車道占用率參數(shù)在交通管制中的應(yīng)用

武帥 陳秀鋒 宋著賀

摘 要：本文試圖通過交通流量這個(gè)關(guān)鍵參數(shù)來控制交通流量，從而提高道路交通管理的效率。車道占用率被確定為流量集中的指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)包括對問題狀態(tài)的分析、工作假設(shè)的制定、描述隨車道占用程度變化的交通流量變化過程的數(shù)學(xué)模型的開發(fā)。使用視頻檢測器和SPSS10可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果證實(shí)了所開發(fā)模型的工作假設(shè)和充分性。

關(guān)鍵詞：車道占用率;交通流量;視頻檢測器

中圖分類號：U491文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

交通信號燈管制本身就是顯著降低交通樞紐出口處的出交通流量的主要因素之一。[1]隨后，未實(shí)現(xiàn)的運(yùn)輸需求形成了相當(dāng)長的運(yùn)輸隊(duì)伍，發(fā)展成擁塞，使城市的運(yùn)輸系統(tǒng)癱瘓。最終，這導(dǎo)致城市環(huán)境的負(fù)面影響，社會(huì)不適，并因此而降低城市的地位。

顯然，這項(xiàng)任務(wù)中的控制對象將是交通流量，其主要指標(biāo)是從規(guī)定的交叉路口出口處流出的交通流量。[2]同時(shí)，需要了解的是，僅有流速指標(biāo)不足以實(shí)施管理過程，因?yàn)榱魉僦到咏虻扔诹愕那闆r不僅可由運(yùn)輸需求的真正下降引起，也可由其他情況引起：道路工程、車道上車輛的故障等。

在交通流基本理論中，建議使用Lighthill-Whitham-Richards宏觀水動(dòng)力模型，其中交通流集中的指標(biāo)是其密度。然而，隨著自動(dòng)化交通管理系統(tǒng)在實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了以交通流密度為主要衡量交通流集中度的過渡。這一指標(biāo)具有完全不同的物理意義，在一些科學(xué)家看來，更為可靠。

本研究的目的是建立并實(shí)際應(yīng)用車道占用對交通流量的影響，以提高管制交叉口的交通管理效率。

1 問題分析

迄今為止，已經(jīng)形成了一系列評估交通管理效率的指標(biāo)，其中宜選擇交通流量率作為關(guān)鍵指標(biāo)。該選擇基于以下內(nèi)容：

（1）由于交通流過飽和和擁擠的形成，某些指標(biāo)如加速度噪聲或動(dòng)能在現(xiàn)代交通條件下不能使用。[3]

（2）優(yōu)先考慮的是最大限度地滿足交通需求，因?yàn)樗形赐ㄟ^道路橫斷面的未實(shí)現(xiàn)需求對運(yùn)輸系統(tǒng)都是負(fù)面的，會(huì)在空間間隔上形成交通堵塞。

（3）出站流量是衡量實(shí)際流量的主要指標(biāo)，同時(shí)也給出了與入站流量相比的傳輸隊(duì)列長度的概念。此外，在計(jì)算交通燈周期和基于延誤的指標(biāo)時(shí)，它是交通流量的主要指標(biāo)。

LWR宏觀水動(dòng)力模型隨著車輛檢測器的使用，現(xiàn)代科學(xué)建議使用車道占用率指標(biāo)作為交通流集中度的度量。車道占用率是車輛在檢測器控制區(qū)的時(shí)間比例，確定如下：

可以得出一個(gè)結(jié)論：車道占用是交通流量集中的一個(gè)更可靠和更有信息的指標(biāo)。這一立場決定了進(jìn)一步理論和實(shí)踐研究的方向，其任務(wù)是確定車道占用對交通流量的影響模式，以便于進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用，從而提高交通管理的效率。

2 理論與實(shí)驗(yàn)研究

可通過標(biāo)準(zhǔn)化程序表示規(guī)定交叉口的運(yùn)行效率，如下所示：

為了在已有的LWR模型的基礎(chǔ)上建立描述車道占用對交通流量影響的模式，需要進(jìn)行從車道密度到車道占用的轉(zhuǎn)換，即對模型進(jìn)行修正。交通流量對車道占用的關(guān)系將由以下類型的二次模型描述：

由于這些參數(shù)形成了拋物線的頂點(diǎn)，在這種情況下是函數(shù)的最大值，因此a和b值將直接與最大流出流量的理論值相關(guān)。

驗(yàn)證提出的假設(shè)需要一個(gè)實(shí)驗(yàn)，其目的是建立數(shù)學(xué)模型參數(shù)的數(shù)值，并驗(yàn)證其充分性。

本文研究了青島市漓江東路與嘉陵江路交叉口出口站交通流量的變化過程。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在視頻探測器的幫助下收集的。以平均值分組的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法作為分組方法。組數(shù)和區(qū)間值根據(jù)H方程確定：

考慮到N=570個(gè)測量值，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)被分成10組，范圍θ=9%。

確定每個(gè)范圍的分布類型為正態(tài)分布。通過最小二乘法確定車道占用對交通流量的影響模式。分別使用相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)估計(jì)指標(biāo)與模型質(zhì)量之間的相關(guān)性強(qiáng)度。如果滿足以下條件，則認(rèn)為相關(guān)性顯著：

通過Fisher標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)證了數(shù)學(xué)模型的充分性。如果滿足以下條件，則認(rèn)為該模型適當(dāng)：

在下表中總結(jié)并展示了模型的參數(shù)及其統(tǒng)計(jì)特征。最終，實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)了假設(shè)模型的充分性，并確定了其參數(shù)的數(shù)值。

3 結(jié)論

在此基礎(chǔ)上，對LWR模型進(jìn)行了修正，得到了車道占用對交通流量的影響規(guī)律。建立了二次型模型描述車道占用影響下的交通流量變化過程。此外，確定了模型參數(shù)的數(shù)值，驗(yàn)證了其參數(shù)關(guān)系的充分性、質(zhì)量和強(qiáng)度。

研究結(jié)果對解決交通流調(diào)度控制的實(shí)施、交通自動(dòng)化管理系統(tǒng)運(yùn)行軟件的開發(fā)、交通流仿真等交通管理中的各種問題具有實(shí)用價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]史丹丹，魏明.考慮道路交通管制的危險(xiǎn)品運(yùn)輸路徑問題研究[J].物流工程與管理，2019，41（02）：71-72.

[2]俞潔，楊成斌.交通流理論發(fā)展分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2004（02）：163-167.

[3]Zhankaziev，Sultan.Current Trends of Road-traffic Infrastructure Development[J].Transportation Research Procedia，2017，20：731-739.

作者簡介：武帥（1992-），男，河南安陽人，碩士，研究方向?yàn)榈缆方煌ò踩夹g(shù)。

通訊作者：陳秀鋒，副教授，碩士生導(dǎo)師。