基本信息
- 項目名稱：
- 環形交叉口通行能力的微觀仿真研究
- 來源：
- 第十二屆“挑戰杯”作品
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 本文提出了一種研究環形交叉口通行能力的微觀仿真方法。利用VISSIM仿真平臺分析5個影響因素對通行能力的敏感性；選取敏感性高的因素來建立修正系數模型，并獲得實際通行能力的改進計算公式；將其進行驗證，并和現有的模型比較，結果表明其具有最小的相對誤差，從而為環形交叉口規劃、設計、管理提供科學依據。
- 詳細介紹：
- 針對目前我國環形交叉口通行能力的研究相對滯后，不能客觀評價城市交通系統的情況，本文選取北京市方莊環形交叉口作為研究對象，對其進行實地調研和調研數據處理、分析，并以此為基礎，重點進行環形交叉口通行能力計算模型的修正。目前，項目進展順利，已完成以下工作： 1.完成交通量調查輔助手機軟件（android平臺）的開發。 2.現狀調查 利用Google earth查找北京市區內的環形交叉口，并通過實地觀察和綜合比較，本研究小組選取了方莊環形交叉口，并于2010年8月24日——8月26日（周二至周四）對其幾何數據、交通量（機動車、非機動車和行人）、車輛行程時間和地點車速進行調查，了解方莊環形交叉口的交通特性，為VISSIM仿真平臺的搭建和驗證、通行能力模型的建立以及后續的研究內容提供依據。 3.VISSIM仿真平臺的搭建與校準 首先利用部分實測數據搭建仿真平臺，后利用剩余數據，以仿真畫面、平均相對誤差及最大相對誤差為評價指標，通過調整四個駕駛行為參數來校準仿真平臺。其中，正交試驗法的運用，在保證實驗準確性的同時，提高了效率。 4.通行能力影響因素的敏感性分析 影響環形交叉口通行能力的因素主要有環島半徑等幾何方面的因素和交通量等方面的交通因素。選擇大車比例、左轉比例、右轉比例、主支路流量比例和環島半徑作為此次影響因素分析的對象。針對以上影響因素，利用“每次改變單一因素，仿真計算該條件下的通行能力”的方法，通過非線性曲線擬合分析各個因素對通行能力變化的敏感性。實驗結果顯示：東、西進口大車比例、左轉比例和右轉比例以及主支路流量比例對通行能力變化敏感性較高。之后，對擬合曲線之間相關性較高的因素進行合并，簡化后續實驗。 5.修正通行能力理論模型開發 在比較各種環形交叉口理論通行能力模型的基礎上，選取王煒的雙環行車道時通行能力理論模型作為基本通行能力模型。接著，通過改變上述敏感性較高的4個影響因素，進行了5184次VISSIM仿真實驗，利用多元回歸法得出通行能力修正系數，并提出修正后的通行能力模型。最后，對修正后的通行能力模型進行驗證。 6.根據本文的研究思路開發環形交叉口通行能力輔助計算軟件。 7.著手進行模型的實際運用，其中包括：環形交叉口運行評估和改造建議。
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作品專業信息
撰寫目的和基本思路
- 通行能力是進行道路交通理論研究的基礎參數之一。本項目根據我國環形交叉口環內多車道、機非混行的特點，利用VISSIM仿真平臺和統計模型分析五個影響因素對通行能力的敏感性。選取敏感性高的因素利用多元回歸方法來建立實際通行能力的改進計算公式。驗證結果表明建立的改進模型精度得以較大的提高。在此基礎上開發環形交叉口通行能力分析軟件，為環形交叉口規劃、設計、管理以及進一步的路網交通誘導提供科學依據。
科學性、先進性及獨特之處
- 1.考慮了國內典型的環內多車道情況。 2.充分利用計算機模擬可重復性、可延續性、彌補觀測數據不足的優勢，對不同交通條件下車輛進出環進行細致的模擬分析。 3.仿真平臺參數標定中正交試驗的運用，提高了效率，保證了結果的準確性。 4.利用經濟學中常用的彈性系數對影響因素進行敏感性分析，有效跟蹤通行能力在不同條件下的變化規律。 5.根據研究思路開發用戶界面友好的環形交叉口通行能力計算輔助軟件。
應用價值和現實意義
- 本作品針對環形交叉口的實際通行能力進行了研究，分析了大車比例、左轉比例、右轉比例、主支路流量比例等影響因素，建立了實際通行能力的改進模型。本研究有助于準確地估算環形交叉口通行能力，從而客觀地評價城市道路交叉口。此外，本研究對于分析大車禁行、交通誘導等交通管制措施以及分離式專用車道等工程的效果具有重要的參考價值。
