， a n dp r o v i d ep a r t e do r i e n t a t i o n sa n dr o a d w a y sf o ra u t o m o b i l e ss p e c i a l l yw i t hc o n t r o l l i n gu la n do u t w i t h t h ef a s tg r o w t ho ft h ee x p r e s s w a ym i l e a g eo fo u rc o u n t r y , t r a f f i cv o l u m eo fe x p r e s s w a y sa l s oi n c r e a s i n g ， a n ds o m ee x p r e s s w a y sb e i n gr e c o n s t r u c t e df r o ma r t e r i a lr o a d s ，r o a ds u r f a c ea n dt r a f f i cf a c i l i t yo ft h e m a j o r i t yo f e x p r e s s w a y sa r ed e s t r o y e dw i t hd i f f e r e n td e g r e e s m a i n t e n a n c ea n dc o n s t r u c t i o no fe x p r e s s w a y a r eb e c o m i n gm o r ea n dm o r ef r e q u e n t ，a n di th a sb e e no n eo ft h em o s ti m p o r t a n tr e a s o n sf o rt h et r a f f i c c o n g e s t i o n sa n dm a n yt r a f f i ca c c i d e n t so nt h ee x p r e s s w a y s s o i ti su r g e n tt os t u d yt r a f f i co r g a n i z a t i o no f e x p r e s s w a yw o r k ss c c t l o n s b o t hd o m e s t i ca n da b o a r dr e s e a r c h e sa r ea n a l y z e d ，a n dt h es t u d yi s s u e s ，e m p h a s e sa n df r a m e w o r ko f t h ep a p e ra r ep u tf o r w a r d t r a f f i co r g a n i z a t i o na n dt r a f f i cc h a r a c t e r i s t i co f e x p r e s s w a yw o r k ss e c t i o n sa r c s t u d i e d c o m p a r e dt ot h eb a s i cs e c t i o no ft h ee x p r e s s w a y , t h e r ea r em a n ye v i d e n tc h a n g e so ft r a f f i ca n d r o a dc o n d i t i o nb e t w e e nt h e m ，a n dt h e s ec h a n g e sg r e a t l ya f f e c tt h eb e h a v i o u ro f t h ed r i v e r sa n dt r a f f i cf l o w c h a r a c t e r i s t i co fw o r k ss e c t i o n s w i t h i n d e p t ha n a l y s i s o f ft r a f f i cc h a r a c t e r i s t i co fw o r k ss e c t i o n s ， c o n s u l t i n gt r a f f i co r g a n i z a t i o no fg e n e r i cr o a dw o r k ss e c t i o n se x i s u n g ，c o n s i d e n n gt r a v e l l i n gp a r t i c u l a r i t y o fe x p r e s s w a yw o r k ss e c t i o n se n o u