（交通运输规划与管理专业论文）山区双车道公路车辆折算系数研究.pdf

_ ad i s s e r t a t i o n p r e s e n t e dt oa c a d e m i cd e g r e ec o m m i t t e eo f b e i j i n gu n i v e r s i t yo f t e c h n o l o g y r e s e a r c ho nt w o l a n eh i g h w a yp a s s e n g e rc a r e q u i v a l e n t so nm o u n t a i n o u sr e g i o n i nc a n d i d a c yo ft h ep h i l o s o p h yd o c t o ri n t r a n s p o r t a t i o np l a n n i n ga n dm a n a g e m e n t b y l vj i n y a n u n d e rt h es u p e r v i s i o no f p r o f l i ux i a o m i n g p r o f r o n gj i a n t r a n s p o r t a t i o nr e s e a r c hc e n t e r ，b e i j i n gu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g y b e i ji n g ，p ro fc h i n a m a r c h ，2 0 1 0 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，除了文中特另t l d l ：i 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：墨些日期：出二至尘 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) 签名：堇燃导师签名： ) 1 ) i o 一 1 9 座的客车和载质量 2 t 7 t 的货车 大型车 2 0载质量 7 t 吣 1 4 t 的货车 近年来新的研究方法中比较得到认可的主要有以下几种： ( 1 ) 车辆道路作用空间n6 i ：以运行车辆对道路空间作用的大小来衡量各类 车辆的阻抗影响程度。车辆在道路上占用的空间主要有两个方面的因素，一是 第2 章国 ! 外研究综述 车辆的道路空间占有率，即车辆本身的物理特性，如车身的长度、宽度等；二 是车辆在道路中的时间占有率，如速度，车头时距等。车辆在运行过程中，其 道路作用空间是车体本身占有的道路空间和对道路作用的附加空间，这个附加 空间为时间占有率和空间占有率的函数，如式( 2 - 5 ) 所示： m = ( w + 6 十w f ) ，( v ) ( 2 5 、) 式中j j i 卜车辆的道路作用空间( ) ； 肜一车身宽度( 勿) ； 万车辆在行驶过程中自身的机械振动( 历) ； 一车辆行驶过程中的横向位移( 历) ； 厂f ，v ) 车辆行驶过程中的动长度( 历) 。 ( 2 ) 基于车辆动力性能的计算方法。蛐1 ：在一个混合车流中，形成车队的主 要原因是慢速车辆，它直接影响到其它车辆性能的发挥。从这个角度上讲，p c e 完全取决于车辆的动力性能。如果两类车的动力因数不同，则p c e 可定义为式 ( 2 6 ) ： p c e , = 等“ ( 2 _ 6 ) 式中j p c e 某型车的p c e 值： ，某型车的比功率值； m 甜标准小汽车的比功率值。 ( 3 ) 改进的密度模型方法：密度方法的适用条件是同等性质的交通流，车 辆的横向活动区域不能过大。改进的密度模型考虑到车辆的横向活动特征，通 过实测数据和经验值得到车辆的平均横向活动范围为道路宽度的百分之八十 五，得到改进的密度模型来计算车辆的p c e ，如式( 2 - 7 ) 所示： p c e ：k 堕业( 2 7 ) ( q l u i ) w 嘲 式中g f _ f 这种车型的流量( v e h h ) ： 甜f f 的区间平均速度( k i n h ) ： ，一纯小客车流的密度( v e h k m ) ； j 广f 型车所占的8 5 路宽( 砌； 胁，一小客车所占的8 5 路宽( 用) ； 尸c e 厂一f 车型的车辆折算系数。 9 北京一l i _ , l k _ 大学t 学硕士学位论文 2 3 本章小结 本章简要回顾了国内外对车辆折算系数的研究历程。介绍了国外研究车辆 折算系数的现状，总结了我国车辆折算系数的研究成果。纵观国内外对车辆折 算系数的研究发现，到目前为止，车辆折算系数仍然没有统一的标准。国内的 研究起步较晚，但在发展过程中也取得了一定的成果，为今后的研究积累了宝 贵的经验。