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干线公路通行能力计算机模拟研究总结报告

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图纸类别:技术资料

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下载次数:7578上传日期:2009年09月24日

资料作者:ys31001中 路 币:0

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资料介绍

 干线公路通行能力计算机模拟研究总结报告

 

 【研究总结与技术报告】应包括立项背景目的、任务来源、组织研究过程、总体思路、研究成果、主要发现点、科学价值、学术界公认程度、与国内外同类研究的综合比较、存在的问题。
注意:上传附件的名称请不要超过25个汉字。

 

 

安徽省公路管理局

东南大学交通学院

 

2007年3月

 

 

一、项目背景和研究意义

干线公路通行能力计算机模拟研究是由省交通厅2003年6月立项,省公路管理局与东南大学联合进行干线公路通行能力计算机模拟研究课题的研究与开发,作为通达工程的一个子项目。

道路通行能力是道路规划、设计、管理等方面最基本的尺度,研究和确定道路通行能力,能提高路网运输效益,缓解道路交通矛盾,保障道路畅通。国外对道路通行能力研究十分重视,在该领域取得了一系列研究成果。我国由于交通组成复杂,特别是干线公路(主要指双车道公路),道路、交通条件与国外相比,车辆动力性能相差悬殊,驾驶行为随意性大,机动车与拖拉机、自行车、畜力车等慢车混合行驶、干扰严重。多年来,我国通行能力的研究一直是一个薄弱环节,现行所采用的通行能力基本上沿用了国外的一些研究成果,许多部分已不能反映我国道路交通的实际运行特性。

双车道公路是安徽省现有公路系统中最普遍、总里程最长的一种公路。截至2004年底,全省公路总里程71783公里,其中高速公路1294公里,占总里程1.80%,一级公路318.8公里,占总里程0.44%,二级以上公路10756公里,占总里程14.98%,等级公路65251公里,占公路总里程90.9%。由于二级、三级及部分四级公路均为双车道公路,因此双车道公路目前及今后仍将占安徽省公路总里程的绝大部分。

对安徽省双车道干线公路而言,大量路段车型复杂、横向干扰严重,存在集镇、养护施工、收费站、交叉道口、停车站点等因素影响,而在这些具体影响因素下,分析其通行能力变化,为在公路建设和管理过程中,掌握路段通行能力实际状况,确定改扩建及新建路段的合理规模和路段养护管理方案,正是安徽省公路管理部门实际工作中亟待解决的问题。

而在研究过程中,采用计算机模拟则是十分关键、有效的技术手段, 与传统通行能力研究靠大量实地观测、统计分析相比,不仅节省了大量的人力、物力、财力和时间,而且由于计算机模拟具有随机性、可重复性、延续性等特点,只需正确建立符合交通系统真实情况的模拟模型,就可模拟未来或某种特定道路交通条件下的交通流状况,深入地分析车辆、驾驶员和行人、道路以及交通流的交通特性,有效地进行道路通行能力、交通规划、交通组织与管理等公路管理实际工作。

目前,安徽省在通行能力分析研究方面尚未进行系统的、完整的研究,缺少适合安徽省实际状况的各种设施通行能力的分析模型、参数,为了使有限的公路建设资金投入到急需的新、改建公路工程及公路管理项目上,提高工可、预可分析以及规划、设计的科学性、合理性,对安徽省公路通行能力,特别是双车道干线公路的通行能力进行系统的研究已迫在眉睫,这也是安徽省公路管理由传统向科学迈进的必然趋势。

二、研究目标

研究旨在国内外交通流模拟技术研究的基础上,结合安徽省干线公路的实际特点,利用概率统计、排队论、交通流理论、计算机仿真技术等,对安徽双车道干线路段交通流进行计算机模拟,建立一套适合安徽省的简单有效的通行能力研究方法和指标体系。该体系不仅可以用来对已有路段进行通行能力验算,也可以模拟未来或某种特殊道路交通条件下的交通流状况,为道路通行能力、交通规划、交通组织与管理、区域运输合理化等方面的研究提供有效的依据和借鉴。