g h ，t r a f f i co r g a n i z a t i o no fe x p r e s s w a yw o r k ss e c t i o n si sd i s c u s s e di n d e t a d p r o j e e te v a l u a t i o nm e t h o d sa n dp r o j e c te v a l u a t i o nt a r g e t ss y s t e ma r ea n a l y z e dt h r o u g hr e s e a r c ho n p r o j e c te v a l u a t i o nt a r g e t ss y s t e m ，s a t u r a t i o nd e g r e e ，a v e r a g es p e e d t r a f f i cd e n s i t ya n da v e r a g et r a v e ld e l a y o fw o r k ss e c t i o n sa r cd e f i n e dt ob ee v a l u a t i o nt a r g e t s a n dt h r o u g hc o m p a r ea n da n a l y s i s ，d y n a m i ca n d s y n t h e t i c a lp r o j e c te v a l u a t i o nm e t h o d sa r ea d o p t e d 【l lt h ee n d t h ed e m o n s t r a t i o no ft r a f f i cs i m u l a t i o no nc o n s t r u c t i n gs l t u a t i o oo ft y p i c a lb i d i r e c t i o n a l f o u rl a n e si sp r o v i d e d a n dt h ec a s ei se v a l u a t e dw i t hs i m u l a t i n gr e s u l t a n dt h ee v a l u a t i o ng e t sa c r o s s a l s o ， t h es t u d yo nt r a f f i co r g a n t z a t l o na n dp r o j e c te v a l u a t i o no f e x p r e s s w a yw o r k ss e c t i o n sp r o v e st ob er i g h t k e y w o r d s ：e x p r e s s w a y ，w o r k ss e c t l o a s ，t r a f f i co r g a n i z a t i o n ，t a r g e ts y s t e m p r o j e c te v a l u a t i o n 学位论文独创性声明 y 1 0 3 8 3 8 8 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。 关于学位论文使用授权的说明 血乡 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) 论文的伞部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大 学研究生院办理。 日 期：! ：! ：j 第一荜绪论 1 1 引言 第一章绪论 目前，全世界已有8 0 多个国家和地区拥有高速公路，通车总里程超过了2 3 万公里。中国的高 速公路里程2 0 0 5 年底已达到3 8 万公里，稳_ i 苦世界第二位。1 9 8 8 年1 0 月3 1 日，上海至嘉定1 8 5 公里高速公路建成通车使中国大陆的高速公路有了零的突破。此后1 7 年间，我国高速公路建设突 飞猛进，特别是1 9 9 8 年国家提出加快基础设施建设后高速公路建设进入一个前所未有的黄金时期， “两纵两横”及京沈、京沪，京珠等三条重要高速公路已经贯通，纵穿南北、横贵东西、贯穿全国 主要大中城巾的高速公路网络骨架已经仞步形成。2 0 0 4 年1 2 月1 7 日，国家高速公路网规划已 经国务院审议通过，规划确定的国家高速公路网采用放射线与纵横网格相结合的布局形态，构成 由中心城巾向外放射以及横连东西、纵贳南北的公路交通大通道，包括7 条首都放射线、9 条南北 纵向线和1 8 条东西横向线，即所谓的“7 9 1 8 网”，届时会形成“首都连接省会省会彼此相通，连 接主要地市，覆盖重要县市”的高速公路网络，总规模大约为8 万5 千公里。 