由于“已有车辆折算系数方法回顾及评述”与第四章中“车辆折算 系数本质含义”及第五章的车辆折算系数模型的建立有着较紧密的联系，因此 国内外所采用的各种车辆折算系数计算的原理和方法将在第四章作专门的详细 分析和评价。针对研究中存在的缺陷和问题，本文拟在借鉴以往模型的基础上， 根据我国山区双车道公路的特点，建立车辆折算系数模型。 l o 第3 章车辆类型划分 第3 章车辆类型划分 交通工程中的车辆分类概念与公路设计、交通管理中车辆分类的概念有着根 本上的区别。在交通工程领域的通行能力研究过程中，应该以各种车辆运行特性 的差异作为划分车辆类型的基础。 我国山区双车道公路上运行的车辆种类较多，从大n d , ，从快到慢，车型种 类繁多。即使相同类型的车辆，其运行特性相差也很大。同时，在道路上还经常 出现相同轴距的车辆，但它们的运行特性却存在很大差异的情况。在通行能力研 究过程中，按照不同的方法可以将车辆划分为不同的类型。但是，如何将这些车 辆进行科学、合理的分类，使其最大限度地表征出山区双车道公路车辆的运行特 征，是进行我国山区双车道公路通行能力研究的关键问题。 3 1 现有车辆分类及其存在的问题 3 1 1 以车辆的轴距和结构特征为分类指标的车辆分类 目前最常采用的车辆分类方法是以车辆的轴距和结构特征为分类指标的。 3 1 1 1 几种通常采用的车辆分类指标 1 河北河南通行能力研究中的车辆分类 1 9 9 6 年，在河北河南通行能力研究中，按照车辆的轴距和结构特征，结合 专家的实际经验，将高速公路中的车辆分为1 0 类n 引，其具体的划分标准如表3 一l 所示。 表3 1 河北河南通行能力研究中采用的车辆分类 t a b l e3 1v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o no nh e b e ia n dh e n a nh i g h w a yc a p a c i t ys t u d y 车型 轴典型轴距范围( 米) 车型车型说明 编号 数 轴卜轴2轴2 一轴3轴3 一轴4轴4 一轴5 l 两轮摩托 2 0 9 0 - 1 6 0 微型面包 221 6 l 一1 9 5 奎 客货两用 3 21 9 5 2 2 5 生 4 微型车 22 2 5 - 2 4 0 5 小客车 2 2 4 1 - 2 9 0 6 轻型车 22 9 i - 3 5 0 北京： 业大学t 学硕十学位论文 续表3 1 河北河南通行能力研究中采用的车辆分类 c o n t i n u e dt a b l e3 1v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o no nh e b e ia n dh e n a nh i g h w a yc a p a c i t ys t u d y 车型 轴 典型轴距范围( 米) 车型车型说明 编号 数 轴卜轴2轴2 一轴3轴3 一轴4轴4 一轴5 净载 23 5 l 一4 6 5 2 4 - 7 t 33 0 0 一7 0 00 3 0 - 1 8 0 7 中型车 33 0 0 7 0 0 1 8 0 - 9 9 9 的货车 净载 7 t 的 2 4 6 5 7 0 0 货车、载 3 4 6 4 7 0 04 5 0 9 9 9 8 大型车 客 2 5 人的 3 3 0 0 - 7 0 00 3 0 - 1 8 0 客车 半拖挂货 4 3 o o 一5 5 03 5 0 - 5 0 02 0 0 4 0 0 奎 4 3 o o 一6 0 04 o o 一6 5 02 5 0 一4 o o 9挂车 4 3 0 0 - 7 0 00 3 0 - 5 0 00 3 0 - 5 0 0 、全拖挂 53 o o 一7 o o0 3 0 - 2 0 01 8 0 - 9 9 91 8 0 - 9 9 9 货车 1 0 不定型 其它 2 “九五”一般公路通”j - - 月h 匕1 5 力研究中的车辆分类 表3 2 一般公路车辆分类表 t a b l e3 - 2v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o no ng e n e r a lh i g h w a yc a p a c i t ys t u d y 车型分类轴数第一轴距第二轴距第三轴距第四轴距 摩托车 20 9 1 6 微型车 21 6 2 3 小客车 22 3 2 9 轻型车 22 9 3 5 23 5 4 6 5 中型车 33 0 7 0 4 5 34 5 7 0 3 0 拖挂车43 o 7 03 5 6 52 0 “4 0 54 5 7 0 1 8 1 8 小型拖拉机 3 1 8 1 8 1 2 第3 章车辆类型划分 国家“九五”重点科技攻关项目“公路通行能力研究”的子课题，一般 公路通行能力研究中，根据中国车型大全统计结果划分归类，结合专家的实 际经验，按车辆轴距、速度和运行规律将交通流中机动车型划分为9 种n 引，如表 3 - 2 所示。 