學術論文摘要
- 隨著交通量的迅猛增長，環形交叉口已經成為城市路網的“瓶頸”，因此對其進行在一定服務水平條件下通行能力的研究刻不容緩。鑒于計算機模擬可重復性、可延續性的優勢，本文針對國內常見的環內多車道環形交叉口，提出了一種研究其通行能力的微觀仿真方法。利用實測數據進行VISSIM仿真平臺的搭建和校準；對各進口分別利用“每次改變單一因素，仿真計算該條件下通行能力”并進行曲線擬合、計算彈性系數的方法，分析環道寬度、大車比例、左轉比例、右轉比例、和主支路流量比例和環道寬度五個影響因素對通行能力的敏感性；選取敏感性高的因素進行參數回歸，建立修正系數模型，并獲得實際通行能力的改進計算公式；將其進行驗證，并和現有的模型比較，結果表明其具有最小的相對誤差。根據模型開發了環形交叉口通行能力計算輔助軟件，有助于便捷準確地估算環形交叉口通行能力。此外，對于評價大車禁行、交通誘導等交通管制措施以及分離式專用車道等工程的效果也具有重要的參考價值，從而為環形交叉口規劃、設計、管理提供科學依據。
獲獎情況
- 1.第九屆“金士宣”杯創新能力競賽一等獎（校級第一名） 2.2011年度“挑戰杯”課外學術科技作品大賽自然科學類論文一等獎（校級第一名） 3.2011年度首都“挑戰杯”課外學術科技作品大賽自然科學類論文特等獎 4.英文論文已投至(IEEE ITSC 2011)14th International IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systems
鑒定結果
- 以上內容屬實
參考文獻
- 檢索目錄： 中文關鍵詞：環形交叉口 通行能力 仿真 英文關鍵詞：Roundabout Capacity Simulation
同類課題研究水平概述
- 環形交叉口通行能力的研究主要基于四類理論基礎：交織理論模型；穿插及間隙——接受理論模型，如Tanner公式；反映環內車流量與入口通行能力關系的回歸模型；最后一類是線性規劃模型。 1.交織理論模型：交織理論認為車輛運行是通過交織行為來完成的，環形交叉口通行能力為通過交織段的最大通行流量。這種方法的原理為：計算交叉口通行能力時，各交織段交通量將以同比例增加，當某一交織段交通量增加到其通行能力，認為該交織段已成為環形交叉口的瓶頸，此時的環形交叉口通行能力即為各入口道的交通量之和。 2.穿插間隙——接受理論模型：穿插及間隙——接受理論模型以進口車道能進入環形交叉口的最大流量反映環形交叉口的通行能力。其基本原理為：假定環形交叉口上僅有一條車道，當引道上的車流進入環形交叉口時，它需要與環道上車流進行穿插，只有當環道上的車輛之間的車頭時距超過臨界間隙時方能進入交叉口；否則，必須等待。 3.線性規劃模型：考慮到環形交叉口疏導的結果是流出交通量，所以線性規劃模型將求解整個環形交叉口通行能力的問題轉換為多個約束條件下的求極值問題，即求各個出口流量之和的最大值。 4.回歸模型：反映環形車流量與入口通行能力關系的回歸模型是基于大量觀測數據進行的回歸分析模型。 5.綜述 交織理論模型算法簡單，參數及數據都相對容易測量，可以解決多岔路環形交叉口通過能力的計算。但是該方法只適用于引道上無因故停留的車輛，幾何布局必須滿足Wardrop公式使用條件，并且環道內的車輛不享有優先通行權的情況；穿插間隙——接受理論模型建立在嚴格的理論基礎上，考慮了交通特征，有很強的適應性，適于車輛間隙較小、以穿插為主要通過方式的城市環形交叉口；線性規劃模型雖然容易操作，但是只考慮了三個約束條件，而實際的交通環境卻很復雜，而且約束條件的選取在一定程度上取決于研究者的主觀判斷，這樣就失去了嚴謹性和準確性；線性規劃模型利用整個環形交叉口的左、右轉比例來計算通行能力，忽略了進口的左、右轉比例不同對環形交叉口的通行能力的影響，得出不準確的結果；反映環形車流量與入口通行能力關系的回歸模型不需要從理論上進行道路條件以及交通特性條件分析，適應性比較差。不同類型的交叉口回歸模型很難統一，如果要使模型具有寬泛的適應性，就必須結合多條道路及多種交通條件進行大量的數據采集，目前我國還不具備這樣的試驗條件。