这些高速公路的建成通车对于改善我国公路交通运输状况，加强各地区的交通联系，促进区域 之间经济的协调发展，起剑了巨大的支撑作用。然而，随着高速公路的发展车流量的增加，相应 的高速公路交通拥挤，交通安全和对环境的污染等问题也逐渐表现出来，尤其是随着高速公路路况 的衰减所带来的养护作业时的变通组织问题亟待解决。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 由于各欧美发达田家高速公路的建设起步较我国为早，高速公路刚络已基小建成，冈此，它们 对高速公路施工路段的交通组织与通行能力已经进行了较多研究。 最早丌展对公路施工路段交通安全，交通组织和通行能力研究的地区足美国的德克萨斯, 1 4 1 。日 在1 9 7 9 年，r i e h a r d s s h ，a n do u d e k ，c l 就歼展了对高速公路养护施工管理策略的研究。 1 9 8 1 年，m j f a u l k n e r ，s h r i c h a r d s 义对施工路段的交通安全及交通控制进行了研究“。此后， 施工路段的各专项研究越来越受到全美各交通部门和研究机构的重视。 1 9 9 8 年k a r e nk d i x o n ，j o s e p he h u m m e r ，n a g u im r o u p h a l l 等人研究了高速公路施工 路段排队长度的评估力法“1 。t 9 9 9 年，j a m e sm l g l e t z t e r r yl g r a h a m 等人从交通安全的角度卅 发对公路施工路段的限选标准进行了研究，建立了交通安全水平与车速限制之间的关系。2 0 0 0 年， a h m e da i k a i s y ，m t a oz h o u ，f r e dh a l l 等人在对t o r o n t o 南部的g a r d l n e r 高速公路进行了为期叫天， 总计5 3 小时的施工路段拥挤交通调查，调查基本显示了施工路段的通行能力与h c m 基本一致，同时 也明确了施工路段通行能力与驾驶员的性格，分布，星期儿以及天气状况等冈素密切相关”1 。 2 0 0 2 年s t e v e ni c h i e n 和h t m a n s h uc p a t e l 对主要服务十通勤出行的双车道公路施工路段 各控制路段的长度进行了研究，该研究足以双向总费用最低为约束条件的 。2 0 0 4 年s a r a s u a d a v i s c l a r k e ，k o t t a p a l l y 。a n dm u u k u t l a 等人利用从2 0 0 1 年9 月到2 0 0 2 年8 月所观测的流量数据对施 工路段不同封闭车道条件下的通行能力进行了研究提出了施工路段通行能力的修止模型，并且在 模型开发过程中对施工路段数据的采集和分析方法进行了总结i 1 。 综上所述，国外存高速公路施工路段的交通组织的研究一直存持续但仍没有形成系统的组织 以及许价体系。 东南人学硕士学位论文 1 2 2 国内研究现状 施工路段的交通组织方面，= e 要有交通部颁发的公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 - 2 0 0 1 ) ”以及各省及所属地方部门制定的施工路段管珲办法。此外，道路交通杯志杯线( 6 5 7 6 8 1 9 9 9 ) 也对施1 二路段安伞标志的设置作了相应的规定，并给出了部分施工情形下的施工交通组织方案”1 。 2 0 0 4 年3 月，冯超铭从高速公路养护作q p 施t 路段交通安全的角度，分析施工路段的分段组成阐 述施工路段交通标志的设置，并引用，比较了国外文献资料介绍的设置参数，介绍了流动作业车辆 的施工安仝防护“，2 0 0 4 年6 月，周茂松、吴兵、盖松雪应用v i s s i m 仿真软件对旌工路段通行能 力进行了微观仿真分析“。2 0 0 4 年7 月，吴新开、吴兵分析了施工路段各种速度控制方法，并对其 中某些方法进行了综合和改进“。2 0 0 4 年过秀成教授也开始了对高速公路施工区的交通控制的研 究。 总之，高速公路旌工路段的交通组织研究在我国仍处于起步阶段。 1 3 问题的提出 随着我国高速公路的快速发展，高速公路变通毫的增长速度更是惊人，高速公路上货车超载现象 也相当严重，早期修建的商速公路逐渐接近使用年限并且斋| j 分高速公路是在原有的一缀公路j 二改造 形成的加上局速公路管理上作相对滞后致使大部分高速公路的路况都不同程度的遭到了损坏， 需要维修或者改建因此，将会有越来越多的养护维修作q k 路段在高速公路上出现。而保让这些工 作路段的安全。成为高速公路管理t 作中最节要的事情。