下载文档原格式
２０１３年１月第１期城市道桥与防洪０前言目前，公路线形设计的基本依据是设计速度，它决定了公路几何线形的各项要素。
设计速度是一固定值，其作为基础参数，规定了某一路段的最低设计标准，设计中只要一条公路所采用的最低指标大于其设计速度对应的最低指标，就认为该设计符合要求。
经过多年的设计实践，发现这种设计速度的方法存在诸多不足之处，主要表现在：（１）线形设计要素与实际行车速度不相容；（２）线形设计要素之间不相容；（３）线形的行车速度标准不一致。
为此，《公路路线设计规范》（ＪＴＧＤ２０－２００６）对线形设计引入了运行速度检验的概念，运行速度考虑了绝大多数驾驶员的交通心理需求，是车辆的实际运行速度，以其作为线形设计参数，可以消除现行设计方法的不足，有效地保证了线形相关指标与速度的相容性，可以获得连续一致的均衡设计。
不同车辆的运行速度各不相同，但运行速度值一般呈正态分布，通常以小客车在车速分布累计曲线上第８５位百分点的速度来表示运行速度，即Ｖ８５。
运行速度是车辆实际行驶的速度，在公路建成之前无法实测获得。
因此，应用运行速度作为设计参数进行线形设计或设计成果检验的关键就是运行速度的预测。
而运行速度又受人、车、路及周围环境等多种因素的影响。
本文通过对高速公路不同纵坡路段运行速度的调查，研究在自由流运行条件下，公路纵断面线形指标（主要指坡度i 与坡长S ）与高速公路运行速度的相关关系，运用遗传神经网络的方法来预测高速公路纵坡运行速度的方法。
１算法介绍ＢＰ（ｂａｃｋ－ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）算法作为一种神经网络训练方法，由于其理论依据扎实，推导严谨，物理概念清晰，目前仍是应用最为广泛的神经网络模型之一。
但是，该算法学习收敛速度慢，得到的网络性能较差。
遗传算法通过模拟自然界的进化过程来迭代产生适于解决问题的优化解，其搜索机制中的隐含并行性使得搜索过程能不断向全局最优解逼近。
遗传算法具有：自组织、自适应和自学习性（智能性），并且在本质上具有并行性；遗传算法不需要求导，只需要影响搜索方向的目标函数和相应的适应度函数。
高速公路路段运行速度拓展模型及其应用下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by the editor. I hope that after you download them, they can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!现代社会中，高速公路作为主要的交通运输工具，承担着连接城市的重要作用。
第2卷 第1期2002年3月交通运输工程学报Journal of T raffic and T ransportation Eng ineeringV ol.2 No.1Mar.2002收稿日期:2001-11-12作者简介:宫晓燕(1976-),女,山东淄博人,中国科学院博士生,从事数据挖掘和城市智能交通系统研究.文章编号:1671-1637(2002)01-0074-06高速公路交通流建模综述宫晓燕,汤淑明,王知学,陈德望(中国科学院智能控制中心,北京 100080)摘 要:交通流建模是智能交通自动控制、分析、设计、仿真和决策的前提,历来是交通工程界的一个重要的研究课题,分三条主线(宏观交通流模型、微观交通流模型、其它交通流模型)对交通流建模的发展做了详细介绍,并在文末提出了对交通流建模今后发展的展望。
关键词:交通流建模;宏观交通流模型;微观交通流模型中图分类号:U 491.112 文献标识码:ASurvey on freeway traffic flow modelingGON G X iao -y an ,T AN G Shu -ming ,W A N G Zhi -x ue ,CH EN De -w ang(Intelligent Contr ol &Sy stem Engineer ing Center ,Chinese A cademy of Sciences,Beijing 100080,China)Abstract :T raffic flow mo deling as the basis of traffic contro l 、traffic desig n 、traffic analysis 、traffic simulatio n and traffic control decision -making alw ays is the the resear ch focus in traffic eng ineer ing field.T his paper makes a detail introduction o f tr affic flow m odeling from three different aspects.Ex pectation on its development is also given.Key words :traffic flow mo deling ;macroscopic traffic flow model ;micro cosmic traffic flo w mo del Author resume :GONG Xiao-yan (1976-),fem ale,a dotoral student of Chinese Academ y of Sciences,eng aged in resear ch of data mining and intellig ent transportation sy stem. 城市高速公路交通流模型是描述交通流状态变量随时间与空间而变化、分布的规律及其与交通控制变量之间的关系的方程式。
