專利名稱：大型樞紐立交交織區(qū)最佳距離確定方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于道路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，具體講，涉及大型樞紐立交交織區(qū)最佳距離確定方法。
背景技術(shù)：
從國內(nèi)外相關(guān)文獻閱讀可知，交織區(qū)對于立交的交通流的組織有著重要的作用。車輛需要通過交織區(qū)進入相應(yīng)車道才能完成相應(yīng)的左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)或直行。因此，在交織區(qū)內(nèi)，車輛運行狀況復雜，往往成為了整個立交的瓶頸所在。交織區(qū)運行的暢通程度直接決定了立交的通行能力。臧曉冬對比分析了國內(nèi)外現(xiàn)有交織區(qū)運行速度分析模型應(yīng)用在快速路互通立交交織區(qū)運行分析中的不足，提出了車道變換次數(shù)的預(yù)測方法，應(yīng)用建模技術(shù)建立了城市快速路互通立交交織區(qū)交織速度和非交織度預(yù)測模型。楊宇等引入基于VISSIM仿真軟件的SSAM模型對不同的立交間距進行研究，建立城市立交交織區(qū)仿真模型，研究了交織區(qū)的交通沖突空間和類型分布特性以及不同立交間距下的交織區(qū)交通沖突變化規(guī)律。周建等應(yīng)用仿真軟件VISSIM，以天津快速路衛(wèi)昆互通立交為研究對象，在仿真模型標定和驗證工作的基礎(chǔ)上，通過仿真實驗設(shè)計，得到了立交橋區(qū)各部分及整體的通行能力值。陳小鴻等研究了交織區(qū)的交織長度、交織構(gòu)型、交通流特征以及設(shè)計車速等因素對交織區(qū)交通特性的影響的，利用微觀仿真工具VISS頂對交織區(qū)的這些影響因素進行了分析。從已有相關(guān)文獻閱讀分析可知，針對樞紐立交交織區(qū)的研究的已有技術(shù)具有以下特點:( I)現(xiàn)有研究偏重于將整個立交作為一個整體來研究其對道路的影響，沒有對其內(nèi)部的交通組織及運行狀況進行具體的研究，沒有對立交的交織區(qū)段的特性進行獨立的研究。

(2)現(xiàn)有研究大多基于VISSM等中觀或者宏觀軟件對立交進行研究，不能反映出內(nèi)部各個車輛間的運行狀況，不能反映出交織區(qū)內(nèi)車輛運行的非線性及其復雜性特點。因此，現(xiàn)有仿真不能仿真出交織區(qū)段內(nèi)各個決策主體的決策過程，不能得到交織區(qū)段內(nèi)車輛運行的真實狀況。(3)現(xiàn)有研究都是針對高速公路或者快速路的立交進行研究的，沒有對機場等大型樞紐立交進行過相應(yīng)的研究。而機場樞紐立交交織區(qū)具有交織復雜，交織區(qū)段長度有限，連續(xù)交織等特點，是現(xiàn)有研究中所沒有涉及的。綜上，現(xiàn)有國內(nèi)外關(guān)于立交交織區(qū)的研究多是將高速公路或快速路的立交視為一個整體，研究其對道路通行能力的影響，未能對立交內(nèi)部運行狀況展開研究，沒有對立交的交織區(qū)段的特性進行獨立的研究，未考慮到機場等大型樞紐交織區(qū)的特點。對于立交的現(xiàn)有仿真研究，多是采用了 VISSIM等中觀模型，不能仿真交織區(qū)中每個車輛的運行狀況及決策，不能仿真立交交織區(qū)的真實運行狀況
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，實現(xiàn)對每個決策主體的微觀行為進行具體描述與仿真，能夠仿真出交織區(qū)內(nèi)復雜交通環(huán)境下駕駛行為(車道變換、車輛跟馳、加減速、行駛軌跡等)和交通沖突行為特征。并且加入機場等大型樞紐交織區(qū)的特點作為控制條件進行仿真。通過對某機場大型樞紐立交交織區(qū)的分析研究，使得大型樞紐立交交織區(qū)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)交通流的非線性動力學行為如無序現(xiàn)象得到了深入分析，為尋求最佳大型樞紐立交交織區(qū)長度提供基礎(chǔ)研究支撐。