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《东南大学》 2015年
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快速路设置收费车道对路段通行能力的影响研究

沈金星  
【摘要】:为了缓解交通拥堵,满足出行者对出行时间的不同需求,进一步提高城市快速路的通行效率,本文提出了在城市快速路设置收费车道的交通管理模式。所谓的收费车道是指城市快速路上提供公共交通服务的车辆免费通行,而私人出行方式的车辆则需要缴纳一定的费用才能使用的一条专用车道。公共交通类的车辆包括了常规公交车、长途客车、公司通勤大客车、救护车以及特殊的应急车辆等具有公共服务功能的车辆,不包含出租车等小型车辆。单独设置的收费车道不仅以专用道的形式可以满足公交优先的需求,还允许私家车通过缴纳一定的费用来使用此专用车道,以充分利用此车道的剩余通行能力。交通管理者则可以通过设置不同的收费费率调整进入收费车道的私家车交通流量,以保证收费车道具有较高的服务水平。在某种程度上,设置收费车道的交通管理方式不仅兼具拥堵收费和公交专用道的优点,还可以避免设置公交专用道时可能出现的车道利用率不充分以及实施拥挤收费时会出现的社会公平性问题。论文依托国家重点基础研究发展计划(973)课题(2012CB725402),以及江苏省普通高校研究生科研创新计划课题(CXZZ13_0121),采用我国快速路实际交通流数据,从机理分析、理论研究、案例应用三个层面出发,探索研究了快速路设置收费车道后路段通行能力的变化情况。论文首先设计了一种新的交通流数据采集方法,分析了我国快速路交通流的自有特性,构建了符合我国快速路混合交通流特性的车辆跟驰与换道模型。基于交通流基本图模型,从理论上分析了设置收费车道对快速路路段通行能力的影响。以此为基础,结合元胞自动机基本模型以及本文构建的车辆跟驰、换道模型,建立了一个快速路交通流仿真系统,作为研究快速路通行能力变化机理的工具。最后,选择了一条快速路作为实际案例,研究快速路收费车道设置对路段通行能力的影响情况。论文进行的主要研究内容如下:首先,分析对比了现有主流交通流数据采集方法的适应性,选择路侧激光与微波雷达检测器相互结合的方式作为获取快速路交通流数据的采集方法。根据不同检测器的设置要求,确定了交通流数据采集的时间和地点。根据调查数据的自身特性,分别基于车辆分型数据、流量波动数据以及速度波动数据对调查数据进行了数据清洗。以此为基础,分别从交通流量、速度、密度的车道分布差异性对调查数据进行分析,研究了我国快速路驾驶员的车道选择偏好性,以及不同车道上不同车型车速的分布差异性对快速路通行能力的影响。其次,通过对现有车辆跟驰模型研究成果的分析对比,基于我国道路交通流特性,综合考虑不同类型车辆的跟驰行为,车辆自身加减速性能限制条件,以及不同类型跟驰行为的车头间距关系,构建了一个新的车辆跟驰模型。通过对获取的快速路车辆跟驰数据的分析,选择非线性最小二乘回归分析方法对本文提出的跟驰模型进行参数拟合。以此为基础,利用实际调查数据,将本文模型与Edie跟驰模型以及Gazis跟驰模型进行了对比分析。第三,通过对快速路车辆换道特性的分析,基于效用函数模型框架,构建了一个新的快速路车辆换道模型。模型通过不同效用函数的解释变量,分析了驾驶员面对不同交通流状况的换道偏好性。利用实际调查数据,使用最大似然方程对换道模型进行了标定。借助ROC曲线,对比了本文模型与Choudhury模型在分析我国快速路车辆换道行为时的有效性。第四,基于交通流基本图模型,从理论上研究了混合交通流对路段通行能力的影响情况。借助移动瓶颈理论,分析了收费车道的交通流特性以及收费车道设置后对路段其他车道通行能力的影响情况,确定了收费车道的交通运行条件,从理论上分析了设置收费车道对提高快速路通行能力的作用。第五,基于元胞自动机模型,结合本文构建的车辆跟驰模型、换道模型,建立了一个完整的城市快速路交通流仿真体系。本文建立的模型不仅可以从理论上分析快速路交通流状态的微观变化规律,还能够很好的描述实际道路交通流的宏观特性,研究导致快速路路段通行能力出现折损的关键原因。最后,以龙蟠路为例,基于本文构建的交通流仿真模型,以实际案例的形式研究了设置收费车道前后路段通行能力的变化情况。作为一种新兴的交通管理与控制技术,收费车道在美国不仅取得了很多成功的工程应用案例,学术界也涌现了大量的科研成果。但是在我国还甚少见到有相关研究成果与工程应用案例。论文的研究不仅可以作为对我国快速路通行能力研究的补充和完善,还有助于定量的分析在城市快速路设置收费车道对路段通行能力的影响情况,理解设置收费车道对快速路利用率的提升作用,认识到收费车道设置对改善快速路通行环境的效果,为快速路设置收费车道提供理论支撑,为提高城市快速路利用效率,解决城市交通拥堵提供了一种新的思路。
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