3 “九五”双车道公路路段仿真模型研究中的车辆分类 “九五 双车道公路路段仿真模型研究中，结合交通调查中交通量数据采集 仪的结果，将双车道上的车辆按照轴数和轴距划分为8 类呦1 ，如表3 3 所示。 表3 3 双车道公路的车辆分类 t a b l e3 - 3v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o no nt w o l a n eh i g h w a yc a p a c i t ys t u d y 车型分类轴数轴距 微型车 2 1 6 - - - 2 3 小客车( 小货车) 2 2 3 3 0 中型客货车 2 3 0 一- , 4 6 2 4 6 大型客货车 2 4 6 拖挂车 3 3 o 小型拖拉机31 7 2 6 5 大型拖拉机 4 1 8 摩托车20 9 1 6 在我国双车道公路中实际运行的车辆种类较多，车辆动力性能差异较大，如 果采用这些分类方法，不仅会出现运行特性类似和组成比例很小的车型，还增大 了通行能力后期数据分析的无效工作量，甚至导致了部分通行能力研究方法失 效。所以在进行双车道公路通行能力分析时，有必要首先对车辆分类进行研究。 3 1 1 2 按车辆的轴距和结构特征的车辆分类应用于本研究导致的问题 1m e t r o o o u n t 交通量采集仪中的车辆分类 本研究采用m e t r o c o u n t 5 6 0 0 型气压管式交通量采集仪，其车辆分型标准库 中包含a r x 分型方案、f 分型方案、f 2 分型方案、a u s t r o a d s 9 4 分型方案、n a a s r a 分型方案、s w e d i s h 分型方案等十余种分型方案。在此基础上，根据中国的车辆 特点，车辆分型标准库后来又增加了h a r b i n 分型方案和c h i n a 2 0 0 5 分型方案。 综合比较各种分型方案认为，c h i n a 2 0 0 5 方案所涉及的车辆类型与本研究数据采 集的样本车辆基本一致，因此，本研究在进行数据处理时采用c h i n a 2 0 0 5 分型方 案，如表3 - 4 所示。 北京工业大学： 学硕士学位论文 表3 4m e t r o c o u n t 交通量采集仪中的车辆分类 t a b l e3 - 4v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o no fm e t r o c o u n tt r a f f i cd a t ac o l l e c t i n gt o o l 盔 型 车型分类轴数第一轴距第二轴距第三轴距第四轴距 编 号 l 摩托车( m c 2 ) 20 9 1 6 2 微型车( m v ) 21 6 2 3 3 小客车( p c ) 22 3 2 9 4 轻型车( l v ) 22 9 3 5 523 5 “4 6 5 中型车( m h v ) 633 0 7 0 4 5 8 34 5 “7 0 3 0 9 拖挂车( t c ) 4 3 。0 7 03 5 6 52 0 4 0 1 054 5 7 0 1 8 1 8 小型拖拉机 l l3 1 8 1 8 ( l t r a ) 2 实测数据分析 按m e t r o c o u n t 的车辆分类，对典型山区双车道公路g 3 1 9 重庆段的实测数据 进行车辆运行特性分析，这里以交通流组成、自由流车辆的8 5 位速度和车辆总 体速度标准差来衡量车辆运行特性，如图3 1 、图3 2 和图3 3 所示。本研究以 车头时距来区分自由流车辆和非自由流车辆，自由流车辆的定义按车头时距大于 4 秒的车辆为自由流车辆。 1 4 第3 章乍辆类犁划分 ，u j 曩：臻臻7 一篓誊誊爹、，、：、：、蠢，。，：t ，小：。4 7 目+ 二r 二f 二j 嘈 ；? i ，；一p ：，。r ? 受 6 0 f。i。； 5 0 嚣0圈 j ：一誓象y ：多7 麓；。! 。，冀：囊“i i - ：囊2 察磐蔓；：i 。i ? 慧i 蠹0 _ 办! ；。毫0 麓“j 一，i ；：毒二截；一j ：? 2 麓：毯；：菇罄 ，。 jj ：ir ? i j 彳! i ：0 i 鼍1 0j j ：。i ：? “0 7 j ：薯2 篆 琶 4 0 蠹：，o t 蠹。，4o ：y r 鬻o 0鬻溪誊j一：。?。 “ j j ： 。 ：j ，- 。，一焉 u 9 0 多；：l ：；， ? 。f ? 求3 0 善：。? ；，：，+ 、：1 。r ，毒i ：，；j ? ，。茹 纽 ；。豢：，“ 荔， 。j i j ： 2 0 1 0 li ， 二” 一。j “，：。 、，i 。；毫t 。龟7 l ! i 、；- 二7 j ：砻。：。