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，大型樞紐立交交織區(qū)最佳距離確定方法，包括下列步驟:1.1道路模型的建立:立交主線設(shè)置五個平行車道，行駛在左側(cè)直行車道上的左右轉(zhuǎn)車輛需要通過交織區(qū)I換道至道路右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車道行駛；行駛在道路右側(cè)左右轉(zhuǎn)車道上的直行車輛同樣需要通過交織區(qū)I換道至道路左側(cè)的直行車道行駛；進入匝道的左右轉(zhuǎn)車輛需要根據(jù)自身左右轉(zhuǎn)需要，通過交織區(qū)2換道左轉(zhuǎn)匝道或右轉(zhuǎn)匝道完成左右轉(zhuǎn)功能；1.2道路模型的仿真條件:建立元胞自動機模型，主線總長度為L，交織區(qū)I長度為Lcl，左右轉(zhuǎn)車道分離后主線直行道長度為L1,匝道中，交織區(qū)2長度為Le2 ;每個元胞長度為Im,每標準車占據(jù)5個元胞，仿真步長為Is。設(shè)元胞i或為空或被速度為V的車輛占據(jù)，V只能取0，1，2，…，Vmax整數(shù)值，其中Vmax是車輛所允許的最大速度；在匝道取限速值為Vmaxl;用x(i，k)與v(i，k)分別表示第i輛車在k時刻的位置和速度，d(i，k)為第i輛車在k時刻與第i+Ι量車之間空的元胞數(shù)，I為每輛車占據(jù)的元胞數(shù)，則有:d (i，k) =x (i+1, k) -x (i, k) -1，d (i, k) other是第i輛車在第k時與旁車道上的前車間的空元胞數(shù)；d(i，k)back是第i輛車在第k時與旁車道上的后車之間的空元胞數(shù)；dsaft是確保車輛不會發(fā)生撞車的安全距離；隨機慢化概率P的取值范圍為O到I ;1.3演化規(guī)則:
I)仿真車輛加速:V(i, k+1) =min(v(i, k) +1, vmax);表明駕駛員期望以最大速度在道路上行駛，在限速時間段內(nèi)，v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, Vmaxl)，Vmaxl為限速區(qū)段被限制最高車速；2)仿真車輛減速:
「 I, O _ i k)(v(i, ν( + I, k) + d(、l, k) - dsafe)^0 ^V(1, k + 1)-〔噸 + 丄.k、的.幻 ^k、+ d k) _ dsafe):即馬駛貝為避
免和前車發(fā)生碰撞并保持安全車距而采取減速措施；3)仿真車輛以概率P隨機慢化:V (i, k+1) =max (v (i, k) -1, O);反映現(xiàn)實中由各種不確定因素造成的車輛減速；4)仿真車輛運動:x(i,k+l)=x(i,k)+v(i,k+l);即車輛按照調(diào)整后的速度向前行駛，進入下一仿真
I K
少；1.4實驗換道規(guī)則涉及到4套換道機制，如下所示:(I)在正常行駛的主線路段上，采取正常的換道機制，即:
①d(i, k)〈min(v(i, k)+l, vmax); ② d (i, k) other>d (i, k);③d (i, k)back>vother+dsafe d (i, k) other>vmax ；⑤rand () (P1 ；P1為正常路段上的換道概率，Vother旁車道上的后車速度；(2)當主線車輛剛駛?cè)虢豢梾^(qū)，在左右轉(zhuǎn)車道行駛的需要直行的車輛，開始向左側(cè)的直行車道變道；在直行車道行駛的需要左右轉(zhuǎn)的車輛，開始向右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車到變道，此時，換道機制如下所示:①d(i, k)〈min(v(i, k)+l, Vmax); ② d (i, k) other>d (i, k);③d (i, k)back>vother+dsafe d (i, k) other>vmax ；(3)當車輛與旁道前后車輛距離滿足最小安全距離時，便進行換道，此時，換道機制如下所示:①d (i, k)back>dsafe !② d (i, k) other>dsafe ；(4)強制換道機制·，如下所示:①d(i，k)back>l ；(g)d(i,k)other>l°出入口條件采取開口邊界條件，入口處，采取概率與安全條件控制入口車輛。即:①rand O <pentrance;② xlast>l+dsafe.
