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1、车道被占用对城市道路通行能力的影响研究车道被占用对城市道路通行能力的影响研究摘要摘要车道被占用是影响城市道路交通通行能力的一大原因之一，而且城市道路具有交通流密度大、连续性强等特点，在本文中，我们主要探讨的是车道交通事故所引起的车道被占用问题。在问题一中，我们从视频 1 中发生的事故所处横截面实际通行能力变化着手，首先利用统计学原理进行统计，将统计的数据进行标准化处理，其次利用系数修正模型解决了基本通行能力问题，进而通过 SPSS 拟合，建立了关于横截面实际通行能力的非线性回归模型，并通过作图描绘出视频 1 所发生事故所处横截面实际通行能力从发生至撤离这段时间内是在不断下降的。针对问题二，我们
2、利用了同问题一相同的理论，计算出了视频 2 中事故所处横截面实际通行能力的变化也是在不断下降的，但是出于两者不同的变化状态，我们通过 EXCEL 作出了两个事故实际通行能力差异对比图，进而得出了在发生交通事故后，车道三的通行能力比车道一的通行能力高。针对问题三，我们利用交通波1理论知识为基础，通过分析车辆的通行能力影响车辆的排队长度，建立交通波的模型；也将排队理论做计算的纽带，对车辆排队数量进行分析，建立了排队理论模型。最后用 matleb 编写出一个计算机仿真模型，利用仿真模型进行计算，得出了交通事故所影响的路段车辆排队4长度与事故横断面实际通行能力、路段上游车流量成反比，与事故持续时间成正
3、比的结论。针对问题四，利用和问题三相同的算法，在计算的过程中将题目中给出的具体数据值代入 matleb 中建立的仿真模型进行计算，建立新的排队理论模型，得出了一定的条件下，从事故发生开始，车辆排队长度将到达上游路口时经过365s 时间。关键词：统计学原理 非线性回归模型 交通波理论 排队论模型 matleb 仿 真模型 一一. . 问题的重述问题的重述（1 1）背景解析：）背景解析：车道被占用是影响城市道路交通通行能力的一大原因之一，由于城市道路具有交通流密度大、连续性强等特点，一条车道被占用，也可能降低路段所有车道的通行能力，即使时间短，也可能引发交通堵塞、区域性拥堵等交通状况。而车道被占用
4、是由交通事故、路边停车、占道施工等因素所引发的，但是在这儿我们结合题意主要研究因交通事故而导致车道或道路横截面通行能力在单位时间内降低的交通现象。（2 2）问题理解与重述：）问题理解与重述：根据已知，问题一要求根据视频 1（附件 1） ，查看分析市区公路上 1、2 车道所发生的交通事故，并根据事故从发生开始到撤离期间的交通通行能力引起的变化，描述出事故所处横截面实际通行能力的变化过程。在问题二中，要求在观看分析视频 2（附件 2）的同时，结合问题一中已描述的有关于 1、2 车道事故所处横截面实际通行能力变化，与视频 2 中出现的2、3 车道所发生的交通事故作对比，借此分析说明同一个横截面交通事
5、故所占车道不同对于该横截面实际通行能力影响的差异。根据问题一已得数据，问题三要求我们从视频一中所发生的事故入手，构建一个合理有效的数学模型，分析研究并说明此起交通事故中所影响的路段车辆排队长度与事故横截面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量三者之间的关系。问题四给出了一个假设，即假设视频 1 中的交通事故所处横截面距离上游路口由最初的 240 米变为 140 米，同时在保证路段下游方向需求不变的情况下，路段上游的车流量变为 1500pcu/h,且事故发生时车辆初始排队长度为零，同时事故持续不撤离。问题则要求我们在这样新的条件下估算出车辆需要经过多长的时间后其排队长度会到达上游路口。二问题