* ；：j 誊；毒f ；哟 “ 0 l l_、圈鎏i 、曼童羔慧麓麓羔黧 l234 56 7 8 9l o1 11 2 1 交通组成 1 8 85 55 8 o7 39 90 20 4o 0o 00 0o oo o 车型编号 图3 1 按轴距分类的交通组成对比图 f i g u r e3 - 1p e r c e n t a g e so fv e h i c l et y p e sc l a s s i f i e db ya x i a ld i s t a n c e 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 0 图3 2 按轴距分类的自由流车辆8 5 位速度 f i g u r e3 - 28 5 t h - p e r c e n t i l ef r e e - f l o ws p e e d so fv e h i c l et y p e sc l a s s i f i e db ya x i a ld i s t a n c e 1 5 加。五五 一一 北京t 业大学工学硕十学位论文 图3 3 按轴距分类，车辆总体速度标准差 f i g u r e3 3s p e e ds t a n d a r dd e v i a t i o n so fv e h i c l et y p e sc l a s s i f i e db ya x i a ld i s t a n c e 从以上分析结果可以看出： 图3 - 1 中车型8 1 2 的交通组成百分比为o ，车型6 、7 组成比例也很小，均 小于0 5 ，如果将这样的小样本量车型作为一种分析车型，不仅会影响车辆分 类的质量，还会造成部分车辆折算系数算法失效。 图3 - 2 、3 3 反映出某些车型的运行特性非常接近，如车型4 和车型5 ，其 8 5 位车速仅相差l k m h ，总体速度标准差也只相差0 2 k m h 。按车辆轴距和结构 特征分类，会出现运行特性相似的车型，这种分类方法无疑增大了通行能力分析 中数据处理的工作量。由于这些车型的运行特性差别不大，导致了数据处理工作 量增大却没有多大意义，甚至会引起不必要的混淆。 3 1 2 以车辆所占道路空间和动力性能为分类指标的车辆分类 各种车型自身轮廓和性能的差别，会对车流形成不同的“阻抗作用”，甚至 会一直影响到整个交通流量的运行状态和性质。所以它是研究整个交通流运行过 程的一个十分重要的内容。2 0 0 2 年，河北省道路通行能力课题组根据车辆本身 结构特征和动力因素，将我国现有公路交通中行驶的机动车辆分为八种类型，如 表3 5 所示。 第3 章车辆类型划分 表3 5 河北省道路通行能力研究中的汽车车型分类指标 t a b l e3 - 5v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o ni n d e xo nh e b e ih i g h w a yc a p a c i t ys t u d y 车型分类 静态车身宽( m ) 最高平均速度( k m h )比功率( w k g ) 大型载货汽车 2 4 0 2 5 0 7 0 9 57 4 0 1 2 0 中型载货汽车 2 。2 0 2 5 08 0 1 0 09 6 0 2 2 0 小型载货汽车 1 8 0 2 2 08 0 1 0 01 5 0 3 5 0 小轿车 1 6 0 、1 9 01 2 0 2 0 04 4 0 7 3 5 旅行面包车 1 4 0 2 1 08 0 1 2 0 1 8 0 。5 1 7 大型载客车 2 4 0 2 5 06 0 9 06 6 0 。8 8 0 中型拖挂车 2 4 5 3 0 06 0 9 0 4 0 0 “8 5 0 大型拖挂车 2 5 0 3 0 06 0 9 02 8 0 4 0 0 中型拖拉机 小型拖拉机 摩托车 自行车 在本课题的数据采集过程中，统计到表3 - 6 中所示的车辆在总体车辆类型中 所占的比例很大，是山区双车道公路上行驶的主要车辆类型。通过查阅汽车手册 等方法，统计得到车型体积、动力性能等指标。参照以车辆所占道路空间和动力 性能为分类指标的车辆分类方法，综合分析这些指标，可以对车辆进行一个粗略 的分类，如表3 7 所示。 