Pentrance為入口進車概率；1為車長；xlast為道路上最后一輛車的車頭位置所在；當入口條件滿足上述兩條件時，入口處進入一輛車；出口處，車輛正常的駛出；1.5實驗仿真設(shè)計速度為60km/h,對應(yīng)設(shè)計通行能力為1400pcu/(h.In),最大通行能力為1800pcu/(h.In)。在交通的實際運行中，選取道路交通量為道路最大通行能力，即交通量為 1800pcu/ (h.In)；實驗中，主線總長度為L取400m，由400個元胞構(gòu)成；交織區(qū)I長度Lel取值范圍為80 180m之間；左右轉(zhuǎn)車道分離后主線直行道長度為L1取值為100，由100個元胞構(gòu)成，匝道中，交織區(qū)2長度Le2取值范圍為60 140m之間。Vmax取值為17，對應(yīng)著實際速度為60km/h ;匝道最高限速Vmaxl取值為11，對應(yīng)為40km/h，主線車輛初始速度v的大小控制在12到Vmax間；運用元胞自動機模型進行仿真；根據(jù)仿真結(jié)果選取交織區(qū)I最佳長度值、交織區(qū)2最佳長度值。本發(fā)明的技術(shù)特點及效果:(I)以往針對交織區(qū)的研究大多數(shù)是基于城市快速路和高速公路交織區(qū)的研究。而機場等大型樞紐立交的交織區(qū)具有城市快速路與高速公路所不具備的特點，現(xiàn)有研究還未對此進行研究。本發(fā)明對機場樞紐立交交織區(qū)的交織復雜性，交織區(qū)段長度有限行，以及連續(xù)交織性等特點進行了仿真研究，技術(shù)創(chuàng)新強。(2)現(xiàn)有關(guān)于立交的研究是基于VISSM等中觀或者宏觀軟件對立交進行研究，不能對立交的交織區(qū)進行獨立的研究。本發(fā)明建立立交交織區(qū)元胞自動機模型，對交織區(qū)內(nèi)車輛的行為進行仿真，確定了最佳交織區(qū)長度。通過改變相應(yīng)的車道數(shù)、設(shè)計速度等參數(shù)，該模型可計算其他形式最佳交織區(qū)長度，技術(shù)擴展能力較強。
(3)根據(jù)本發(fā)明確定的最佳交織長度加以實施運用，不但能保持較好的交織區(qū)運行狀況，而且能節(jié)約建造成本與管理費用，經(jīng)濟實用性較強。


圖1仿真實驗流程2研究對象不意圖。圖3車輛加速流程圖。圖4車輛減速流程圖。圖5車輛慢化流程圖。圖6實驗車輛換道機制。圖7不同Lcl下未能變道車輛數(shù)。圖8不同Lcl下交織區(qū)車輛平均速度。圖9不同Lcl下交織區(qū)密度。圖10Lcl=80m時直行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖1lLcl=IlOm時直行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖12Lcl=150m時直行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖13Lcl=180m 時直行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖14Lcl=80m時左右轉(zhuǎn)行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖15Lcl=110m時左右轉(zhuǎn)行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖16Lcl=150m時左右轉(zhuǎn)行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖17Lcl=180m時左右轉(zhuǎn)行車道交織區(qū)時空斑點圖。圖18不同Lc2下未能變道車輛數(shù)。圖19不同Lc2下交織區(qū)車輛平均速度。圖20不同Lc2下交織區(qū)密度。圖21Lc2=60m時交織區(qū)時空斑點圖。圖22Lcl=90m時交織區(qū)時空斑點圖。圖23Lcl=120m時交織區(qū)時空斑點圖。圖24Lcl=140m時交織區(qū)時空斑點圖。
具體實施例方式本發(fā)明具體采用微觀元胞自動機模型對立交進行仿真，能夠克服其它仿真軟件中無法對每個決策主體的微觀行為進行具體描述與仿真的弊端，能夠仿真出交織區(qū)內(nèi)復雜交通環(huán)境下駕駛行為(車道變換、車輛跟馳、加減速、行駛軌跡等)和交通沖突行為特征。并且加入機場等大型樞紐交織區(qū)的特點作為控制條件進行仿真。通過對某機場大型樞紐立交交織區(qū)的分析研究，使得大型樞紐立交交織區(qū)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)交通流的非線性動力學行為如無序現(xiàn)象得到了深入分析，為尋求最佳大型樞紐立交交織區(qū)長度提供基礎(chǔ)研究支撐。1.1道路模型的建立本研究選取某機場大型樞紐立交為研究對象，如圖1所示。該立交主線設(shè)置五個平行車道。行駛在左側(cè)直行車道上的左右轉(zhuǎn)車輛需要通過交織區(qū)I換道至道路右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車道行駛；行駛在道路右側(cè)左右轉(zhuǎn)車道上的直行車輛同樣需要通過交織區(qū)I換道至道路左側(cè)的直行車道行駛。