高速公路特殊路段交通流仿真研究

李德才，儲江偉*，何 萌，張國勝

(1.東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040；2.交通運輸部公路科學(xué)研究院 運輸車輛運行安全技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，北京 100088)

對于在高速公路上行駛的車輛，經(jīng)常要使用監(jiān)控系統(tǒng)來對其進行調(diào)查和測試。但是，監(jiān)控系統(tǒng)適應(yīng)控制系統(tǒng)的運行需要一定的時間，并且進行交通數(shù)據(jù)采集時收集的一些數(shù)據(jù)無法通過普通的實驗測試方法，而且花費的成本較大。交通流仿真技術(shù)并不需要一個真正的交通系統(tǒng)，它經(jīng)濟方便，便于參與，可重復(fù)，特別是在對交通量發(fā)生顯著變化的道路，例如高速公路等道路類型的研究時，能夠詳細地模擬高速公路交通流量的變化，更好地幫助我們理解交通流的物理過程，提供更準確的動態(tài)變化的可行性分析和技術(shù)支持，同時也為進行交通控制提供一個平臺來進行直觀地分析和決策[1-2]。

1 高速公路特殊路段交通流仿真數(shù)據(jù)調(diào)查

為了進行高速公路交通流仿真需要，將哈爾濱市繞城高速的松花江大橋路段中所截取的600 m作為仿真路段，如圖1所示，采用此路段的交通調(diào)查數(shù)據(jù)作為相關(guān)交通仿真參數(shù)。

圖1 哈爾濱繞城高速松花江路段平面圖

1.1 公路基本情況

哈爾濱繞城高速公路(G1001)由東南段(東風(fēng)至瓦盆窯)、西段(瓦盆窯至秦家)和東北段(秦家至東風(fēng))三部分組成，設(shè)計行車時速為120 km，全長為92 km。其建設(shè)規(guī)模為雙向四車道、全封閉、全立交高速公路。該路最早投入建設(shè)的東南段(全長29.3 km)于1998年開工，2001年建成通車，經(jīng)過11年的建設(shè)施工，東北段也于2009年10月交工通車，哈爾濱繞城高速公路實現(xiàn)了全線貫通。作為哈爾濱市乃至黑龍江省公路的中心樞紐，哈爾濱繞城高速公路通過10個互通區(qū)與京哈、綏滿、黑大、同三等8條高速公路、8條一級路和19條城市快速干道相連，以哈爾濱為軸心，包括環(huán)城過境高速公路以及向長春、牡丹江、佳木斯、綏化、大慶五個方向輻射的“一環(huán)五射”高速公路體系已完全形成。實現(xiàn)過境車輛全環(huán)路通行，不再進入哈爾濱市區(qū)，每天可從市區(qū)疏導(dǎo)出近3萬臺車輛，對拉動黑龍江省經(jīng)濟發(fā)展、建立新型高效的物流系統(tǒng)起到至關(guān)重要的作用。

1.2 交通流情況

通行能力計算中大型車換算成小客車的車輛換算系數(shù)見表1[1]。

表1 高速公路的大型車換算系數(shù)

大型車包括中型與重型的載貨汽車、拖掛車、通道式大型客車；小客車包括吉普車、摩托車和載重小于2 t的載貨車以及座位數(shù)小于12個的面包車。根據(jù)表1，因為所取路段地勢較平坦，所以大型車換算系數(shù)取1.7。

調(diào)查時間為2013年2月，分別挑選正常條件下(路面已清雪)和冰雪條件下(正在下雪或雪后未清雪)的交通調(diào)查，在時段9∶00～9∶20分別進行，室外溫度零下20～25℃，每10 min調(diào)查一次。選取交通量較高的10 min測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過換算后得到小時流率。

經(jīng)整理后的交通調(diào)查數(shù)據(jù)見2和表3。在進行交通調(diào)查時用雷達測速儀測量車速，雷達測速儀配套的高速打印機可將測量結(jié)果和測量時間一起打印輸出。經(jīng)過統(tǒng)計整理，得出20 min內(nèi)的駛過的車輛的平均車速為78.78 km/h(正常條件下)，72.67 km/h(冰雪條件下)。