表3 6 数据采集中交通组成比例较大的车辆 t a b l e3 - 6s i g n i f i c a n tv e h i c l et y p e si nd a t ac o l l c t i o n 厂牌型号排量 赛欧s l 1 6 通用 别克商务 3 o 帕萨特2 0 2 0 大众 桑塔纳2 0 0 0 1 8 索纳塔2 0 2 0 现代 伊兰特 1 8 一汽大众 捷达 1 6 雪铁龙爱丽舍 1 6 奥迪a 6 1 8 瑞达起亚千里马1 3 1 3 依维克 a 3 0 - 1 0 2 5 北京一切诺基 2 5 1 7 北京t 业大学工学硕十学位论文 续表3 6 数据采集中交通组成比例较人的车辆 c o n t i n u e dt a b l e3 - 6s i g n i f i c a n tv e h i c l et y p e si nd a t ac o l l c t i o n 厂牌 型号排量 富康r g1 4 夏利 t j 7 1 0 1 u 1 o 长安奥拓 o 8 马自达2 3 天津丰田 威驰 1 3 奇瑞 q q 1 1 起亚 千里马 1 6 东风5n 屯 e q l1 0 8 g 6 d 解放 c a l 0 4 6 l2 2 跃进n j l 0 6 1 2 9 黄河j n l l 8 1 1 2 黄海( 大客) d d 6 1 1 1 c t9 4 表3 7以车辆所占道路空间和动力性能为分类指标的车辆分类结果 t a b l e3 - 7v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o nb a s e do nr o a ds p a c ea n dd y n a m i cp e r f o r m a n c e s 空载满载前挡风加速最大 p 值车长 重量重量面积时间速度 ( w k g ) ( m ) ( k g )( k g ) ( m 2 )( s )( k m h ) 大货l 61 4 o1 0 0 0 01 8 0 0 07 o 大客2 71 0 o8 0 0 01 0 0 0 07 o 中货3 88 55 5 0 01 0 0 0 06 2 轻卡4 1 06 o4 0 0 05 8 0 04 o 3 0 摩托车5 1 47 5 0 2 7 摩托车6 1 89 0 0 2 0 微型车7 3 29 3 0 1 8 微型车8 3 81 3 7 o 小客车9 3 91 51 5 0 1 8 第3 章车辆类型划分 6 1 3 小客车1 0 4 61 6 5 9 1 2 小客车1 1 4 21 8 9 5 1 1 小客车1 24 82 0 0 1 9 小客车1 3 4 8 2 2 3 8 该分类方法受人为因素影响大；且侧重考虑车辆本身固有的特性，忽视车辆 行驶过程中表现出来的运行特性，不能准确反映道路通行能力研究中的车辆类 型。 3 1 3 以自由流车辆的速度作为分类指标的车辆分类 “九五”公路通行能力研究考虑了车辆的运行特性，选择了自由流车辆的速 度作为车辆分类的标准。借助动态聚类的思想方法，以原有按轴距和结构特征划 分的各车型自由流速度与小客车的自由流速度之间的欧氏距离( e u c l i d e a n d i s t a n c e ) 作为分类指标，将欧氏距离1 0 作为各类型间的距离，对车辆类型进行 划分，如图3 - 4 。得到了表3 8 所示的车辆分类乜。 3 0 0 艇 删 茁2 0 0 甾 匮广佛左侧车道 ： 4 6 口佛广左侧车道 分界4 赣 陵 2 2 6 分界3 ， i h e 1 9 8 1 9 5 1 7 ，g1 7 8 纂 u d 蘩 f = 1 罄 1 5 8瓣 1 6 1 努瓣 i l 戮 1 2 9 6隔 良嚣潺 分界2 葭，e 4 6 4 5 鬻 黥 z ， 葱 黪豢 陵 分界1 蠢 i ：j翳j 酊 0 ( ) 0 0 ! ；叠纛爱鬈 爹毒 4 8 夏j l234567891 0 原车型编号 图3 4 各原车型自由流速度均值与小客车自由流速度均值的欧氏距离对比图 f i g u r e3 - 4c o m p a r i s o no f e u c l i d e a nd i s t a n c eo fa v e r a g ef r e e - f l o ws p e e db e t w e e ne q u i v a l e n tc a r s a n do t h e rv e h i c l et y p e s 1 9 北京7 - 4 1 , 大学工学硕：卜学何论文 表3 8 以自由流车辆的速度作为分类指标的车辆分类 t a b l e3 8v e h i c l ec l a s s i f i c a t i o nb a s e do nf r e e f l o ws p e e di n d e x 车型车型说明 两轮摩托、微型面包车及其改装车、吉普车、客货两用车、小轿车、轻型 小型车 货车、面包车等 大中型车载货汽车、大客车、重型载货汽车、半拖挂、全拖挂等 特大型车大平板车、集装箱运输车等 上述方法利用自由流车辆的速度来说明车辆的运行特性。该方法考虑到自由 流车辆的速度是车辆在自由行驶条件下的地点车速，该参数与车辆动力性能和司 机驾驶特性紧密相关，能够较准确地反映车辆的运行特性。然而，在山区双车道 公路上，我们很容易发现，许多运行速度相近的车辆，其外廓尺寸或轴距差异极 大，如大货车和微型车。然而它们的运行特性是完全不同的。如果仅仅按照自由 流速度的分型标准，很难得到合理的车辆分类。这种车辆分类在本研究中不适用， 但其动态聚类的思想为本研究提供了可以借鉴的思路和方法。 