進入匝道的左右轉(zhuǎn)車輛需要根據(jù)自身左右轉(zhuǎn)需要，通過交織區(qū)2換道左轉(zhuǎn)匝道或右轉(zhuǎn)匝道完成左右轉(zhuǎn)功能。1.2道路模型的仿真及實驗條件如圖1所示，建立元胞自動機模型，主線總長度為L，交織區(qū)I長度為Lca，左右轉(zhuǎn)車道分離后主直線行道長度為U。匝道中，交織區(qū)2長度為1^2。實驗仿真中，每個元胞長度為lm，每標準車占據(jù)5個元胞，仿真步長為Is。設(shè)元胞i或為空或被速度為V的車輛占據(jù)(V只能取0，1,2,…，Vfflax等整數(shù)值，，其中Vmax是車輛所允許的最大速度；在匝道取限速值為Vmaxl)。用x(i，k)與v(i，k)分別表示第i輛車在k時刻的位置和速度，d(i，k)為第i輛車在k時刻與第i+Ι量車之間空的元胞數(shù)，I為每輛車占據(jù)的元胞數(shù)，則有:d(i, k) =x(i+1, k)-x(i, k)_l。d(i, k)other是第i輛車在第k時與旁車道上的前車間的空元胞數(shù)；d(i，k)back是第i輛車在第k時與旁車道上的后車之間的空元胞數(shù)；dsafe是確保車輛不會發(fā)生撞車的安全距離；隨機慢化概率P的取值范圍為O到I。1.3實驗演化規(guī)則I)仿真車輛加速:v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, Vfflax);表明駕駛員期望以最大速度在道路上行駛。在限速時間段內(nèi)，v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, Vmaxl), Vmajd為限速區(qū)段被限制最高車速。如圖2所示:2)仿真車輛減 速:
「 ^i V(L- k)(v(^ k) ^ + 丄,k) + 叫’ k) - Cisafe).n ^ , α ^ _ν(1, 〕= (ν( I, k)(v(i, k) > v(i + I, k) + d(i, k) -.....dsafe);即馬駛貝為避
免和前車發(fā)生碰撞并保持安全車距而采取減速措施。如圖3所示。3)仿真車輛以概率P隨機慢化:V (i, k+1) =max (v (i, k) -1, O);反映現(xiàn)實中由各種不確定因素造成的車輛減速。如圖4所示4)仿真車輛運動:x(i,k+l)=x(i,k)+v(i,k+l);即車輛按照調(diào)整后的速度向前行駛，進入下一仿真
止/J/ O1.4實驗換道規(guī)則在實驗中，在正常的路段，當司機發(fā)現(xiàn)旁邊車道行駛狀況優(yōu)于自己所行駛的車道時，會產(chǎn)生變道旁側(cè)車道行駛的意愿。行駛在左側(cè)直行車道上的左右轉(zhuǎn)車輛需要通過交織區(qū)I換道至道路右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車道行駛；行駛在道路右側(cè)左右轉(zhuǎn)車道上的直行車輛同樣需要通過交織區(qū)I換道至道路左側(cè)的直行車道行駛。進入匝道的左右轉(zhuǎn)車輛需要根據(jù)自身左右轉(zhuǎn)需要，通過交織區(qū)2換道左轉(zhuǎn)匝道或右轉(zhuǎn)匝道完成左右轉(zhuǎn)功能。在道路的不同路段，由于司機的換道意愿不同，因此其換道規(guī)則也不同。如圖5所示，實驗中涉及到4套換道機制，如下所示:(I)在正常行駛的主線路段上，采取正常的換道機制。即:
①d(i, k)〈min(v(i, k)+l, vmax); ② d (i, k) other>d (i, k);③d (i, k)back>vother+dsafe d (i, k) other>vmax ；⑤；TancKKp1。P1為正常路段上的換道概率。V()thOT旁車道上的后車速度。(2)當主線車輛剛駛?cè)虢豢梾^(qū)，在左右轉(zhuǎn)車道行駛的需要直行的車輛，開始向左側(cè)的直行車道變道；在直行車道行駛的需要左右轉(zhuǎn)的車輛，開始向右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車到變道。此時，換道機制如下所示:①d(i, k)〈min(v(i, k)+l, Vmax);② d (i, k) other>d (i, k);③d(i, k)back>vother+dsafe ；@ d(i, k)other>vmax ；(3)隨著車輛在交織區(qū)行駛的距離的增加，沒有在自己所希望的車道上行駛的車輛的司機的變道欲望變得強烈，此時，當車輛與旁道前后車輛距離滿足最小安全距離時，便進行換道。此時，換道機制如下所示:①d(i, k)back>dsafe ；(2) d(i, k)other>dsafe ；(4)當車輛快要駛出交織段時，還未能在自己所希望的車道上行駛的車輛的司機的變道欲望變得非常強烈。這時候，司機只要看到有空隙，便強行換道。該情況下的換道規(guī)則稱為強制換道機制，如下所示:①d(i，k)back>l ;d)d(i，k)other>l。

出入口條件本實驗采取開口邊界條件。入口處，采取概率與安全條件控制入口車輛。即:②rand O <pentr咖e;② xlast>l+dsafe.