6、的分析二问题的分析由交通事故引起的车道被占用，进而影响城市道路通行能力的交通问题是我们研究讨论本题的核心问题，在这儿我们主要求解的是不同车道上引发的同一类型的交通事故涉及的问题。在问题一中，我们根据视频 1 描述的交通事故发生至撤离期间所处横截面道路车辆流量的变化，利用统计学原理进行统计，将统计的数据进行标准化处理，其次利用系数修正模型解决了基本通行能力问题，进而通过 SPSS 拟合，建立了关于横截面实际通行能力的非线性回归模型，进而计算出实际通行能力，并根据得出结果对事故所处横截面实际通行能力变化过程进行描述。问题二要求分析视频 2，得出发生事故后第三车道的实际通行能力，并结合问题一得出的结
7、论，分析说明在同一横截面交通事故所占车道不同对于该横截面实际通行能力影响的彼此之间的差异。问题三中，要求我们从视频 1 发生的交通事故中建立一个能够说明车辆排队长度与事故横截面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量三者关系的数学模型，在这个问题上，我们打算利用交通波理论、排队理论在 MATLAB 中建立一个仿真模型进行计算，得出问题的关系理论。在问题四中，要求我们将视频 1（附件 1）中交通事故点距离上游路口的长度改为 140 米，而且要保证路段下游方向需求量不变，同时路段上游流量变为1500pcu/h，事故发生时车辆初始排队长度为零，并且事故不会撤离。在这儿，我们将用和问题三相同的方法，
8、结合上述已知条件将 MATLAB 中的某些变量进行完善，进而计算出车辆排队到上游路口所需的时间。三模型的假设三模型的假设3.13.1 模型的假设模型的假设（1）假设一：假设题目中视频能真实的反应现实情况，且保证视频来源可靠有效。（2）假设二：假设此交通路段中车辆按平时正常情况行驶，且红绿灯正常运行，与此同时与此路段相关的其它路段未发生异常情况（如临时改道、占道施工等等） 。（3）假设三：假设该城市发展状况良好并响应国家绿色环保节能交通号召，出行多选择电瓶车。（4）假设四：假设事故发生路段为理想的道路条件、交通条件下的交通路况。四模型的建立与求解四模型的建立与求解一）问题一一）问题一相关符号说明
9、相关符号说明符号符号的意义N车道数CB理论通行能力fw车道宽度和侧向净度对 CB 修正系数fHV大型车对 CB 的修正系数pf司机对 CB 的修正系数V速度Q实际通行能力1.11.1 模型的建立模型的建立1.11.11 1 问题 1 是为了求出事故所处横断面实际通行能力的变化过程，我们需要建立出关于实际通行能力的参数方程，我们根据参考资料路网环境下高速高速公路交通事故影响传播分析与控制可以得到：城市单向车行道的实际通行能力：。可以在此基础上，结合城市道路的具体pXffHVfwNCBQ*情况来进行推广应用，求出所需模型。理论通行能力（CB）是在理想的道路与交通条件下的通行能力，是建立实际通行能力
10、的基础。而在城市一般交通条件下，当不受平面交叉口影响时，单向一条车道的理论通行能力用一下公式计算：TCB3600而由已知可以得出道路是 3 条车道，所以在此基础上在乘上多车道的换算系数，可求出单向多车道的理论通行能力。1CB由于实际情况中，我们还需考虑到实际的地形、道路和交通情况，所以还需确定与其相关的修正系数即、， 、，从而得出单向多行道的实NWffHVpf际通行能力 。pffHVfwNCBQ*111.1.21.1.2 模型模型 1 1 的求解的求解已知：单项车行道的可能通行能力：FPFHVFWNCBQX*1.2 理论通行能力CB 代表理论通行能力，理论通行能力是理想的道路与交通条件下的通行
11、能力，为了建立出实际的通行能力必须先求出理论通行能力。若为单向一条车道时，理论通行能力的计算公式为：(辆/h)TSV TCB100036002 00394. 06 . 3 VtVLST在公式中，T 为道路上行驶车辆的最小安全车头时距（s）;V 为道路上行驶车辆的行车速度（km/h）; S 为道路上行驶车辆的最小安全车头间距（m） ； LT为车辆平均长度（m） ，通过查询可知一般为 3.8m4.3m，这里取较中间值 4.0m进行计算； t 为司机的反应时间一般为 1s 或 1.5s ；为车辆与路面之间的附着系数；对于沥青类黑色路面可以推出：的数值与行车速度的关系如下图：纵向附着系数与行车速度的关