从以上分析可以看出：按照车辆的轴距和结构特征分类，得到车型偏多，结 果出现了运行特性类似和组成比例很小的车型；按照车辆所占道路空间和动力性 能的分类方法偏于感性，其支持数据和科学证据不足；按照车辆自由流速度的分 类考虑了车辆的运行特性，但却难以区分自由流速度相近，但外廓尺寸相异的大 型车和微型车。基于此，本研究认为在进行山区双车道公路通行能力研究时，应 以车辆运行特性作为车辆分类的标准，结合考虑车辆的外廓尺寸和结构特征，使 各新车型应具备如下特征：1 在通常的交通流中，各车型都具有相当的样本量； 2 各车型的运行特征之间具有明显的差异；3 在类似的运行条件下，各车型具有 稳定的运行特征。 3 2 本研究的车辆分类方法 3 2 1 车辆分类标准 对于通行能力分析而言，车辆分类的目的就是要把在混有多种车型交通流中 运行特性相似的车辆归为一类，以便讨论具有各种运行特征的车辆对通行能力的 不同影响，具体说是讨论各车型对标准车流量的不同影响，用于计算各车型的车 辆折算系数，所以车辆分类的标准应该选择能够准确反映车辆运行特性的参数。 自由流车辆的速度是车辆在自由行驶条件下的地点车速，该参数与车辆动力 性能和司机驾驶特性紧密相关，能够较准确地反映车辆的运行特性。另外，有许 多自由流速度相近的车辆，其外廓尺寸( 或占用道路的空间) 存在较大差异。因 此本研究综合考虑自由流车辆的速度和车辆的外廓尺寸，对这两类影响因素进行 2 0 第3 章车辆类型划分 聚类分析，得到山区双车道公路的车辆分类。 3 2 2 车辆分类方法和结果 3 2 2 1 原始数据处理 数据的来源为顺密路、g 1 0 8 、g 1 0 9 、g 3 1 9 和南温泉路五条典型双车道公路 的实测数据。考虑到m e t r o c o u n t 采集仪的精度，对原始数据作如下处理：1 删 去数据列表中车头时距为o 的样本，该类差错约占样本总量的6 左右。造成这 种情况发生的原因可能是气压管收放影响数据读取；2 考虑到我国车辆的运行特 性，删除地点车速大于1 6 0 k m h 及小于l o k m h 的车辆，在原始数据中，该类车 分别占车辆总数的0 4 和0 3 。将其作为样本中的异常点来处理i 不会对数据 分析结果造成影响。按照1 、2 处理后，五组原始数据共剩下单车信息2 7 1 3 项。 3 2 2 2 层次聚类法原理 聚类分析是统计学中研究“物以类聚”问题的多元统计分析方法。它能够将 一批样本数据根据其诸多特征，按照在性质上的亲疏程度在没有先验知识的情况 下进行自动分类，产生多个分类结果。类内部的个体在特征上具有相似性，不同 类间个体特征的差异性较大乜引。 聚类分析的具体方法，即在某总体n 中，选取一特定样本石作为初始聚类中 心，然后根据每一样本z 与石的亲疏程度，将各彤合并或分割成若干类别。 度量聚类分析中的“亲疏程度 ，我们引入“欧氏距离”概念乜鲋。 两个体( 五y ) 间的欧式距离是两个体k 个变量值差的平方和的平方根，数 学定义见式( 3 1 ) ： e u c l i d c 工，y ，= 厢 。3 一。， 计算每一样本与聚类中心的距离，如果该距离在特定距离l 之内，则将这些 样本与聚类中心归为一类，否则将样本作为一个新类的中心，如此循环，则可以 完成对总体n 实现各类之间距离大于l 的分类。 3 2 2 3 聚类中, b b 9 选择 聚类中心是类的核心，首先要选择一个核心( 凝聚点) ，然后按就近原则将 其余观测向凝聚点凝集，根据实际需要，划分各类间的距离，可以得到所需方案。 1 历史数据分析 表3 9 、3 一1 0 是国家干线公路交通量手册中几条典型的山区双车道公路 ( g 3 1 9 四川段、g 2 1 0 陕西段、g 3 0 7 贵州段、g 1 0 8 北京段) 1 9 9 2 年与2 0 0 2 年各 车型年平均日交通量对比结果，从表中的数据可以看出，小客车的比例在各种车 2 l 北京j l ：业大学t 学硕士学1 ：c 7 ：论文 曼曼曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 皇! ! 曼! 苎! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 曼曼! ! ! ! ! il l i i 皇皇! ! ! ! 曼曼! ! ! ! ! ! 曼鼍曼曼曼! ! ! 曼 型比例中是最高的。 