Pentrance為入口進車概率；1為車長；xlast為道路上最后一輛車的車頭位置所在。當入口條件滿足上述兩條件時，入口處進入一輛車；出口處，車輛正常的駛出。1.5實驗仿真本發(fā)明意在確定如圖1所示的機場大型樞紐立交的最佳交織區(qū)長度。該仿真實驗中，設(shè)計速度為60km/h,對應(yīng)設(shè)計通行能力為1400pcu/(h.In),最大通行能力為1800pcu/(h.1η)。在交通的實際運行中，道路交通量越大，道路的交通運行狀況越復雜，交織區(qū)段運行狀況越紊亂，車輛的交織運行就越困難。因此，本實驗選取道路交通量為道路最大通行能力(即交通量為1800pcu/(h.In))來研究該立交的交織區(qū)段長度，以滿足其他任何情況下交織區(qū)段長度的需要。實驗中，主線總長度為L取400m，由400個元胞構(gòu)成；交織區(qū)I長度Lel取值范圍為80 180m之間；交織區(qū)I后主直行道長度為L1取值為100，由100個元胞構(gòu)成。匝道中，交織區(qū)2長度Le2取值范圍為60 140m之間。Vmax取值為17，對應(yīng)著實際速度為60km/h ；匝道最高限速Vmaxl取值為11，對應(yīng)為40km/h?？紤]到道路上車輛行駛的連續(xù)性，主線車輛初始速度V的大小控制在12到Vniax間。運用元胞自動機模型進行仿真，仿真實驗流程圖如圖1所示。I)交織區(qū)I (Lel)最佳長度的確定在道路交通量為1800pcu/(h.1η)下，直行:左轉(zhuǎn):右轉(zhuǎn)=4:3:3的情況下，選取不同的Lca進行實驗。如圖6所示，在交織區(qū)處，取不同的交織區(qū)段長度，車輛的道路運行狀況各不相同。通過未能變道的車輛數(shù)可以看出，當交織區(qū)段長度小于150m時，隨著交織區(qū)段的增長，未能變道的車輛數(shù)急劇減少。這說明隨著交織區(qū)段長度的增加，車輛能更好的完成交織。當交織區(qū)段長度大于150m時，未能變道的車輛數(shù)基本保持不變。這說明當交織區(qū)長度大于150m時，增加交織區(qū)長度已經(jīng)不能更好改變道路的交織狀況。因此，由上圖可以看出，適當?shù)脑龃蠼豢梾^(qū)長度，能夠更好的使車輛完成交織。該圖說明本實驗的該交織區(qū)段長度的最佳值為150m。當交織區(qū)段大于該值時，并不能通過增加交織區(qū)段長度提高道路的交織狀況。由圖7可以看出，隨著交織區(qū)段長度的增加，交織區(qū)車輛的平均速度有著明顯的增加。當交織區(qū)段長度小于150m時，增加趨勢明顯。當交織區(qū)長度大于150m時，基本維持不變。這也說明，適當?shù)脑龃蠼豢梾^(qū)長度，能夠更好的使車輛完成交織。該圖說明本實驗的該交織區(qū)段長度的最佳值宜150m。當交織區(qū)段大于該值時，并不能通過增加交織區(qū)段長度提聞道路的交織狀況。由圖8可以看出，隨著交織區(qū)段長度的增加，交織區(qū)車輛的密度有著明顯的降低，說明交織區(qū)的運行狀況有著明顯的改善。當交織區(qū)段長度小于150m時，改善趨勢明顯。當交織區(qū)長度大于150m時，道路狀況維持不變。該圖同樣說明，適當?shù)脑龃蠼豢梾^(qū)長度，能夠更好的使車輛完成交織。即交織區(qū)段長度的最佳值宜150m。當交織區(qū)段大于該值時，并不能通過增加交織區(qū)段長度提高道路的交織狀況。由圖9-圖12的時空斑點圖可以看出，當交織區(qū)段長度取不同時，道路的擁擠狀況不同，當交織區(qū)長度小于150m時，隨著交織區(qū)長度的增加，道路的擁擠狀況得到了很好的緩解。當交織區(qū)長度繼續(xù)增大時，道路擁擠狀況的改善不是很明顯。這說明了，隨著交織區(qū)長度的增加，能夠很好的改善交通運行狀況，但是有個限度，即150m，當超過該值時，再增加交織區(qū)長度效果不明顯。同理，圖13-圖16亦說明了當交織區(qū)最佳長度為150m。當交織區(qū)長度小于150m是，隨著交織區(qū)長度的增加，道路擁堵狀況得到了明顯的改善。當交織區(qū)長度大于150m時，增大交織區(qū)長度對改善道路通行狀況不明顯。