目前，我国高速公路施路段的交通组织 方案丰要依靠高速公路交通安全设旋设计及施工技术规范( j t j 0 7 4 9 4 ) “，道路交通杯志杯线 ( 6 5 7 6 8 一t 9 9 9 ) 、公路沥青路面养护技术规范( j t j 0 7 3 2 - 2 0 0l ) 以及备地方部fj 制定的施工路段 管理办法，然而，这尴规范和管理办法对普通公路施t 路段作了一此简单的操作规定，对施工现场 安全控制设施的布管提出了指导性的建议并没有允分考虑高速公路的行t 特点、施下规横及交通 量等因素，从而导致现状施1 二路段的变通组织( = ! c l l 施丁路段备拧制段的长度标卅及限速标讦 ) 存在 i 者多不合理之处，严毛降低了高速公路的通行能力及服务水平，影响了高速公路的绎济效益和社会 效益的正常发挥。因此，开展对高速公路臆1 = 路段交通组织研究口得十分迫切。 为了优化高速公路施工路段的交通组织，避免交通组织的决策失误，自必璺通过各种手段( 譬 如利用交通仿真软件埘交通系统进行仿寅) 埘高速公路施工路段交通组织方案进 j 评价，以期在交 通组织方案实施前就知道该方案的实施效果，并根据评价结果尽可能地对交通组织方案进托调整， 然而由于高速公路施工路段的交通组织是个极其复杂的系统，交通组织涉及到的众多因素很多难以 量化。因此，有必璺灯高速公路施工路段交通组织方案的评价方法和关键技术j j 以研究，以优化交 通组织，更好地为施丁路段的高速公路广犬参与者提供一个安全，通畅，便利，舒适的交通环境。 1 4 本文研究重点 本文主要研究高速公路施工路段交通组织相关问题，包括： ( 1 ) 高速公路施工路段交通特性研究 研究分析高速公路施工路段道路条件与交通条件的变化对驾驶员的驾驶行为及施工路段的交通 流特性产生深刻的影响。施工路段交通特性主要包括施工路段交通控制段的划分车辆运行特性 驾驶员的信息需求、处理以及驾驶行为特征，以及施工路段的交通流统计特性等。 ( 2 ) 高速公路施工路段交通组织研究 在对高速公路施工路段交通特性深入分析的基础上，参考现有一般公路施工路段交通组织方案， 充分考虑高速公路的行车特点、施工规模及交通量等因素，进行高速公路施工路段交通组织方案研 2 第章绪论 究。 ( 3 ) 高速公路施工路段交通组织方案评价指标体系研究 对高速公路施工路段交通组织方案进行系统评价，建立一套关系合理的高速公路施工路段交通 组织方寰评价指标体系。评价指标包括施工路段饱和度，施工路段平均车速，施工路段交通密度， 施工路段平均行程延误等等。 ( 4 ) 高速公路施工路段交通组织方案评价方法研究 鉴于高速公路施工路段交通组织力案是一个受多冈素影响的综合方案，所以应该采用多指标综 合评价力往。对常甩综合评价方法进行比选，结合高速公路施工路段的特点，选择合理的评价方法， 对方案进行评价。 ( 5 ) 高速公路施工路段交通仿真案例及评价 对典型双向四车道高速公路的施工情形运用交通仿真软件( v i s s i m ) 进行交通模拟得到评 价所需各1 日指标，进行计价，从向验证了方案评价指标体系的合理性，实现利用方案评价体系来评 价交通组织的目的，由此确定在不同交通组成，不同施工情形下施工路段的交通组织最优化方案。 1 5 论文框架 绪论 交通特性分析 交通组织方案设计 方案评价指标体系研究 方棠斤价方法研究 交通仿真案例及评价 结论和展望 计价厅洼的比选 功惫综合计价法 v i s s i m 仿真 仿真结果评价 图i - i 论文框架i 茎l 上 墨票量置熹垩羞一 高速公路旌工路段交通组织方案设计与评价研究 东南大学硕士学位论文 第二章高速公路施工路段交通特性分析 本章将对高速公路施工路段人的交通特性、车辆运行特性，道路基本特性以及交通流特性进行 研究。其中人的交通特性主要通过对驾驶员的信息需求、处理信息的方式以及驾驶行为的三阶段和 特征进行研究：车辆运行特性主要通过对扩入车辆对路段交通流的影响、超车道车辆优先通行以及 行车道汇流的强制性方面进行研究：道路基本特性主要通过对高速公路施工路段各交通控制段划分 的角度进行研究；交通流特性主要通过对车头时距，车速、车道占有率等方面进行研究。 高速公路施工路段道路条件与交通条件的变化对驾驶员的驾驶行为及施工路段的交通流特性等 方面都将产生深刻的影响，因此，非常有必要对高速公路施工路段交通特性进行系统地分析。 2 1 施工路段人的交通特性 人是交通系统中的主要部分。一般道路交通系统中的人包括驾驶员、乘客和行人。在高速公路 施工路段这一特殊交通系统中，涉及到的人员包括驾驶员、乘客以及旋工人员。下面主要分析与交 通组织关系密切的驾驶员的交通特性“。 2 1 1 驾驶员信息需要 汽车在高速公路上行驶时驾驶员要根据周围的环境，道路交通丰，j 、志、标线、交通安伞设施以 及车内仪表等提供的信息米进行车辆的撺制。信息的获呶可以通过视觉，听觉，触觉以及嗅觉等， 但据研究驾驶员8 0 以e 的信息是通过视觉通道获取的，其次是听觉。 