表3 919 9 2 年典型山区双车道公路各车型年平均日交通量 t a b l e3 - 9a a d to f v e h i c l et y p e so nt y p i c a lm o u n t a i n o u st w o l a n eh i g h w a y si n1 9 9 2 大型货车小型客车拖拉机人力车 兽力车 自行车 交通量 8 23 2 91 1 92 21 58 9 3 ( 辆日) 表3 1 02 0 0 2 年典型山区双车道公路各车型年平均日交通量 t a b l e3 10a a d to fv e h i c l et y p e so nt y p i c a lm o u n t a i n o u st w o l a n eh i g h w a y si n2 0 0 2 小型中型大型小型大型拖挂小型拖大型拖非机 货车货车货车客车客车汽车拉机拉机动车 交通量 4 4 94 5 42 6 91 0 6 53 4 65 08 11 49 3 ( 辆日) 2 公路工程技术标准的新提法 最新的标准( 公路工程技术标准( j t gb 0 1 - 2 0 0 3 ) ) 已经将小客车作为标准 车型，如表3 - 1l 所示。 表3 11 各车辆代表车型与车辆折算系数 t a b l e3 一llt y p i c a lv e h i c l et y p e sa n dr e l a t i v ep c e 汽车代表车型车辆折算系数说明 小客车 1 o 1 9 座的客车和载质量2 t 的货车 中型车 1 5 1 9 座的客车和载质量 2 t - - 飞 t t - - - - 1 4 t 的货车 拖挂车 3 o 载质量 1 4 t 的货车 3 实测数据分析 以g 3 1 9 为例，从两个方向上所有车辆的轴距频数分布图( 分别如图3 5 、 图3 - 6 所示) 也可以看出：车辆轴距绝大部分分布在1 5 5 o 米之间，且轴距 在1 5 3 o 米之间的车辆占全部车辆的8 0 左右。可见，随着交通组成的变化， 车辆分类应以轴距较小的车辆类型为主。 糌 爨 2 5 0 1 5 0 1 2 0 1 0 0 8 0 蒸s 。 4 0 0 一，7 ， “一 ，一只：二： 铲。要： 一 7 ； ：_ 莹 。； d一“ d 图3 - 5g 3 1 9 车辆轴距频数分布图( a b 方向) f i g u r e3 - 5d i s t r i b u t i o no fa x i a ld i s t a n c ef r e q u e n c e so ng 3 19 ( a bd i r e c t i o n ) qi p i 囊 # 1 0 ， ：t 0 。 。+ ? ， l 一 直方图 浮要孥攀蒸零爹零琴琴零霎零霪 ：”：”：。：芝。：。：2 ：= t o 2 “t o2 ：= t ：o “ do l 6dk蕾 口；二j _ _ = 一= = 二一 车辆轴距 图3 - 6g 3 1 9 车辆轴距频数分布图( b a 方向) 兽掣 域 f i g u r e3 6d i s t r i b u t i o no fa x i a ld i s t a n c ef f e q u e n c e so ng 3 19 ( b ad i r e c t i o n ) 综上所述，车辆分类的重心是小客车。将小客车作为聚类 3 2 2 4 聚类分析及计算结果 中心。 1 2 0 0 0 1 0 0 0 0 8 0 0 0 6 0 o o 4 0 0 0 2 0 0 0 薯 0 0 0 利用s p s s 统计分析方法中的层次聚类，对m e t r o c o u n t 采集仪中的1 2 种车 型进行自由流速度和车辆外廓尺寸的双因素聚类分析。表3 1 2 是输入的原始数 据，其中速度来源于顺密路、g 1 0 8 、g 1 0 9 、g 3 1 9 和南温泉路五条典型双车道公 。*l，4 、： rqr b ，一， ，￥t 二f 慧、。_纂弧戮 ，屯=缀，矗 爨一瓣纯 北京：r 业大学工学硕士学位论文 路自由流车辆速度的实测数据。由于第9 、1 0 种车型在我国双车道公路上十分罕 见，在实际观测中无法得到其取值；因此分析中不计在内，不会影响车辆分类结 果。摩托车在山区双车道公路上交通组成比例较小，且其运行特性与其它机动车 相比差异较大，在以后的研究中，不把其作为一类车辆类型加以考虑，只作为横 向干扰处理。这样，聚类的初始分类归纳为9 类，其类型和聚类用数据如表3 - 1 2 所示。 表3 1 2 聚类初始类别和聚类用数据 t a b l e3 1 2o r i g i n a lv e h i c l et y p e sa n dd a t af o rc l u s t e ra n a l y s i s 聚 外廓尺寸 类 车型平均速度( k m h )静态车身宽度( m )车长( m )( 车身宽度车长) 编 号 ( m 2 ) v 鼻 舅蕊磅i 菱瑟童醚瑟慧 ，7 ，；? 。；，71 凌篓鞘滋蓊 摩托车i l ：，k 8j “ ，魄? 前；? j 赫t 劬 1微型车24 3 91 43 24 5 2小客车36 8 21 84 68 3 3轻型车45 3 52 05 o1 0 o 4中型车55 4 92 36 51 5 o 5中型车65 1 32 58 52 1 3 6大型车74 1 12 5l o o2 5 o 7拖挂车83 9 33 01 0 53 1 5 拖挂车：- g爹爹鬻鬻鹫n 虢警箩鍪器攀琴墅麓臻孵攀爹鹫磐孥 ，“，、；移，：强；氆豫警；甾一乾缓 ，l ，：v c ! 