表2 正常條件下哈爾濱繞城高速交通調(diào)查表

表3 冰雪條件下哈爾濱繞城高速交通調(diào)查表

表4 正常條件下出口匝道交通調(diào)查表

表5 冰雪條件下出口匝道交通調(diào)查表

表6 正常條件下入口匝道交通調(diào)查表

表7 冰雪條件下入口匝道交通調(diào)查表

2 建立交通流仿真模型

2.1 仿真軟件

本次方針采用VISSIM 軟件，它是一種微觀、基于時間間隔和駕駛行為的仿真建模工具，用以建模分析各種交通條件下(車道設(shè)置、交通構(gòu)成、交通信號、公交站點等)城市和公共交通的運行狀況，是評價交通工程設(shè)計和城市規(guī)劃方案的有效工具[3]。VISSIM采用的核心模型是德國Karlsruhe大學(xué)Wiedemann教授于1974年建立的生理—心理駕駛行為模型，其基本思路是當(dāng)后面行駛的駕駛員自己認為前車到自己的距離小于其心理安全距離時，會相應(yīng)的減速行駛。但是后車駕駛員沒有辦法準確無誤地判斷安全距離，則它會在一段時間內(nèi)以低于前車的車速行駛，知道兩車之間距離達到另一個心理安全距離時，后車會緩慢地加速行駛，這樣周而復(fù)始的形成一個加速、減速的迭代過程[4-7]。

2.2 參數(shù)設(shè)置

行駛方向為從西南向東北的路段編號設(shè)為1，車道數(shù)設(shè)為3，車道寬度設(shè)為3.75 m，道路類型選擇高速公路。同理，行駛方向為從東北向西南的路段編號設(shè)為2，車道數(shù)設(shè)為3，車道寬度設(shè)為3.75 m[8-11]。默認仿真時長為3 600 s，隨著路面狀況不同參數(shù)的設(shè)置也不同，具體的參數(shù)設(shè)置詳見表8。

表8 不同路面狀況的參數(shù)設(shè)置

路網(wǎng)評價的配置選擇處于激活狀態(tài)的車輛數(shù)、行程時間、平均車速。行程時間和路段評價中，時間設(shè)為0到3 600 s，時間間隔為360 s。路段評價中選擇車速、仿真時間、交通流這三個參數(shù)。

2.3 交通流仿真結(jié)果

為了方便統(tǒng)計，仿真出入口匝道的路段設(shè)定長度450 m，該路段為兩個路幅(從東北到西北方向和從西北到西南方向)，每個路幅都只有一個車道。從東北向西北方向的編號為1，從西北向西南方向的路幅編號為2。仿真過程完成后將生成文件，整理仿真結(jié)果見表9和10。

表10 冰雪條件下仿真結(jié)果

通過表1和表2對比發(fā)現(xiàn)：相同的出入口匝道在正常條件下和冰雪條件下的交通量相差不多；冰雪條件下的平均行程時間略高于正常條件下的平均行程時間；由雷達測速儀測出的平均車速都在50～60 km/h，正常條件下的平均車速略高于冰雪條件下的平均車速。

3 結(jié)束語

通過軟件仿真的方法，以哈爾濱市繞城高速的松花江大橋路段的某一段特殊路段作為調(diào)查對象，進行實際調(diào)研。用雷達測速儀測出了在實驗時間段內(nèi)經(jīng)過車輛的車速，并且分方向、分車型進行了交

通量統(tǒng)計。經(jīng)計算后，平均車速都在50～60 km/h，正常條件下的平均車速略高于冰雪條件下的平均車速。用VISSIM軟件仿真，從輸出的數(shù)據(jù)中可以看出冰雪條件下的平均行程時間略高于正常條件下的平均行程時間。冰雪條件下的高速公路基本通行能力大幅降低。

【參 考 文 獻】

[1]張亞平.道路通行能力理論[M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

[2]任園園.冰雪條件下城市道路交通流特性及管理對策研究[D].長春：吉林大學(xué)，2008.

[3]范東濤，吳 可.對高速公路通行能力計算中大型車換算取值問題的探討[J].華東公路，2004(1)：7-9.

[4]裴玉龍，張亞平.道路交通系統(tǒng)仿真[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]任三軍.高速公路匝道局部感應(yīng)調(diào)節(jié)研究[D].長春：吉林大學(xué)，2007.

[7]苗浩軒，王景成，胡 霆，等.基于VISSIM和Matlab的信號燈控制策略研究[J].微型電腦應(yīng)用，2012，28(12)：5-7

[8]李 昂.交叉口行人二次過街方案及其對行人延誤的影響[D].北京：北京交通大學(xué)，2011.

[9]周廣林，孫耀杰，高 騫，等.基于VISSIM的交通控制仿真系統(tǒng)的研究[J].電子設(shè)計工程，2011，19(15)：19-22.

[10]何永明，丁柏群.冰雪條件下高速公路通行能力衰減仿真研究[J].森林工程，2012，28(2)：68-70.

[11]何永明，崔淑華.冰雪路面通行能力衰減仿真研究[J].交通標準化，2010(5)：39-41.