当汽车进入高速公路施工路段后驾驶员必须审视m 现的各种情况，除沣砚车行道以外还需 注视前面的汽车及邻近车道的汽车；驾驶员璺不时的沣意道路曲侧以及施工作业路段的各种交通标 志、杯线以及交通安全设施的设置，还璺注视反光镜，且应及时核对仪表盘。 实验表明对于驾驶员来说，有一个最适宜的观察目标密度，在这种密度情况下，驾驶员的情 绪不至于紧张，较有把搓驾驶汽车，对午辆由高速公路基本路段驶入施工路段段也能及时做小反麻， 适宜的目标密度和环境信息的多样化，宵助于驾驶员的沣意力集i p ，驾驶员的信息负担量过多或过 少，部小利于驾驶员安全驾车，就高速公路施工路段而言，施工路段段杯志，杯线、情报板以及交 通设施过少驾驶员获取的施工跻段交通信息量就会小足，往往会导致驾驶员作错误的划断，造 成交通事故。佃当施工路段的目标密度过大，即“信息过载”时，驾驶员处理获取的信息需些很多 的时间，容易造成驾驶员的驾驶疲劳或由于杯志出现的太频繁而厌倦，忽视了重婪的交通信息也 不利于驾驶员作h 正确的判断开采呶丰h 麻的措施。凶此n 设置高速公路施工路段的交通杯志、杯 线，可变情报板，以及布设交通安全设施时一定要考虑驾驶员的信息需求合理而自效地向驾驶员 提供交通信息。 s d 陶2 - t 高速公路施工路段驾驶员信息需求与供给量关系图 4 第一章高速公路旋工路段交通特性分忻 2 1 2 驾驶员处理信息的方式 在高速公路施工路段上行驶的汽车，其驾驶员、汽车和道路环境构成了典型的人机环境系统( 如 图2 2 所示) 。在该系统中，驾驶员是最活跃的要素对行车安令起着蕾导控制作用，是保证道路交 通系统安全化功能的关健。 当汽乍行驶在高速公路施工路段时，驾驶行为是信息感知、判断决策和动作所组成的一个不断 往复进行的信总处理过程，亦即感知作用于判断决策后影响剑动作，首先是高速公路上来往年辆， 道路交通标志标线，各种交通安全设旌、路面状况以及汽车本身的运行情况等外界信息，通过驾驶 员的视觉，听觉和触觉等感觉器官传入驾驶员的大脑，驾驶员依据其驾驶经验予以加r 后，作出相 应的判断和决策，然后再通过手、脚等运动器官发出调整方向和速率等指令，从而改变汽午- 运动状 态和操纵目的。而汽车行驶轨道，相对于高速公路路的适应程度、振动、速度以及各种操纵后汽车 的行驶变化冉通过上述过程反馈给驾驶员，同时驾驶员仍在不断接受道路及环境信息调节自身驾 驶状态以适应新的道路环境信息，确保汽车的操纵稳定性、可靠性和安全性。 r 一一一t 一一1r 一 ；旎工路段道路交通环境 l 一- l 一一j l 一上一一j 斗 重要作用 - - - - - - - - - - - - j - 经常作用 图2 2 驾驶行为与尚速公路施1 = 路段道路变通系统相互作用简图 东南太学硕士学位论文 2 1 3 驾驶行为的三阶段 由图2 - 2 可知，驾驶员与高速公路旃t 路段道路交通环境的联系是通过汽车的“过滤”来实现 的，而驾驶行为对汽车运行状态的影响则表现为驾驶员的不同动作。因此依据对人行为的刺激( s ) 一机体( 0 ) 一反应( r ) 经典模式的拓展，驾驶汽车的的行为可分为三个阶段即感知阶段、判断决 策阶段和动作阶段。针对于高速公路施工路段的特殊性，基于驾驶员的行为效用，驾驶行为可分为 调整阶段，稳定阶段和恢复阶段。 ( i ) 调整阶段 在施工预告段和上游过渡段，驾驶员获取交通标志信息，并对其进行加工，做出驾驶行为的调 整。 ( 2 ) 稳定阶段 在上游过渡段、施工作业段和下游缓冲段驾驶员的行为动作相对比较平稳，但在这个阶段驾 驶员要 5 l 持着高度紧张的状态，时刻提防意外情况的出现，譬如施工人员、施工车辆的出入以及障 碍物等等。 ( 3 ) 恢复阶段 在下游过渡段和施工终止段，驾驶员通过对断而宽度刚复以及限速解除等交通信息的感知和处 理，做出恢复交通的驾驶行为。 在上述每一阶段中都包括感知阶段、判断决策阶段以及动作阶段。这样，驾驶行为不仅是信息 感知判断决策和动作三阶段不刚断的多次串联组合，而且也是三者连锁反廊的组合。于是，高速 公路施工路段道路交通系统中驾驶行为( b ) 可看做驾驶员( d ) ，汽车( a ) 和道路交通环境( e ) 相 互作片j 的函数即 b = f ( d a ，e )( 2 1 ) 由此可知，驾驶行为不仅受汽车仪器仪表显示，运行情况和道路环境的直接影响，1 1 j 且也与驾 驶员的知识，经验，生理，心理机能等有关，体现在三者的交互制约上。 2 1 4 驾驶行为特征 1 生道路交通系统| | i 起毛导拧制作用的驾驶员，一方面其自身作为一个极其复杂而又相对高度完 美的自适应反馈系统有利于驾驶行为的j 下确另一方面驾驶员所具有的功能自南度义导致不同程度 的驾驶萃错。因此，道路交通系统中驾驶行为具确明显的特征： ( l ) 复杂性 驾驶员信息加工的衰减性、处理能力的局限性以及高速公路施工路段交通系统中诸多因素的干 扰，导致驾驶行为的形成极其复杂。 ( 2 ) 模糊性 影响驾驶行为的因素既官主观铡素义有客观闶素，且各因素对驾驶 r 为的影响程度较雄确切 描述，具有一定的模糊性。 ( 3 ) 自学习性 在许多隋况下，驾驶员能及时发现差错亓能时差锚即将造成的危除后果予以恢复或部分愀复， 即具有对差错状态的饮复能力。 ( 4 ) 相关性 驾驶行为具体体现在感知差错影响到判断决策的正确甚至动作的准确，而判断决策差错则直接 制约到动作的协调。 ( 5 ) 延续性 在驾驶过程中，驾驶员的后续行为要受到前续行为状态的制约，即前续行为的茬； 有可能导致 后续行为的不正确。 6 幕一章高速公路施工路段交通特性分析 ( 6 ) 时变性 驾驶行为随驾驶时问的变化而发生变化。 ( 7 ) 随机性 驾驶员在具体的时问，具体的地点和具体的道路交通状态中。其行为表现形式是很不确定的。 ( 8 ) 自适应性 驾驶员对汽车运行状态的识别、对外界环境动态信息的处理，其变化范围很大，但一定程度上 可以通过自身的调节和控制与之相适应。当驾驶员进入施工路段后，驾驶员会自动调整自己的认知 状态，并通过一定的动作反映出来。 ( 9 ) 离散性 驾驶行为由感知、判断决策和动作构成的行为单元组成，每一单元相对独立又彼此联系，即在 一定的时间内实现的行为单元或多或少，从i i l 表现出不问的驾驶行为。 ( 1 0 ) 突变性 驾驶羞错对驾驶行为具有十分显著的影响但这种影响状态一般应持续一定的时问，且受各种 因索的交互作用在特定的道路交通状态下，才能使驾驶行为发生某种突发性变化而破坏通路交通系 统的安全化功能从f i i 肇发交通事故。 对于高速公路施工路段的驾驶行为，除上述特征以外，更具以下三个明显特征： ( 1 ) 高强度性 相对于一般路段高速公路施工路段的驾驶行为调整更加频繁，密度史大。 ( 2 ) 高灵敏性 由十高速公路施工路段道路交通环境的特殊性这就要求驾驶员应该非常灵敏地做出驾驶行为 的变换。 ( 3 ) 高安全性 高速公路施工路段是交通事故易发路段，因此要求驾驶行为必须具备高度的安全性。 2 2 施工路段车辆运行特性 行车道上的合流车辆要进入超牟道，必须在超车道上寻找可接受间隙。在必要的情况f ，迎焉 要调帮加速度大小，实施合流换4 三道操作从而使合流牟辆与超4 - 道上的盲行4 - 辆共同行驶在一条 车道e ，直至通过施- l 路段。 2 2 i 汇入车辆造成施工路段交通流的重分布 行车道车辆汇入超车道，对超车道上车流的影响非常大，其影响宏观袁岘为车辆存车道上分布 的变化。对高速公路的基本路段【f i 言，车辆存高速公路上的行车道和超车道上的分布足均衡，稳定 的。当驾驶员看到施工路段第一个提示标志时，为保持车辆能顺利迎过施工路段，部分行车道上的 车辆就开始向超车道转移这种情况在交通量较大的情况下表现的史加明显。从f l j 引起交通量在不 同车道上的重新分布，结粜使行车道上越接近作业路段，行驶的车辆越少。与此同时，由千行车道 车辆的 入，超车道上交通量明显增多，车速降低车魔出现紊乱现象。 2 2 2 超车道上车辆优先通行 行车道合流车辆在汇入超车道过程中，婪与原米在超车道上行驶的车辆争夺行驶空州。据观测， 二者在争夺时机会不均等，超车道车辆将享受优先权。因此，只自超车道出现足够夫的空隙时行 车道上的车辆才能进行汇入；否则，行车道上的车辆 l 胄等待下一个空隙，重复1 _ j 样的判断，一直 到出现可按受问隙，完成汇入行为。 7 东南大学硕士学位论文 2 2 3 行车道汇流的强制性 与匝道车辆必须在加速辛道长度范围内完成汇流过程类似。当前方进行旖工作业时，在行车道 e 行驶的车辆必须在施丁路段第一个提示标志与施丁路段起点之间的这段长度内换车道车超车道， 完成汇流行为，否则车辆就会出现排队。因此，行车道汇流具有明显的强制性。在交通晕比较大 的情况下，这种强制性的汇流行为对超车道车辆行驶将确较大的影响，因为汇流车辆可能强制驶入 超车道，而迫使紧随其后的超牟道上的车辆减速，紧急跟驰行驶，以确保行车安全。 2 3 施工路段道路基本特性 高速公路施工养护作业是在局部封闭的施- 作业路段中进行的，施- 作业路段附近乍流量大 交通环境等。施t 路段一股设置了标志、标线、渠化设施，障碍物，并配备了施作业乍辆。 舆霉l 的双向四车道高速公路在养护施工时，为了保证给道路的使用者和施工工人提供最大的安 全保护，一股施- 【路段具体可分为以下几个部分( 如图2 - 3 所示) “； ( 1 ) 施工预告段 提示前方道路施工，使驾驶员注意交通变化情况以便及时采取措施；在施工封锁施t 作业路 段前方，应设立施警告标忐，用于通告道路的交通阻断、绕行情况，使司机有时间调挚其行车速 度。 ( 2 ) 一卜游过渡段 起导流作用，引导车辆改变行驶方向致使车辆变换午道由彳了车道汇合于超车道。也可以形象 称之为汇流渐变段。 ( 3 ) 一t - 游缓冲段 为行车者和施丁人员提供缓冲保护，缓冲路段内不准停放器具、车辆，材料禁i l 工作人员停 留，以避免由于车辆失控出现的事故。 ( 4 ) 施 二作业段 是养护施工人员活动和工作的地方车道与作业路段之间必须设置隔离装置，作业路段还应为 工程车辆提供安全的进出口，施工作业段全程用带存方向指示的路拦或锥形交通丰，j 、志与通行午道进 行隔离。驶入该路段的车辆小能超车只能跟驰行驶。 ( 5 ) 下游缓冲段 为行车者和施工人员提供缓冲保护。 ( 6 ) 下游过渡段 是解除断面压缩，恢复正常行驶的过渡路段，起导流作用，引导车辆改变行驶方向变换车道 进入正常的行驶车道。也可以形象称之为分流渐变段。 ( 7 ) 施工终止段 表示施工路段的结束和施工限速的解除位于施工路段的末端。交通流逐渐恢复正常运行状态。 中史丹剞昔 _-_- 图2 3 施工路段交通控制段划分示意图 施工预告段；2 上游过渡段；3 上游缓冲段；4 埔_ 作业段；5 游缓冲段：6 f 游过渡段；7 旌l 终i 匕段 8 第二章高速公路旌工路段交通特性分析 2 4 施工路段交通流特性 高速公路施工路段由于道路、交通条件发生了变化，该路段交通流特征也表现出与一般正常路 段不同的分布特征。这种情况下车辆运行特，仕表现为“跟驰”，即前后两车车头问距处十最小车头问 距附近，跟驰车期望以高于前导车车速行驶而又不能超车，跟驰车处于跟驰状态。 当交通流出现一辆车跟驰另一辆车的车队现象时，可用动力学中跟驰理论一辆车跟驰另一辆车 运行规律。跟驰理论是运用动力学方法，研究存无法超车的单一车道上车辆列队行驶的一种理论。 它用数学模型描述跟驰过程中的各种运行状态，并通过观祭各个车辆逐一跟驰的力式，了解单车道 的交通流特性，描述交通流的稳定性，加速干扰以及干扰的传播，检验管理技术和通信技术，减少 尾撞事故等。 施工路段车辆跟驰特性分析：当交通流密度相当大时车辆间距较小，驾驶员只能根据前车提 供的信息采用相应的车速，这种状态称为非自由远行状态。 非自由状态形式的车队有以下三个特性： ( 1 ) 制约性：紧随要求，车速条件和间距条件构成一队汽车跟驰行驶的制约性。即前车车速制 约着后车车速和两车间距， ( 2 ) 延迟性：跟驰牟队中前后车运行状态的改变不是同步的，后牟运行状态的改变滞后于前车。 ( 3 ) 传递性：由制约性可知，第n 辆制约第n + l 辆的运行，一旦车队中某一辆4 二改变了运行状 态，它的效应将会一辆接一辆向后传递，直至最后辆，而这种运行状态的传递又具有延迟性，因 此具有延迟性的向后传递的信息不是平滑连续的，而是象脉冲一样间断连续的。 下面介绍文献 1 5 】对围内某高速公路某施r 路段所进行的交通流调杏分析，得出了高速公路施 l 路段受通流的统计分布特性，揭示了施r 路段交通流运行的内在规律1 。 2 4 1 车头时距 图2 4 图2 7 分别为高速公路施工路段上游正常路段行车道和超车道的车头时距分布状况。 经检验，一般路段交通流的车头时距在9 5 的置信度水平下符合移位负指数分布行车道与超车道 分布大致相似，5 0 位的车头时距基本相同，分别为2 8 5 5 秒和2 7 9 8 秒这也酏明我困高速公路 目前普遍存在的问题：部分大型车辆总是k 时间占据超车道敛使部分性能较好的汽车不能止常超 车，只能以低速跟驰行驶或有时不得不从行车道超车，从f f i l 造成了行车道和超车道功能的混乱。图 2 8 和图2 - 9 为超车遁合流段车头时距分布特扯。由十高速公路单向由隙来的2 个车道变为1 个车 道，合流段的车头时距明显比一般正常路段为小，其百分位曲线相对鞍为平缓说明车头时距的离 散性相对较大。合流段的车头时距平均值为【4 6 2 秒，约为一般止常路段行车遁或超车j 酋的t 2 。 6 0 j 【i 1 萎3 0 d o l 0 午长时踔( 什钟) 图2 4 正常路段行车道牟头时距分布特征 9 i i 10 0l l i bi i l 州i i u 础舯 e * ”十( h * ) 图2 5 正常路段行车道牟头时距累计频率分布 东南人学顾士学位论文 7 0 b 【l 5 0 蠹4 0 暮3 0 2 0 1 0 0 一 一嘞 司 嗣 蚕溉曩。一翥 2 号妻荨昌蓦三翕妻寻毒耋兰蠹 3 弓s 暑呈弓三；彗g 车头时距( 分钟) 图2 6 正常路段超车道车头时距分布特征 8 7 。0 h l 茹 ：o 1 ： 鉴三= 号亏c ；晕盂譬言譬三e 高 客暑宝窨雪蓦墓呈弓善耄；三； 车央时距( 分钟) 图2 8 施工路段汇流段车头时距分布特征 2 4 2 车速 图2 9 施工路段汇流段车头时距累计频率分布 高速公路施工作业对车流速度影响非常明显，并且呈现出一定的规律。 ( 1 ) 施工路段地点车速频数分布 地点车速的频数分布和累计频率分布分别如图2 - i o 和图2 - 1 l 所示。地点车速的频率分布表明 车速分靠符合正态分钿。 