第13章高速公路特性13.1引言本章介绍了高速公路通行能力和服务质量的概念，这些概念与第二十二章（高速公路设施）、第二十三章（高速公路基本路段）、第二十四章（高速公路交织区）和第二十五章（匝道和匝道连接点）等章中介绍的方法一起使用。
高速公路可定义为：设有中央分隔带，全部控制出入每个行车方向最少有两条车道，专供汽车交通使用的公路。
高速公路形成连续交通流，没有信号控制、停车控制的平面交叉口，也不允许毗邻道路上车辆直接进出，进出高速公路的车辆都要通过匝道。
高速公路上的对向车流用连续的隔离栅栏或中央分隔带隔开。
高速公路上车流运行情况主要受交通流中车辆、驾驶员以及高速公路几何条件的影响。
此外，车辆运行状况也受到环境条件（如天气、照明）、路面状况和交通事故的影响。
收费通道或收费道路,除在沿线指定地点收费处与高速公路类似。
虽然收费会使交通流中断，一般仍把这种道路归入高速公路类型。
收费道路独有的交通流特性、受到的约束和产生的延误,应给予特别注意。
高速公路系统是指在限定范围内所有高速公路设施的总和。
因此，分析人员必须了解,分析的高速公路与相邻的其他高速公路或城市道路之间的相互作用,并要务必考虑与其他设施的相互影响.当相邻街道或高速公路系统的交通量大于通行能力时,或当街道的通行能力或匝道计量系统限制驶近高速公路的交通需求时，高速公路的运行情况会受到相应的影响。
如果街道系统接纳不了高速公路驶出的交通量，则街道上形成过饱和车流,结果造成上游高速公路出现排队，降低高速公路的使用性能。
这就表明街道系统的有限通行能力会降低出口匝道的有效通行能力。
因此，下游街道系统的通行能力是否能接纳由高速公路驶出的交通需求,是分析高速公路运行状况的重要环节。
同理，匝道的通行能力也会影响高速公路上的交通需求，在分析高速公路运行状况时，也需考虑。
假定高速公路设施与相邻的高速公路之间互无影响。
但在实际中，高速公路设施与相邻高速公路设施之间存在相互影响,与地面街道也存在相互影响。
道路组合线形下的运行速度模型研究摘要：汽车在设计速度低于100km/h的道路上，实际运行速度往往高于设计速度。
当两者之差大于10km/h，就容易发生交通事故。
本文就如何采用运行速度进行设计或检验，有利于改进道路设计，提高行车安全，提出了一些自己的看法。
关键词：设计速度；运行速度；速度预测1.引言我国的公路建设在新时期获得了前所未有的大发展，交通基础设施建设取得了不俗的成绩，但道路交通安全仍面临严峻形势：如2008年，全国共发生道路交通事故265204起，造成73484人死亡、304919人受伤，直接财产损失10.1亿元。
造成交通事故的原因是多方面的，虽然据国内外的交通事故统计显示，有80％～90％的交通事故是由于驾驶员的失误或粗心大意造成的，但进一步的研究表明，在诸如由超速行驶、违章超车、不正当超车、不正当转向、夜间不良的视距等引起的交通事故中，除少数是由于驾驶员失误引起的以外，大部分驾驶员出事故的原因在于困难的行驶条件引起的，而困难的行驶条件则与道路设计有关。
像较常见的道路线形不顺畅、某处线形指标突变、道路平、纵线形指标各自搭配或其组合不当、视距不良、超高不足等等。
这些现象引起了我们对我国现行道路线形设计方法是否需要改进的思考。
道路线形设计评价是道路安全性评价的重要组成部分，在设计中进行专项安全性评价并不是多余，它能够发现许多交通安全隐患并将之解决在设计阶段，不论就社会稳定还是经济效益而言都有重要意义。
我国现行公路路线设计规范是以设计速度作为主要设计参数，但是，车辆在公路上行驶时，驾驶员一般是根据公路的行车条件(线形条件、路面条件、气候条件、环境条件及交通条件)和车辆本身的性能来确定自己的车速的，只要条件允许，驾驶员总倾向于采用高于设计速度的速度行驶，从而使车辆在按设计速度设计的线形上行驶存在安全隐患。
以车辆实际可能的运行速度代替设计速度作为公路线形设计的指标已是大势所趋。
而我国现行规范与AASHTO所提出的方案以及澳大利亚等国所采用的方案均有一定的差别，对我们初学者来说，相互比较并吸收利用是很有必要的。