綜上所述，為了使交織區(qū)I保持一個較好的運行環(huán)境，該類型立交交織區(qū)段I長度取值應(yīng)不小于150m ;當交織區(qū)距離大于150m時，效果不是那么顯著，沒必要繼續(xù)增加。因此，結(jié)合交織區(qū)運行狀況，交通管理的便捷性，建造成本等因素綜合考慮，交織區(qū)I最佳值應(yīng)取150m。2)交織區(qū)2 (Lc2)最佳長度的確定當左右轉(zhuǎn)車輛通過交織區(qū)I換道至主線右側(cè)左右轉(zhuǎn)車到后，進入匝道行駛。在匝道中，通過交織區(qū)2，進行左右分離，最終左轉(zhuǎn)車輛進入左轉(zhuǎn)匝道，右轉(zhuǎn)車輛進入右轉(zhuǎn)匝道。隨著Le2的變化，道路狀況的變化如下所示:如圖17所示，在交織區(qū)處，取不同的交織區(qū)段長度，車輛的道路運行狀況各不相同。通過未能變道的車輛數(shù)可以看出，隨著交織區(qū)長度的增大，未能變道的車輛數(shù)逐漸減小。因此，由上圖可以看出，增大交織區(qū)長度，能夠更好的使車輛完成交織。當交織區(qū)長度達到120m時，未能變道車輛數(shù)為5，已接近最小值。由圖18可以看出，隨著交織區(qū)段長度的增加，交織區(qū)車輛的平均速度有著明顯的增加。當交織區(qū)段長度小于150m時，增加趨勢明顯。當交織區(qū)長度大于120m時，基本維持不變。這也說明，適當?shù)脑龃蠼豢梾^(qū)長度，能夠更好的使車輛完成交織。該圖說明本實驗的該交織區(qū)段長度的最佳值宜120m。當交織區(qū)段大于該值時，并不能通過增加交織區(qū)段長度提聞道路的交織狀況。由圖19可以看出，隨著交織區(qū)段長度的增加，交織區(qū)車輛的密度有著明顯的降低，說明交織區(qū)的運行狀況有著明顯的改善。當交織區(qū)段長度小于120m時，隨著交織區(qū)段的增長，交織區(qū)密度急劇減少。這說明隨著交織區(qū)段長度的增加，車輛能更加的進行交織行駛。當交織區(qū)段長度大于120m時，交織區(qū)密度基本保持不變。這說明當交織區(qū)長度大于120m時，增加交織區(qū)長度已經(jīng)不能更好改變道路的交織狀況。因此，從交織區(qū)密度考慮，最佳交織區(qū)長度應(yīng)取120m。由述圖20-圖23的時空斑點圖可以看出，當交織區(qū)段長度取不同時，道路的擁擠狀況不同，當交織區(qū)長度小于120m時，隨著交織區(qū)長度的增加，道路的擁擠狀況得到了一定程度的緩解。當交織區(qū)長度繼續(xù)增大時，道路擁擠狀況的改善不是很明顯。這說明了，隨著交織區(qū)長度的增加，能夠很好的改善交通運行狀況，但是有個限度，即120m，當超過該值時，再增加交織區(qū)長度效果不明顯。綜上所述，為了使交織區(qū)2保持一個較好的運行環(huán)境，該類型立交交織區(qū)段2長度取值應(yīng)不小于120m ;當交織區(qū)距離大于120m時，雖然依舊有效果，但不再那么顯著，沒必要繼續(xù)增加。因此，結(jié)合交織區(qū)運行狀況，交通管理的便捷性，建造成本等因素綜合考慮，交織區(qū)2最佳值應(yīng)取12 0m。
權(quán)利要求