图2 一l o 车速频率数分布情况 辞 器 = 鳘 o6 08 0t o o t 2 0【4 c 速度( k m h ) 网2 一l i 车速分布累计频率网 ( 2 ) 施工路段地点车速空问分布 止常车速行驶的车辆在看到施工路段第一个标志后，就有了减速行驶的驾驶意识，但是，驾驶 员并不急于立刻减速或减速的幅度非常小，另外，从驾驶员采取制动到制动生效也需要一定的时间， 冈此，在车辆在经过施工预告段始端时，减速并不明显。随着车辆距离施工作业段越来越近，以及 警告标志、限速标志的频繁出现，车辆的减速幅度越来越大，当车辆到达施工预告段末端时由十 前力道路旌工作业，车辆必须在此完成换车道过程，车辆寻求换车道问隙的过程对行车道和超车道 的速度影响较大。当车辆驶入上游缓冲段时由| 泉来两个车道车流汇合而成的车流并没有形成紊 流，车辆之间的车头问距以及车速仍处于不断变动的状态，车辆总体速度仍处十下降的态势。因此， 1 0 第二章高速公路施工路段交通特性分折 在上游缓冲段的末端附近，车流的速度在整个施工路段内达到了最小值。车辆由上游缓冲段进入作 业路段之后，逐步由小稳定流状态演变为稳定流，车流的速度有所上升，但仍受到周围道路、交通 条件的限制，车辆行驶速度最终将趋于匀速跟驰行驶。最后，当车辆驶离作业路段，进入终止路段 后。道路交通条件重新恢复了正常状态，车流的速度逐渐提升，直至正常行驶速度。 2 4 3 车道占有率 高速公路施- 路段的车道占有率数据可以通过埋设于地下的环形榆测线圈来抉得。图2 一1 2 和图 2 一1 3 显示了行牟道和合流车道交通量与车道，i 有率之间的关系。从图中可以看出，无论是行车道还 是合流车道的交通鼋与车道占有率的关系都为二次抛物线的关系。由前面的地点车速的空间分布分 析可以看出，合流乍道的车辆速度明显比施工预告段午辆速度要低，因此，即使在增加相同交通量 的情况f ，合流车道的乍道占有率增加幅度明最比施：r 预告段的行车道或超车道的要高。 室叠量( 辆h ) 空丑量( h 图2 一1 2 行车道交通量与车道占有率关系 图2 - 3 合流车道交通量与车道占官率关系 2 4 4 车辆汇入特征 由于高速公路施t 路段行乍道乍辆的合流与而速公路币道合流的本质相似因此口r 以采用匝 道合流的相关珲论柬解释施一j ：路段乍辆汇入特征。而速公路施r 路段行聋道l 的在施预告段汇入 超车道主要取决丁：超车道车流的口j 接受间隙的概率分布状况，此外间隙的接受除b j 机的性格和 心态、交通状况和道路条件有关外在混合乍流条件f ，车犁对间隙的接受有较大的影响。图2 一1 4 给 出间隙利用的概率分布。 合流概率 l i p 1 0 ( 大) 1 0 ( 小) x m x 0 东南大学硕士学位论文 图2 一1 4 小| 一j 车型删隙利用概率分布模式 图2 一1 4 揭示了不同车型问隙接受的随机性t 十以下全部不能合流，tt 以下丈车不能合流，但小 车仍存在合流，住相同的时间t ( x ) ，车型小同可以合流的概率不同。在混合车流条件下，合流的概率 与时日j 和车型密切相关，这充分体现了混合车流车身尺寸和加速性能的差异对可接受间隙的影响， 这种影响的结果是：不仅会导致是施工合流路段的通行能力降低，而且会产生由于可接受问隙与车 型的不匹配所造成的道路空间的浪费，这种趋势在高速公路通行能力相i j 时与大车比例增加成正比。 如图2 一1 5 和图2 一1 6 所示，车辆在施工预告段内的汇入概率基本呈两端低、中问高的趋势，也 即一般车辆都期望选择在施工预告段的中部，离上游过度段有一定距离的地点完成车辆由封闭车道 汇入到开放车道，这与驾驶员的实际驾驶心理相一致的，因为当驾驶员进入施工路段以后，如果外 界条件没有迫使驾驶员立即改变其行驶状态时，驾驶员总是选择最有利的驾驶状态来行车具体表 现为其看到施工路段警告杯志或安全标志并不立刻进行换车道，而是当车辆接近作业路段一定程度 的时候，驾驶员才会进行换车道，并且驾驶员的这种驾驶心理随着交通量的大小而有所变化，这直 接导致了交通量较大与交通量较小时车辆汇入概率在施工预告段内的分布状况和施工预告段车辆完 成汇入所需欧度的概率的明显差异。 图2 一1 5 车辆汇入概串在施工预告段分布状 概率 由于高速公路施工路段行车道车辆的合流与高速公路匝道合流的本质相似因此可以采用匝道 合流的相关理论来解释施工路段车辆汇入特饥。施上路段行车道上的车辆在施- 预告段汇入超车道 主要取决于超车道车流的可接受间隙的概半分布状况。间隙的接受除与司机的性格和一t l , 态交通状 况和道路条件有关外，车型对间隙的接受有较大的影响，当高速公路上游的到达流量强度符合二阶 爱尔兰分布时，可接受间隙的均值较低，高速公路超车道能为行车道提供的问隙少，此时描述一 辆车合流过程的等待时间概率密度甬数可以采用如下概率密度函数： o ( w ( 靠，) = 一p ( 甜l ( x ) ) 】仃( “1 ) + 1 一尸( ，(