挑战杯_自然科学类_全国特等奖作品汇编

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环形交叉口通行能力的微观仿真研究

来源：第十二届“挑战杯”作品

小类：机械与控制

大类：自然科学类学术论文

简介：

本文提出了一种研究环形交叉口通行能力的微观仿真方法。利用VISSIM仿真平台分析5个影响因素对通行能力的敏感性；选取敏感性高

的因素来建立修正系数模型，并获得实际通行能力的改进计算公式；将

其进行验证，并和现有的模型比较，结果表明其具有最小的相对误差，

从而为环形交叉口规划、设计、管理提供科学依据。

详细介绍：

针对目前我国环形交叉口通行能力的研究相对滞后，不能客观评价城市交通系统的情况，本文选取北京市方庄环形交叉口作为研究对象，

对其进行实地调研和调研数据处理、分析，并以此为基础，重点进行环

形交叉口通行能力计算模型的修正。目前，项目进展顺利，已完成以下

工作： 1.完成交通量调查辅助手机软件（android平台）的开发。 2.

现状调查利用Google earth查找北京市区内的环形交叉口，并通过实

地观察和综合比较，本研究小组选取了方庄环形交叉口，并于2010年8

月24日——8月26日（周二至周四）对其几何数据、交通量（机动车、

非机动车和行人）、车辆行程时间和地点车速进行调查，了解方庄环形

交叉口的交通特性，为VISSIM仿真平台的搭建和验证、通行能力模型

的建立以及后续的研究内容提供依据。 3.VISSIM仿真平台的搭建与校

准首先利用部分实测数据搭建仿真平台，后利用剩余数据，以仿真画面、

平均相对误差及最大相对误差为评价指标，通过调整四个驾驶行为参数

来校准仿真平台。其中，正交试验法的运用，在保证实验准确性的同时，

提高了效率。 4.通行能力影响因素的敏感性分析影响环形交叉口通行

能力的因素主要有环岛半径等几何方面的因素和交通量等方面的交通

因素。选择大车比例、左转比例、右转比例、主支路流量比例和环岛半

径作为此次影响因素分析的对象。针对以上影响因素，利用“每次改变

单一因素，仿真计算该条件下的通行能力”的方法，通过非线性曲线拟

合分析各个因素对通行能力变化的敏感性。实验结果显示：东、西进口

大车比例、左转比例和右转比例以及主支路流量比例对通行能力变化敏

感性较高。之后，对拟合曲线之间相关性较高的因素进行合并，简化后

续实验。 5.修正通行能力理论模型开发在比较各种环形交叉口理论通

行能力模型的基础上，选取王炜的双环行车道时通行能力理论模型作为

基本通行能力模型。接着，通过改变上述敏感性较高的4个影响因素，

进行了5184次VISSIM仿真实验，利用多元回归法得出通行能力修正系

数，并提出修正后的通行能力模型。最后，对修正后的通行能力模型进

行验证。 6.根据本文的研究思路开发环形交叉口通行能力辅助计算软

件。 7.着手进行模型的实际运用，其中包括：环形交叉口运行评估和

改造建议。

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作品专业信息

撰写目的和基本思路：：

通行能力是进行道路交通理论研究的基础参数之一。本项目根据我国环形交叉口环内多车道、机非混行的特点，利用VISSIM仿真平台和统计模型分析五个影响因素对通行能力的敏感性。选取敏感性高的因素利用多元回归方法来建立实际通行能力的改进计算公式。验证结果表明建立的改进模型精度得以较大的提高。在此基础上开发环形交叉口通行能力分析软件，为环形交叉口规划、设计、管理以及进一步的路网交通诱导提供科学依据。

科学性、先进性及独特之处：：

1.考虑了国内典型的环内多车道情况。

2.充分利用计算机模拟可重

复性、可延续性、弥补观测数据不足的优势，对不同交通条件下车辆进出环进行细致的模拟分析。 3.仿真平台参数标定中正交试验的运用，提高了效率，保证了结果的准确性。 4.利用经济学中常用的弹性系数对影响因素进行敏感性分析，有效跟踪通行能力在不同条件下的变化规律。 5.

根据研究思路开发用户界面友好的环形交叉口通行能力计算辅助软件。

应用价值和现实意义：：

本作品针对环形交叉口的实际通行能力进行了研究，分析了大车比例、左转比例、右转比例、主支路流量比例等影响因素，建立了实际通行能力

的改进模型。本研究有助于准确地估算环形交叉口通行能力，从而客观地

评价城市道路交叉口。此外，本研究对于分析大车禁行、交通诱导等交通

管制措施以及分离式专用车道等工程的效果具有重要的参考价值。

学术论文摘要：：

随着交通量的迅猛增长，环形交叉口已经成为城市路网的“瓶颈”，因此对其进行在一定服务水平条件下通行能力的研究刻不容缓。鉴于计算

机模拟可重复性、可延续性的优势，本文针对国内常见的环内多车道环形

交叉口，提出了一种研究其通行能力的微观仿真方法。利用实测数据进行

VISSIM仿真平台的搭建和校准；对各进口分别利用“每次改变单一因素，仿真计算该条件下通行能力”并进行曲线拟合、计算弹性系数的方法，分

析环道宽度、大车比例、左转比例、右转比例、和主支路流量比例和环道

宽度五个影响因素对通行能力的敏感性；选取敏感性高的因素进行参数回

归，建立修正系数模型，并获得实际通行能力的改进计算公式；将其进行

验证，并和现有的模型比较，结果表明其具有最小的相对误差。根据模型

开发了环形交叉口通行能力计算辅助软件，有助于便捷准确地估算环形交

叉口通行能力。此外，对于评价大车禁行、交通诱导等交通管制措施以及

分离式专用车道等工程的效果也具有重要的参考价值，从而为环形交叉口

规划、设计、管理提供科学依据。

获奖情况：：

1.第九届“金士宣”杯创新能力竞赛一等奖（校级第一名）

2.2011年度

“挑战杯”课外学术科技作品大赛自然科学类论文一等奖（校级第一名）

3.2011年度首都“挑战杯”课外学术科技作品大赛自然科学类论文特等

奖 4.英文论文已投至(IEEE ITSC 2011)14th International IEEE Annual Conference on Intelligent Transportation Systems

鉴定结果：：

以上内容属实

参考文献：：

检索目录：中文关键词：环形交叉口通行能力仿真英文关键词：

Roundabout Capacity Simulation

同类课题研究水平概述：：

环形交叉口通行能力的研究主要基于四类理论基础：交织理论模型；

穿插及间隙——接受理论模型，如Tanner公式；反映环内车流量与入口

通行能力关系的回归模型；最后一类是线性规划模型。 1.交织理论模型：

交织理论认为车辆运行是通过交织行为来完成的，环形交叉口通行能力为

通过交织段的最大通行流量。这种方法的原理为：计算交叉口通行能力时，各交织段交通量将以同比例增加，当某一交织段交通量增加到其通行能力，认为该交织段已成为环形交叉口的瓶颈，此时的环形交叉口通行能力即为

各入口道的交通量之和。 2.穿插间隙——接受理论模型：穿插及间隙——