12、系：V907060504035300.250.300.300.350.350.400.45利用 spss 可以拟合出关于 v,的方程为：=-297v+156.一般而言，理想条件下一条车道的理论通行能力的最大值发生在 3040 的区间范围内。为了求出基本通行能力，我们必须得到视频中行车速度，求解的过程如下：时间平均速度（用 v 表示） ，就是观测时间内通过道路某断面所有车辆地点速i度的算术平均值： niivnv11v 第 i 辆车的地点速度；n观测的车辆数；i但在问题 1 中由于交通事故，通过事故所处横断面的车辆的数目多，且存在同时行驶的现象，依旧用这个方法使得到得结果不准确。通过观看视频发现：
13、事故发生后每隔一定的时间，车辆流将出现准确长度的长距离的堵塞，我们将其定义为 S,以这个堵塞队伍中第一辆车车头经过事故横截面为 t ，最后一辆车1的车尾经过为 t ,利用公式： 2 12ttsv可以得出这段堵塞距离中的平均速度 ,即所需的 v 。v当单向车道数多于一条时，道路的通行能力给予折减。折减系数如下表：车道位置（从道路中心算起）折算系数第一条1.00第二条0.80-0.89第三条0.65-0.78第四条0.5-0.65所以 单向多车道的理论通行能力:Q i iiCBBC*31 但由于发生了事故，第一条车道与第二条车道都被占用，这时候事故所在横截面的理论通行能力为第三条车道的理论通行能力
14、，从上表可以看出第三条的折算系数为 0.65 -0.78，所以可以取 0.78 进行计算。根据已计算出的 v，可以得到理论通行能力如下：V3.882.733.431.722.351.860.98CB538.83414.49492.79284.44368.14303.83173.4由于在视频道路中，车道的宽度、侧向净度都没有达到理想条件，在计算实际通行能力时，考虑其修正系数，再以此修正系数乘以前述的理论通行能力。是车道宽度和侧向净度对通行能力的修正系数，数值为车行道宽度修正fw系数 K *侧向净度系数 K 。121当车行道宽度小于 3.6m 时，理论通行能力应给予折减。K 的值见下表：1车道宽度
15、 c多车道公路修正系数3.61.003.30.973.00.912.70.81同样利用 spss 软件可以拟合出两者的线性关系为：K =0.21*c+ 0.2611从而得到当 c=3.25 时，K =0.943512车道外边缘至路旁障碍物的距离如果小于某一数值时，会使通行能力偏离理论值。因为侧向净空窄，将迫使驾驶员靠近路中间行驶，这就使边部车道无法利用，相当于减少了车道宽度，K 值见下表：2侧向净空/m1.81.20.60一侧净空不足1.000.970.930.86双车道公路两侧净空不足1.000.940.850.76一侧净空不足1.000.990.970.90多车道公路两侧净空不足1.000
16、.980.940.81结合视频二可以得到：K =0.812综合以上两个系数表，可以得到= K * K =0.9435*0.81=0.764235fw12fHV 时大型车对通行能力的修正系数，计算公式是：)1(1/1EHVPHVfHV是大型车换算成小客车的车辆换算系数，从车辆折算系数表得到EHV；是大型车交通量占总交通量的百分比,同样可以从视频一的标5 . 1EHVPHV准当量折算统计表中（见附录一）可以得到视频一中事故 1 的（18*1.5）/308.5=0.08752 ；PHV=1/1+0.08752*(1.5-1)=1.04376fHVN 是单向车行道的车道数，从已知中可以得出 N=3；是驾驶员条件对通行能力的修正系数，其计算公式为：pf 0118003600/181 . 0mmmp NNNNN f计算结果一般在 0.91.0 之间，这里为方便计算取 1.0 进行计算；利