1) 干线公路交通流特性分析

采用摄影法和交通量调查相结合的方法,选取具有代表性的双车道干线公路路段进行实地调查,得到符合安徽省实际的各类车辆的车型组成、车速、车头时距等数据,通过数理统计方法对采集的有效数据进行统计分析,确定双车道公路方向分布、车辆到达分布、平均自由流车速分布等相关参数,以标定模拟模型;分析双车道公路驾驶员交通特性、车辆运行特性和道路交通特性,探讨双车道公路交通流三参数的统计分布特性及三参数基本关系模型,在此基础上,研究双车道公路交通流及车辆运行的独特性。

2) 干线公路交通行为分析

分析驾驶员在车辆性能、交通状况、道路条件等影响因素下,为保证车辆安全行驶而调整车速的行为变化,交通行为具体包括自由行驶、跟驰、超车、停止超车、减速避让等;分析慢车、路边行人、路侧非机动车的交通行为,及其对双车道公路路段车辆驾驶行为的影响。

3) 干线公路计算机模拟模型研究

在传统通行能力统计分析方法的基础上,采用计算机仿真技术,建立双车道公路路段模拟框架,模拟模型包括发车模型、模拟运行模型、道路影响模型、仿真控制模型和人机交互模型五部分;研究产生服从指定发车分布的随机数序列,以微观交通仿真为基础,具体分析双车道公路在一般路段、集镇路段、养护施工区段、停车收费站、搭接道口等情况下的车辆运行特征并建立相应模拟模型,通过实地调查数据标定模型参数,以使模拟模型尽可能反映安徽干线公路的实际情况。

4) 干线公路计算机模拟程序设计

模拟对象为双车道公路路段交通系统,人车单元(DVU)为模拟系统的基本元素,模拟程序主要运用到面向对象(OOP)的编程思想,采用Borland Delphi 7.0设计实现。程序设计主要包括道路模块、交通设施模块、人-车模块、仿真模块、结果模块等的功能设计及程序实现,其中,仿真模块是仿真模型中的核心部分,该模块是在已知仿真基本条件(包括流率、分布情况)和仿真基本框架(由道路模块、交通设施模块以及人-车单元模块决定)的基础上,根据一定的规则(包括发车规则、自由行驶规则、跟驰规则和换车道规则等),对给定时段内的各人-车单元的状态进行仿真。

5) 干线公路通行能力分析和服务水平评价

通过计算机模拟,运用数理统计等方法对模拟结果进行统计分析,确定安徽省双车道干线公路在不同道路、交通条件下的车辆换算系数(PCE),及实际通行能力,并依据美国HCM2000提出的对服务水平评价的改进指标——跟车时间百分比,确定服务水平的分级标准。

6) 干线公路交通管制策略研究

针对通行能力分析中的运行状况分析、规划设计分析两个层次,通过模拟软件可以确定通行能力或服务水平,在此基础上,分别对一般路段及特殊路段在规划设计阶段提出辅助决策意见,在实际运行状况分析中提出具体改善措施,以指导实际应用。

三、研究的技术路线

运用系统工程理论分析双车道公路路段各子模块之间的动态关系,采用交叉分类统计的方法,分析目前安徽省干线公路的车型结构特征,对于道路子系统、驾驶员-车辆和交通流宏观交通特性研究主要采用交通工程理论和生理学、心理学、行为学及概率统计理论进行研究。研究过程中主要采用交通流计算机模拟的办法,辅以实地观测数据的统计分析,研究技术路线如下图1。

图1 技术路线

四、研究成果和考核指标完成情况

本课题由安徽省公路管理局牵头,东南大学交通学院负责主要研究与报告撰写工作,共同围绕干线公路通行能力计算机模拟这一主题开展研究,经过一年多的协同攻关和分工研究,目前已经较好地完成了安徽省交通厅计划任务中确定的研究任务和考核指标。

