城市道路行程時(shí)間估計(jì)研究

張高峰

摘 要 城市交通是城市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的非常重要的組成結(jié)構(gòu)，道路行程時(shí)間估計(jì)是智能交通研究中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前，有許多行程時(shí)間計(jì)算的模型，主要就HCM2000，WEBSTER模型等。然而，我國交通流的組成遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于國外，致使這些模型的結(jié)果都不能令人滿意，在考慮這些模型和我國交通流的前提下，文章提出了一種改進(jìn)型的行程時(shí)間估計(jì)模型。

關(guān)鍵詞 行程時(shí)間 估計(jì)模型 HCM2000

中圖分類號(hào)：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.03.062

Urban Travel Time Estimation

ZHANG Gaofeng

（School of Transportation， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031）

Abstract Urban traffic is a very important component of the urban economic structure， and the road travel time estimation is a very important part in the research of intelligent transportation. At present， there are a lot of travel time calculation model， mainly on the WEBSTER， HCM2000 model， etc.. However， the composition of traffic flow in China are far more sophisticated in foreign countries. As a result， the results of these models are not a satisfactory， in considering these models and traffic flow in our country under the premise， this paper puts forward the a modified travel time estimation model.

Key words travel time； estimation model； HCM2000

道路交通態(tài)勢(shì)評(píng)價(jià)中，行程時(shí)間是其中一個(gè)非常重要的綜合性指標(biāo)，其對(duì)道路的整體的順暢度以及交通運(yùn)行效率的評(píng)價(jià)具有明顯的優(yōu)勢(shì)。對(duì)路徑行程時(shí)間進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)估計(jì)，可以為出行者提供行程時(shí)間信息，出行者可進(jìn)行出行模式、出行時(shí)間、出行路徑的選擇，從而避開擁擠路段，提高出行效率。

在交通流誘導(dǎo)系統(tǒng)中，道路管理者通過建立綜合行程時(shí)間最短的目標(biāo)函數(shù)得出誘導(dǎo)信息，進(jìn)而發(fā)布給道路使用者；在動(dòng)態(tài)交通規(guī)劃中，動(dòng)態(tài)路阻的確定是其中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，一般情況下，我們可以直接運(yùn)用行程時(shí)間來作為動(dòng)態(tài)路阻。所以，城市道路行程時(shí)間是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。論文主要講述了包含交叉口的城市道路的路段平均行程時(shí)間的估計(jì)。

1 行程時(shí)間估計(jì)的基本思路

文章里，城市道路路段行程時(shí)間由三部分組成（如圖1所示）：交叉口處的等待延誤時(shí)間Td，通過交叉口的時(shí)間Tc和通過不包含交叉口的路段時(shí)間Tr。

圖1 城市道路路段行程時(shí)間圖

通過交通仿真軟件VISSIM，本文建立了一個(gè)如圖2所示的包含3個(gè)交叉口的路段，其中主干道上的車道是6條，線路1的長度是800米，線路2的長度是900米，為了便于研究，本文規(guī)定3個(gè)交叉口的信號(hào)配時(shí)都是2相位。

本文給定線路1和線路2上的交通量分別是1900輛/小時(shí)和1700輛/小時(shí)。在仿真過程中，為了剖析交叉口不同配時(shí)下引起的延誤對(duì)線路行程時(shí)間的影響，本文的配時(shí)方案有3種（其中C=110，g=110表示只有主干道有通行權(quán)，次干道無通行權(quán)），由于仿真路段上交叉口的信號(hào)配時(shí)是2相位的，所以各交叉口的周期都不大于120秒。為了使得車輛能夠在采樣周期下正常通過線路1和線路2，而兩條線路的行程時(shí)間不超過150秒，所以150秒即為本文選取的采樣周期。

本次仿真采集時(shí)間共3600秒，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后，去除開始的兩組數(shù)據(jù)，本文共得到22組有效的平均行程時(shí)間值，每組包括2個(gè)方向，3種配時(shí)的數(shù)據(jù)。

2 交叉口延誤時(shí)間計(jì)算

2.1 交叉口延誤對(duì)行程時(shí)間的影響

根據(jù)仿真得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，我們可以得出線路1在不同配時(shí)下的平均行程時(shí)間圖，并且還可以得到交叉口延誤在行程時(shí)間中所占據(jù)的比重，如圖2所示。

圖2 線路1的平均行程時(shí)間

根據(jù)圖2，我們可以看出，并不是交叉口的配時(shí)周期越大，行程時(shí)間越小的；在交叉口距離不太遠(yuǎn)的城市道路中，雖然在不同的配時(shí)方案下，交叉口延誤在路段行程時(shí)間中的比重是不同的，但是延誤時(shí)間所占的比例都非常大，最高可占到75.8%，最低也可占到30%。

為此，在計(jì)算路段行程時(shí)間的過程中，我們首先應(yīng)該對(duì)交叉口延誤進(jìn)行計(jì)算，這是進(jìn)行城市路段行程時(shí)間估計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

