论文总字数：56024字

摘 要

我国早期建设的高速公路均为双向四车道，随着交通量的激增，沈大、沪宁等部分高速公路实施“四改八”工程以适应不断增长的交通需求，越来越多八车道高速公路建设运营。合流区为高速公路的“瓶颈”路段，准确预估八车道高速公路合流区的饱和流状态，对信息的提前发布和管控分流，高效地发挥高速公路的综合效力具有重要意义。

论文以节假日期间八车道高速公路合流区为研究对象，参考现有研究对交通状态进行划分，与标准中六级服务水平对应，定性描述饱和流状态。统计分析2017年清明节假日期间沪宁高速无锡段一个合流区的实测数据，研究合流区交通流的运行特性，绘制流量、速度和密度三维基本图。分析基本图，定量给出饱和流状态下合流区各车道流量、速度和密度阈值。

建立基于元胞自动机的八车道高速公路合流区交通流模型，根据分车道分车型等实际运行状况，对车辆前进和变换车道等运行规则进行改进。通过实测数据对模型进行参数标定，完成模型的有效性验证，分析各参数变化下八车道高速公路合流区各车道饱和流状态阈值的变化规律。

关键词：八车道高速公路；合流区；饱和流状态；阈值；三维基本图；元胞自动机

Method for Determining Traffic State Threshold of Saturated Flow in Eight-lane Expressway

No.21113103 LiYi

Supervised by Professor Guo Xiucheng

Abstract

The early construction of expressway are four lanes in our country. With the surge in traffic volume, “four to eight” projects were implemented in ShenYang-DaLian, Shanghai-Nanjing and other expressways to meet the growing traffic demand. Meanwhile, more and more eight-lane expressways are constructed and operated. Furthermore, merging-area is "bottleneck" section in the expressway, so the saturated flow status in the merging-area of the eight-lane expressway is accurately estimated, which make efficient effects on the expressway by releasing the information in advance with control and diversion.

As the object of study, the eight-lane expressway merging-area is divided into three traffic states, which corresponds to six levels of service of the national standards. The traffic field data in merging-area of WuXi Section of Shanghai-Nanjing Expressway is ananlyzed, which was collected during Qingming Festival in 2017. Then the three-dimensional velocity, density and flow basic figures are plotted, and the thresholds of the each lane are quantitatively caculated.

The traffic flow model of the eight-lane expressway merging-area based on the cellular automata is established, and the running rules are improved by taking the actual situation into account. The parameters of the model are calibrated by the measured data. And the validity of the model is verified. The influence of the parameters on the each lane threshold of the saturated flow in the merging-area of the eight-lane expressway is analyzed.

KEY WORDS: eight-lane expressway; merging-area; saturated flow status; thresholds; three-dimensional basic figure; cellular automata

目 录

摘 要 III

Abstract IV

目 录 V

第一章 绪论 1

1.1 研究背景与意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 高速公路运行状态的研究 1

1.2.2 高速公路通行能力的研究 2

1.2.3 现状研究综述 4

1.3 研究内容 4

1.4 技术路线 5

第二章 八车道高速公路交通特性分析与交通状态划分 7

2.1 八车道高速公路交通特性分析 7

2.1.1 道路特性 7

2.1.2 车型分类 7

2.1.3 交通量特性 8

2.2 八车道高速公路交通状态划分 8

2.2.1 交通状态指标选取 8

2.2.2 交通状态划分 9

2.3 饱和流状态阈值影响因素分析 10

2.3.1 饱和流状态阈值 10

2.3.2 饱和流状态阈值影响因素分析 10

2.4 本章小结 11

第三章 八车道高速公路合流区交通流特性分析 12

3.1 合流区的基本概念 12

3.2 合流区交通流特性分析 12

3.2.1 合流特性 13

3.2.2 各车道车型分布 13

3.2.3 交通量分布特性 15

3.2.4 速度变化特性 17

3.2.5 车头时距分布特性 20

3.3 本章小结 23

第四章 基于流量-速度-密度三维图的八车道高速公路合流区饱和流状态阈值研究 ……………………………………………………………………………24

4.1 交通流基本图 24

4.1.1 加速车道流量-速度-密度三维基本图 24

4.1.2 主线1车道流量-速度-密度三维基本图 26

4.1.3 主线2车道流量-速度-密度三维基本图 28

4.1.4 主线3车道流量-速度-密度三维基本图 30

4.1.5 主线4车道流量-速度-密度三维基本图 32

4.2 饱和流状态和不饱和流状态交通特性分析 35

4.2.1 交通量分布 35

4.2.2 车型分布 36

4.2.3 速度分布 37

4.3 本章小结 38

第五章 基于元胞自动机的八车道高速公路合流区饱和流状态阈值研究 39

5.1 元胞自动机模型概述 39

5.2 八车道高速公路合流区元胞自动机模型仿真设计 39

5.2.1 仿真图形 40

5.2.2 运行规则 40

5.2.3 仿真参数标定 42

5.2.4 模型的有效性验证 43

5.2.5 主线各车道交通状态变化规律 44

5.3 不同条件下八车道高速公路合流区饱和流状态阈值研究 45

5.3.1 不同加速车道长度下饱和流状态阈值 45

5.3.2 不同随机慢化概率条件下饱和流状态阈值 46

5.3.3 不同大车比例条件下饱和流状态阈值 46

5.3.4 不同换道安全距离条件下饱和流状态阈值 47

5.3.5 不同车道数条件下的饱和流状态阈值 50

5.4 本章小结 50

第六章 结论与展望 51

6.1 论文的主要研究成果 51

6.2 论文创新点 51

6.3 研究展望 52

致 谢 53

参考文献 54

附录A MATLAB元胞自动机模型代码 57

绪论

研究背景与意义

根据国家统计局2016年中国统计年鉴，截至2015年底，我国高速公路运输线路长度为12.35万公里，较2014年增长了10.37%，从交通量来看，2015年，全国高速公路日平均交通量为22334辆，年平均交通拥挤度为0.37，较上年分别增长2.5%和2.2%。迄今为止，国内已经竣工或正在进行的“四改八”的高速公路工程有数十个，比如：如沈大高速、沪杭甬高速、京津唐高速的第二通道“京津高速”、西潼高速、西宝高速等均开展了 “四改八”的扩建。随着我国经济社会的进一步发展和汽车社会进程的进一步推进，将有越来越多的八车道高速公路开展建设、投入运营。八车道高速公路具有车道数量多、交通量大等特殊之处，如何管理并发挥其综合效力，是迫切需要解决的重要难题。

扩建和新建的八车道高速公路在节假日、“黄金周”客流高峰时拥堵情况已经变得常态化，导致高速公路在节假日期间不能提供有效的“高速服务”。另外，单纯靠增加车道来提高高速公路的通行能力已经不切实际，如何准确估计八车道高速公路的饱和状态，通过实时检测进行预判，提前进行信息发布和通道分流成为研究关注的重点。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：56024字