(一)研究报告

1.《干线公路通行能力计算机模拟研究》

2.《双车道干线公路通行能力计算机模拟软件用户手册》

由安徽省公路管理局和东南大学交通学院负责研究完成。

(二)工程应用示范

1)2005年10月系统开始在安徽省公路管理部门投入运行,普遍反映软件系统接口齐全、功能完备,具有较好的操作性。系统运行稳定、操作简便、界面友好、灵活性强。研究成果提高了管理的效率,降低了管理成本,增强了管理工作的客观性、公正性,对提高管理水平具有重大意义和良好的技术经济效益。可在安徽省推广应用,并对全国公路管理的发展也具有较大的参考价值。

2)对公路在规划、设计阶段的工作具有很大指导意义。在我省开展的多条干线公路的改扩建工程可行性研究中,运用该成果对公路使用年限内的远景交通量和通行能力进行分析预测,避免了确定公路建设规模时的不当和失误,科学合理地调整和确定了公路技术标准和工程规模,极大地提高了规划的合理性和科学性。在改建项目中,使公路规模符合交通量和通行能力的要求,使有限的公路建设资金得到最合理的运用。在巢湖、滁州、黄山等市的改建工程的及施工中,使用该成果取得显著成果。

3) 建设部门反映该成果具有很强的适用性。在平原和山区路段分别应用该成果,分别考虑了平纵线形指标、路基路面宽度、交叉口数量等指标的差异性,其结果与实际情况能很好地吻合。该成果还具有较强的可操作性。自该成果推广使用以来,业务工作人员经过了简单的培训,都能很快地熟练掌握并实际应用。工作人员普遍反映,该系统操作方便,功能较强,提高了工作效率,大大增强了公路部门的管理手段和管理水平。此外,该成果更能产生良好的经济效益。使用该成果以来,建设部门能够科学合理地确定公路等级、技术标准、建设规模和建设时机,避免了项目的标准过高,规模过大,资金浪费等现象,使用有限的建设资金有针对性地对公路进行了改建,沿线群众反映良好,产生较大的经济效益和社会效益。

(三)拥有1项软件著作权

已经向江苏省信息产业厅申请《双车道干线公路通行能力计算机模拟软件》技术鉴定。

(四)国内外刊物或会议发表论文2篇

1          谢洪新,成礼平,过秀成. 双车道公路通行能力计算机模拟程序设计[J]. 公路交通科技,2003,(S1).

2          潘敏荣,潘昭宇,陈玮,过秀成,彭道月. 基于MISSION 模型的双车道公路路段交通流模拟设计[J]. 2005 年海峡两岸智能交通运输系统学术研讨会,智能交通运输系统研究与实践,2005.8.

3          周杲尧,过秀成.驾驶员行为特性对交通仿真模型的影响及其应用[J].现代交通技术,2005,(S2).

五、项目创新点和特色

本课题针对目前安徽省公路管理过程中对公路通行能力分析和服务水平评价工作的实际需求,采用计算机模拟的方法,从干线公路基本路段及集镇、养护施工、收费站、搭接道口等特殊路段分别进行建模,模拟研究各种不同条件下的通行能力,并建立基于跟车时间百分比的干线公路服务水平评价体系。为公路建设和管理,掌握路段通行能力实际状况,确定改扩建及新建路段的合理规模和路段养护管理方案提供了技术支撑,提高了公路工程预可、工可分析以及规划、设计的科学性、合理性。部分研究成果和技术创新在国内同一领域处于领先的水平。

1) 系统分析了安徽省干线公路集镇、养护施工、收费站、搭接道口等特殊路段的道路交通特性;

2) 构建了双车道公路交通流模拟模型,及道路条件影响模型与特殊路段影响模型,并通过实测数据标定了模型相关参数;

3) 用Borland Delphi7.0工具开发了干线公路通行能力计算机模拟软件,实现了模拟路段管理、各种影响因素下的通行能力与服务水平模拟和模拟结果分析等功能;