2.2 改進(jìn)型HCM2000延誤公式

HCM2000中的延誤模型是美國交通委員會(huì)在前人研究成果的基礎(chǔ)上的改進(jìn)模型，模型的實(shí)用性較好。但這畢竟是服務(wù)于美國的，它的產(chǎn)生背景是美國的交通環(huán)境，這和中國的交通環(huán)境是有一些差別的。兩國之間駕駛習(xí)慣、駕駛技巧的不同，交叉口設(shè)計(jì)方面的差別，以及中國更復(fù)雜的交通流組成等等，這些差異在一定程度上導(dǎo)致了直接使用HCM2000延誤模型會(huì)影響模型的精確性。

為此，本論文提出了一種基于HCM2000延誤的改進(jìn)延誤模型，具體公式如下所示：

（1）

其中， ——車輛平均排隊(duì)延誤時(shí)間；

——均勻延誤權(quán)重系數(shù)；

——增量延誤修正系數(shù)；

HU ——延誤時(shí)間固定增量。

改進(jìn)型的延誤模型同樣分為三部分：第一部分就是第一項(xiàng)，在此項(xiàng)中添加了一個(gè)系數(shù)；第二部分是二、三兩項(xiàng)，此項(xiàng)較之前沒有改變；第三部分是最后一項(xiàng)，把初始排隊(duì)延誤項(xiàng)改為了一個(gè)固定延誤值，中國的交通流組成遠(yuǎn)遠(yuǎn)復(fù)雜于美國，且行人過街量也很大，為此加入一個(gè)固定值，本文假設(shè)車輛沒有二次過街的情況發(fā)生，所以去掉了初始排隊(duì)延誤。

在式5中，共有兩個(gè)未知參數(shù)需要求解，論文運(yùn)用最小二乘法對(duì)這兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行求解，具體過程請(qǐng)見第5節(jié)。

3 路段通過時(shí)間計(jì)算

在我國，交通數(shù)據(jù)檢測(cè)中應(yīng)用最為廣泛的就是感應(yīng)線圈檢測(cè)器了，它是固定檢測(cè)器的一種，價(jià)格實(shí)惠，鋪設(shè)幅度大，檢測(cè)精度高，但是其只能檢測(cè)點(diǎn)速度，交通量和占有率，不能直接檢測(cè)行程時(shí)間。從線圈檢測(cè)器中得到的點(diǎn)速度可以變?yōu)闀r(shí)間平均速度，其公式如下：

= （2）

其中，是時(shí)間平均速度，是檢測(cè)到的點(diǎn)速度。

由文獻(xiàn)[3]可知，

= 1.0263.042 （3）

其中是區(qū)間平均速度。

由公式2和3，我們得出路段通過時(shí)間的計(jì)算模型：

（4）

其中，是圖1中對(duì)應(yīng)于的路段，單位是米。

4 交叉口通過時(shí)間計(jì)算

當(dāng)綠燈起亮后，排隊(duì)中的車輛會(huì)立刻沖出停車線，在不考慮車輛的啟動(dòng)延誤下，車輛通過交叉口的速度接近自由流速度，此時(shí)通過交叉口的時(shí)間為：

= （5）

式中，是通過的交叉口長度，單位是米；

是該道路路段上的自由流速度，單位是米/秒。

5 城市道路路段行程時(shí)間估計(jì)模型

根據(jù)前面幾節(jié)，我們最終得到了城市道路路段行程時(shí)間的估計(jì)模型，模型如下所示：

= + + （6）

改進(jìn)型HCM2000延誤的路段行程時(shí)間估計(jì)模型是：

（7）

根據(jù)最小二乘法，只要使得最小，我們就可以求出參數(shù)、HU的值。

（8）

把各個(gè)變量的實(shí)際值都帶入式8中，上式就變成關(guān)于、HU的二元一次方程組，解這個(gè)方程組即可求出、HU的值。

6 結(jié)論

城市道路交通是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，尤其是在我國，機(jī)非混行等現(xiàn)象很嚴(yán)重，在不同的交通環(huán)境下的城市道路行程時(shí)間計(jì)算模型正是本文研究的重點(diǎn)，文章在充分考慮我國交通現(xiàn)狀和已有模型的基礎(chǔ)上，提出了一種改進(jìn)型的道路行程時(shí)間估計(jì)模型。改進(jìn)后，使得模型的實(shí)用性和精確性大大提高。

參考文獻(xiàn)

[1] TRB，Highway Capacity Manual 2000[M].TRB，National Research Council，Washington，D.C.，2000：307-312.

[2] 鄒亮，徐建閩.基于浮動(dòng)車移動(dòng)檢測(cè)與感應(yīng)線圈融合技術(shù)的行程時(shí)間估計(jì)模型[J].公路交通科技，2007.24（6）：114-117.

[3] Drake，J.S.，J.L.Schofer，and A.D.May，Jr.A Statistical Analysis of Speed-Density Hypotheses[J].In Highway Research Record 154，TRB，National Research Council，Washington，D.C.，1967：53-87.