1.一種大型樞紐立交交織區(qū)最佳距離確定方法，其特征是，包括如下步驟: 1.1道路模型的建立: 立交主線設(shè)置五個平行車道，行駛在左側(cè)直行車道上的左右轉(zhuǎn)車輛需要通過交織區(qū)I換道至道路右側(cè)的左右轉(zhuǎn)車道行駛；行駛在道路右側(cè)左右轉(zhuǎn)車道上的直行車輛同樣需要通過交織區(qū)I換道至道路左側(cè)的直行車道行駛；進入匝道的左右轉(zhuǎn)車輛需要根據(jù)自身左右轉(zhuǎn)需要，通過交織區(qū)2換道左轉(zhuǎn)匝道或右轉(zhuǎn)匝道完成左右轉(zhuǎn)功能； 1.2道路模型的仿真條件: 建立元胞自動機模型，主線總長度為L，交織區(qū)I長度為Lca，左右轉(zhuǎn)車道分離后主線直行道長度為L1,匝道中，交織區(qū)2長度為Le2 ;每個元胞長度為Im,每標準車占據(jù)5個元胞,仿真步長為Is。設(shè)元胞i或為空或被速度為V的車輛占據(jù)，V只能取O，1，2，…，Vmax整數(shù)值，其中是車輛所允許的最大速度；在匝道取限速值為vmaxl;fflx(i，k)與v(i，k)分別表示第i輛車在k時刻的位置和速度，d(i，k)為第i輛車在k時刻與第i+Ι量車之間空的元胞數(shù)，I為每輛車占據(jù)的元胞數(shù)，則有:d (i，k) =x (i+1, k) -x (i, k) -1，d (i, k) other是第i輛車在第k時與旁車道上的前車間的空元胞數(shù)；d(i，k)back是第i輛車在第k時與旁車道上的后車之間的空元胞數(shù)；dsaft是確保車輛不會發(fā)生撞車的安全距離；隨機慢化概率P的取值范圍為O到I ; 1.3演化規(guī)則: 1)仿真車輛加速: v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, vmax);表明駕駛員期望以最大速度在道路上行駛， 在限速時間段內(nèi)，v(i, k+l)=min(v(i, k)+l, vmaxl), Vmaxl為限速區(qū)段被限制最高車速； 2)仿真車輛減速:
全文摘要
本發(fā)明屬于道路設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，為實現(xiàn)對每個決策主體的微觀行為進行具體描述與仿真，能夠仿真出交織區(qū)內(nèi)復雜交通環(huán)境下駕駛行為和交通沖突行為特征，使得大型樞紐立交交織區(qū)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)交通流的非線性動力學行為如無序現(xiàn)象得到了深入分析，為尋求最佳大型樞紐立交交織區(qū)長度提供基礎(chǔ)研究支撐。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，大型樞紐立交交織區(qū)最佳距離確定方法，包括下列步驟1.1道路模型的建立1.2道路模型的仿真條件1.3演化規(guī)則1.4實驗換道規(guī)則出入口條件1.5實驗仿真運用元胞自動機模型進行仿真；根據(jù)仿真結(jié)果選取交織區(qū)1最佳長度值、交織區(qū)2最佳長度值。本發(fā)明主要應(yīng)用于道路設(shè)計。
文檔編號E01C1/04GK103225246SQ201310172529
公開日2013年7月31日 申請日期2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月10日
發(fā)明者王海燕, 白子建, 劉治國, 王曉華, 柯水平, 趙巍, 鄭利, 馬紅偉 申請人:天津市市政工程設(shè)計研究院