混合交通条件下的城市道路实用路阻函数_任刚

第22卷 第4期2009年7月

中 国 公 路 学 报

China Journal of Hig hw ay and T ransport

Vol.22 No.4

July 2009

文章编号:1001-7372(2009)04-0092-04

收稿日期:2008-10-22

基金项目:国家自然科学基金重点项目(50738001);国家自然科学基金项目(50608018);

教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目(20070286006)

作者简介:任 刚(1976-),男,浙江上虞人,研究员,博士研究生导师,工学博士,E -m ail:r engang@ 。

混合交通条件下的城市道路实用路阻函数

任 刚,刘晓庆,全林花

(东南大学江苏省交通规划与管理重点实验室,江苏南京 210096)

摘要:以交通混合程度最高的单幅路为研究对象,在大量实测数据基础上,采用多因素方差分析法检验了本向机动车流量、对向机动车流量、本向非机动车流量、行人横向干扰程度对车流速度产生的影响。由美国联邦公路局BPR 函数模型拓展得到混合交通条件下机动车路阻函数的通用形式,基于统计学原理对实测数据进行变量筛选和参数标定,建立了综合考虑机非干扰、对向干扰和横向干扰的实用路阻函数模型。结果表明:在理论分析基础上,由试验数据标定得到的BPR 改进模型优于纯粹由数据拟合得到的线性回归模型。

关键词:交通工程;路阻函数;方差分析;混合交通;行人横向干扰中图分类号:U 491.1 文献标志码:A

Practical Link Performance Functions for Urban Roads with

Mixed Traffic

REN Gang,LIU Xiao -qing,QU AN Lin -hua

(K ey L abo rato ry of T ranspor tatio n Planning and M anag ement o f Jiang su P ro vince,Southeast U niversity,

N anjing 210096,Jiang su,China)

Abstract:Accor ding to field data surv ey ed o n one -tr ack ro ad w ith the m ost mixed traffic,it w as pro ved by the method of mult-i facto r v ar iance analysis that the mo tor vehicle flow ,the opposite

motor vehicle flow ,the non -mo to r vehicle flow and the cro ss w alk interference all affected the motor vehicle flow speed sig nificantly.A g eneral link perfo rmance function of motor vehicle with mixed traffic w as ex tended from the BPR mo del,and then the variables w er e selected and the parameters w ere calibrated by field data.T hus,co nsidering the interference of motor and no n -motor vehicles,oppo site directions and cross w alks,the practical link perform ance function model w as established.The comparison analy sis show s that the improved BPR m odel w hich is analyzed theoretically and is calibrated by field data,is better than the linear regression mo del w hich is merely fitted by data.

Key words:traffic engineering;link perform ance function;variance analysis;m ixed traffic;cr oss w alk inter ference

0引 言

各国有许多学者对城市道路路阻函数,即机动

车速度-流量模型进行了深入研究,提出了不同的函数模型并进行了修正和发展,其中一些模型在实际应用中取得了较为满意的效果

[1-3]

。中国城市道路

交通流的组成相对复杂,且车辆性能、道路条件与国外相差较大,因此许多学者研究了适合中国城市道路和混合交通特点的路阻函数[4-8]。然而由于研究的角度和侧重点不同,目前的研究成果中较少考虑行人横向干扰对机动车路阻函数建模的影响。

本文中笔者以交通混合程度最高的单幅路为研究对象,在大量实测数据的基础上,综合考虑机动车流量、非机动车流量、行人横向干扰等因素,建立符合中国城市道路实际情况的机动车实用路阻函数。1数据调查与预处理

1.1研究对象的界定

不同类型、不同断面形式的城市道路,其交通流运行规律各不相同。一般而言,城市道路机动车路阻函数主要受道路条件和交通条件的影响。道路条件包括车道数、车道宽度、交叉口间距、道路两侧开口密度、人行通道间距、道路设计通行能力和设计速度等。交通条件包括本向和对向的机动车流量、非机动车流量以及行人横向干扰等。

根据研究的目的和重点,本文中仅以城市道路中常见的交通混合程度最高的单幅路作为研究对象。单幅路路段上的机动车运行不仅受本向机动车、本向非机动车和对向机动车的影响,而且因两侧开口较多,受行人横向干扰比较突出。

1.2调查方案设计及实施

经过多处踏勘后,选定南京市区具有代表性的天津路、湖北路(中山北路)云南路区段)、西家大塘这3条道路作为调查对象。

需要调查的数据包括路段行驶车速、本向机动车流量、对向机动车流量、本向非机动车流量、对向非机动车流量、机动车车型、交叉口间距、路段路侧开口(包括小支路接口、路外机动车停车场进出口)数、横向行人通道密度、车道数、车道宽度、路段长度等。

从2007年4月到5月,在正常天气条件下对上述道路展开调查,每次调查时长为3~4h,时间在6:00~18:00不定。为提高调查效率并保证数据精度,以5min为统计间隔,以期获得最佳的数据观测样本量。由于路上交通状况较复杂,横向干扰程度大,采用抽样追踪法调查路段上车辆的行程时间和车型数据,同时采用人工记录法调查非机动车流量和道路条件。通过实地调查并利用文献[6]中的有关数据,共得到数据近400组。

1.3数据预处理

数据预处理包括对原始调查数据的统计处理,确定样本量和统计间隔,形成所需的样本数据点。接着对这些样本点按照一定的规则进行初步筛选,以提高数据整体准确性,最终筛选得到有效数据337组。

2路阻函数建模

2.1模型形式

美国联邦公路局的BPR路阻函数模型虽然不完全符合中国城市交通状况,但是对道路阻抗的实质把握得非常准确,而且具有良好的数学性质,如单调性和可导性,在国际上应用最为广泛,因此本文中将以该模型为基础构造速度-流量模型。

模型的一般化数学形式为

V=

v0

F

k

[1+A k(q k/c k)B k]

(1)式中:V为机动车运行速度;v0为零流量下的运行速度(自由流速度);下标k代表本向机动车、对向机动车、本向非机动车等因素;q k、c k分别为与因素k 特定相关的机动车和非机动车流量、路段通行能力;

A k、

B k均为模型参数,有待标定。

2.2变量筛选

在第1.1节中分析的路阻函数的可能影响因素基础上,利用调查数据对模型的可能变量进一步筛选,以删除对机动车平均速度影响不显著的变量。筛选的原则是需要与可能相结合。由于行人横向干扰程度难以量化,拟用路段上的平均行人横向通道间距来描述横向干扰程度。通常情况下,路段上的行人横向通道越多、间距越小,行人对机动车的横向干扰就越大。根据常见的行人横向通道间距D将道路分为3类:¹D>100m对应较小的横向干扰程度;º50m

为检验横向干扰程度、本向机动车流量、对向机动车流量、本向自行车流量等因素对单幅路机动车路阻的影响是否显著,首先对横向干扰程度与本向机动车负荷度作双因素方差分析,检验在不同的机动车负荷度、不同横向干扰程度下的机动车平均速度是否有显著差异(表1);然后再对本向机动车负荷度、对向机动车负荷度、本向自行车负荷度作多因素方差分析,以检验各因素对路阻是否有显著影响(表2)。

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