4) 运用交通流模拟软件,针对不同的路面宽度、不同地形条件和不同道路纵坡,并考虑车辆的外部尺寸,实际动力性能、车速及车型组合不同对车辆折算系数值的影响,提出了适合安徽省干线公路实际的各种车型的PCE值;

5) 利用计算机模拟方法确定了干线公路基本路段及集镇、养护施工、收费站、搭接道口等特殊路段的通行能力,建立了基于跟车时间百分比的双车道干线公路服务水平评价体系;

6) 研究采用交通流模拟的方法研究流量、速度、密度三参数关系和通行能力,与以往通过分析大量的实地调查数据的统计分析方法相比,模拟可以节省大量的时间、人力和财力,并且可以获得较为可靠的数据,研究的范围也可以更加广泛。

六、项目实施进度

2003年6月-12月,项目正式启动,进行课题的国内外调研、需求分析和交通调查,并形成干线公路交通流特性和交通行为报告。

2004年1月-8月,课题组根据安徽省干线公路实际情况,进行计算机模拟模型构建和模拟软件的编制。

2004年9月-12月,课题组针对建模需求,进行干线公路的补充交通调查,进一步标定模型参数,提高模型可靠性。

2004年12月在选择部分市公路管理局的9个新改建工程为试点,试运行了该成果,反映均良好。

2005年1月,由安徽省交通厅召集召开了中期成果汇报会,省公路管理局,各地市公路管理局及课题组成员分别发表了意见。

2006年3月5日,课题《干线公路通行能力计算机模拟研究》进行专家鉴定验收、评审。

2006年3月10日,在边修改边试验的基础上,经修改后,在全省正式推广该系统的运行使用。

七、项目成果新颖性和水平查新

本次查新工作委托江苏省科技情报研究所查新咨询中心(国家一级科技查新咨询单位)完成,课题总体水平达到了国内同类研究领先水平。查新结论如下:

1)见有双车道公路通行能力计算机模拟的综述性研究,在建立模拟系统各个基本模型的基础上,提出一种基于车辆期望车速的模拟程序流程,为计算机模拟研究提供了一种新思路的报道,但未见双车道公路道路条件影响模型与特殊路段的模拟模型及模型相关参数的标定;

2)见有的报道包括13个主要模块的城市交通微观模拟软件系统框架的报道,但未见利用Borland Delpgi7.0工具开发干线公路通行能力计算机模拟软件;

3)见有高速公路基本路段、快速路通行能力计算机模拟的报道,但未见利用计算机模拟方法确定干线公路基本路段及其集镇、养护施工、停车站点、搭接道口等特殊路段的通行能力和服务水平。

八、专家评审意见

2006年3月5日,受安徽省科技厅委托,安徽省交通厅在合肥主持召开了《干线公路通行能力计算机模拟研究》鉴定(验收)会,九位专家组成了专家组(名单附后)。与会专家听取了课题组的汇报,观看了软件演示,审阅了相关文件,经认真讨论和质询,形成意见如下:

一、提交的文档资料齐全,符合鉴定要求。

二、本课题目标明确,技术路线合理,内容全面,完成了合同规定的研究目标。

三、本课题针对安徽省干线公路实际,通过大量的实地调查,系统分析了干线公路的道路、交通特性和交通行为,构建了干线公路在不同路面宽度、平曲线、纵坡、路面状况、视距、路侧干扰、交通组成综合作用下的路段模拟模型,及集镇段、养护施工区、交叉道口及收费站区域的特殊路段模拟模型,并结合安徽省干线公路实测数据标定了相关参数。

四、在理论研究的基础上,用计算机仿真技术,研发了可视化强、操作方便、拓展性好的计算机模拟软件,实现了对不同道路、交通条件下的干线公路通行能力、服务水平的分析功能,并运用软件评定了安徽省7m9m12m15m的典型干线公路在不同影响因素下的通行能力。

综上,研究成果可为安徽省公路管理部门制定相关管制策略提供了有力的技术支撑,并可为通行能力手册编制等提供基础资料和参考,研究成果具有重要理论和实用价值,达到了国内同类研究领先水平。

 

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