专。? ，j # 奠，“# v ：一0 ：斑j 驴! 弘、囊 ，：。i4 ；、4 7 ，、j ；，a ，名2 ，。j 姆冀，o i 争：f 叶：n ；? ：，一 ? ；臻门：洫攘犟 i j 盘j07 。j ：7 i ；。j7 ，：一”。，t 。一：4 - 7 j 辱；笋? ，4 m 蘸巍臻务 隧；瀵潮 酝，? j i0 。：? ，。专毒? 、，t 赢蕊毳釜： 囊囊燮熬囊毫誊嚣：羹菇： 雾j 嵇i 鬈 御p ，f 。，? ：，+ 嚣；2 ”二t ；，；i 蓐茹，荔j ；法。茹 小拖拉 81 62 84 5 机l l 大拖拉 92 o6 o1 2 0 机1 2 对数据进行处理，得到聚类分析中的每一类合并的情况。其在s p s s 统计分 析软件中的表现形式如图3 7 和3 8 所示。 2 4 第3 章车辆类型划分 c a s e n u m b e ro fc l u s t e r ! o 。_o0 1a l xxx 2x x x 3xxx 4 xxxxx 5 xxxxx 6 x 7 xxx 8 xx case l a b e l1 , i u r n 3 4 5 l 2 6 7 8 9 图3 - 7 层次聚类的冰挂图 f i g u r e3 - 7i c ec h a go f h i e r a r c h i c a ld u s t e ra n a l y s i s 051 0 1 52 02 5 - 一一一牛一每噜咔一一一+ 图3 8 层次聚类分析的树状图 f i g u r e3 - 8t r e ed i a g r a mo fh i e r a r c h i c a lc l u s t e ra n a l y s i s 我们利用“碎石图”的辅助工具，如图3 - 9 所示，在以上8 种分类中选取了 最为合理的一种，即将各种车辆划分为5 类。 2 5 北京t 业大学工学硕士学位论文 聚类分析碎石图 了 譬群学瓤；鬈荔：j 髻鬟警繁臻盟黢挚黟确费皆l 簪辑了4 辨譬缨! 戈强髫躜鞲崔器辫j 凇镪霹 8 _ = = ，鳍。+ 。知驻：j ? 。| ，? 镑：7 7 ：! 。冬：等；i ：童蛩j 移、。辩k i ，? i 嘴；琴童礤哼j j ! ，j 零，j j 手纛：，海强 7 銎- 誊羹镑努。警誓磐；缮i 麓蓬雾萋箩学垮：i 棼奄溪誊i 蔫麓囊婺篓i 势懑 ；h ：# 7 ： ，7r i i ，。l l 矗，i 崔一蠹皇囊：“。i ：；? ：；：= 。o j 二，? j 。，：，娩il j + 二，7 i 。：。$ 盛j 能建攫o ：，g 琏毫。薯菇五 疆 6 糕5 p 乏?篱萋摹?鬟豢裹蒸|j7 篆萋蒸嚣囊+1。?tj“。!。： 。s 。：1or r 。j 。l ? 。：k ：! 1i ? i4 i j 二。：搬- 称4 ：，。7j 2 一：扣，i ? 孑：一； t ? 0 ；。，o3 0 勘白= 啦? 蔷 ： ；t ”o ：- _ 磐，：! j 囊墓，i 羔争，i “i ，：二裂。+ 攒- ? 礴 ，“婚、j 锡 3 蓼0 ；辫多鬈+ 。蠢掺器：彰露i 谚譬穗誉：霉瓣蕃 2 曩 耋；* 一7 。+ j ：k ? j 。j 癸曩一? _ 茹叠心t | 奠+ ：参_ ；t ：。7 如，：j 嚣，：争j 毫：j 。j 。_ 露嚣事。：。，蔓女莲施主鱼瘤 l 7 囊! j 善8 薹簟豁誓羹系；麓荔麓麓：蠢妻黪簇囊 。y t ：，j ；? ；? ，t ，：j 。“：。? 2 ：裂：，i ?钞。y 瓢：一一：， ；j t ：盛，z 2 j ，i 。o ：，巧蠹：；怠囊；菘0 乏免。菇工：荔露j 。，。：jj 二：；j 。磊：+ 乏：；蔓! 瀛1 j ，蹴童麓玉溶潞 囊旗 u 05 0 01 0 0 0 1 5 0 02 0 0 02 5 0 03 0 0 0 距离 图3 9 聚类分析碎石图 f i g u r e3 - 9s c r e ep l o to fh i e r a r c h i c a lc l u s t e ra n a l y s i s 返回去查树状图或冰挂图，将原有的9 类车型合并为5 类，见表3 - 1 3 。 表3 1 3 按欧氏距离合并原车型的结果表 t a b l e3 1 3v e h i c l et y p e sa f t e rc l u s t e ra n a l y s i sb a s e do ne u c l i d e a nd i s t a n c e 聚类中心编号车型分类包括原有车型编号及说明 1微型车1 ，微型车 2 小客车2 ，小客车 3中型车 3 、4 、5 ，轻型车、中型车1 、中型车2 4 大型车6 、7 ，大型车、拖挂车l 5 拖拉机8 、9 ，小拖拉机、大拖拉机 由于目前实测数据中拖拉