第6卷第5期北华大学学报（自然科学版）V o l .6N o .52005年10月J O U R N A LO FB E I H U AU N I V E R S I T Y （N a t u r a l S c i e n c e）=============================================================O c t .2005文章编号：1009-4822（2005）05-0455-05高速公路纵坡自由流运行速度特性及模型廖明军1，王杨2，刘海英3，钟小明4（1.北华大学交通建筑工程学院，吉林吉林132013；2.中国市政工程东北设计研究院，吉林长春130021；3.吉林市九新路桥建筑有限公司，吉林吉林132102；4.北京工业大学交通研究中心，北京100022）摘要：通过分析高速公路不同纵坡上大量的自由流运行速度实测数据，探索了小型车在纵坡上的运行规律，标定了高速公路纵坡自由流运行速度仿真模型，为高速公路设计提供了客观依据，也为交通仿真技术和I T S 技术解决现有用计算行车速度所设计的纵坡线所带来的运行车辆速度不连续和设计要素间的不相容问题提供了内核.关键词：计算行车速度；运行速度；纵坡；设计一致性中图分类号：U 412.366文献标识码：A收稿日期：2005-01-10作者简介：廖明军（1974-），男，讲师，硕士，主要从事道路交通规划设计研究.近年来，我国的公路建设正处于黄金时期.我国地形复杂，山区高速占有很大的比例，同时，随着汽车工业技术的发展，汽车的动力性能有了一定的改善.而现行的规范采用的计算行车速度的方法不能真实反映高速上的运行车速.因此，进行高速公路纵坡自由流运行速度特性和模型研究可为修订路线设计规范和标准的有关条款、改善路线设计质量提供科学依据，同时也可为高速公路交通仿真技术和I T S 技术提供核心模块.1数据采集本次研究的对象主要是针对只受纵坡影响下的运行速度特性.根据我国的《公路路线设计规范》，高速公路的最大纵坡应介于3%~5%.选择的地点主要是以山区地形为主的山西太旧高速和铜黄高速的400~1000m 长坡，调查的对象以桑塔纳和10~20t 国产解放、东风汽车为主.采用的仪器主要是雷达枪和G P S .样本量每种车型最小为100辆.在研究中主要分析了小型车，中型车可以用类似方法，但限于篇幅不做详细分析，只给出结果.在纵坡路段采集车速时，设3~4个断面，分别设置在纵坡前50~100m 和纵坡中段.为确保样本量，在每1个试验断面由2个人负责雷达测速和记录车牌号，同一试验同时开始作业，同时结束.测速试验完成后，将所在点的相关线形和路面参数记录下来，并拍摄照片.2坡上运行速度特性1）在上坡时，小客车运行有明显的减速过程，从每500m 的平均速度增量可以看出，随着坡度的增大，小车减速的幅度将逐步增大，500m 减幅在5~10k m ／h .在坡上运行的速度在（100+20）k m ／h 之间（见表1）.2）在下坡时，小客车运行有明显的加速过程，从每500m 的平均速度增量可以看出，随着坡度的增大，加速幅度为2~15k m ／h ，总体上运行的速度基本在（100+20）k m ／h 之间.3）同样的坡长下，从平均增幅来看，小车上坡时，在5%时减速幅度最大，国产的小客车动力性能在坡上运行时已受一定影响；从平均增幅来看，下坡时，在-3.0%~-5.0%加速幅度没有明显区别，可能是在这样的坡上运行时坡度对驾驶员心理没有明显影响.4）从数据分析可以看出，同样的坡度下，当坡长达到一定值后（>800m ），在上坡时，从坡底至坡中减速的幅度往往小于从坡中到坡顶的减幅，而下坡时从坡顶到坡中的增幅往往大于从坡中到坡底的增幅.这说明上坡时，小汽车的动力性能对坡长很敏感，坡长越大对运行车速影响越大，而下坡时则有所不同，对坡长没有那么敏感.5）无论是上坡还是下坡，坡长达到一定值后，上、下坡运行速度趋于稳定，上坡时这种稳定车速反映了小客车的动力性能，下坡时，这种运行车速反映的是一种期望车速.表12#～$#上下坡小客车运行速度%&’(12#～$#)*+,&-.&/--01/+,&-.023&,0*.,&45/+6*..-坡度／%坡顶速度v 2／（k m ・h -1）坡底速度v 1／（k m ・h -1）坡长l ／m 500m 平均速度增量Δv ／（k m ・h -1）数据来源5102.89112.79500-9.90铜黄G P S 599.61106.94570-6.43太旧观测4.885.4592.47600-5.85晋阳观测4102.00109.21500-7.21铜黄G P S 4100.53104.47500-3.94太旧观测498.53104.471080-2.75太旧观测3.5101.23106.00960-2.48铜黄G P S 3103.36108.36500-5.00晋焦G P S 2.5106.15110.00500-3.85晋焦G P S 2110.00115.00500-5.00铜黄G P S -2103.00107.5010002.25铜黄G P S -2.5112.00118.0010003.00太旧G P S -3108.00120.6650012.66太旧G P S -3.599.66111.0850011.42铜黄G P S -490.85104.3061710.90太旧观测-490.85103.7510805.97太旧观测-4112.11127.0350014.92晋焦G P S -4.893.48107.0060011.27晋阳观测-5116.42120.855004.44铜黄G P S -5101.95116.9657013.17太旧观测7模型建立与参数的标定7(1模型建立的理论依据高速公路坡度在2%~5%、坡长主要介于400~1000m 的路段，在理想的道路条件下，纵坡上的自由流运行车速仅受坡度和坡长的影响，实际上车辆的动力性能基本一致时，运行时与实际的载货量G 和车辆的定性能（迎风面积、空气阻力系数、惯性阻力系数）以及司机的驾驶特性有关，这时运行速度与用油门控制的发动机输出功率有直接关系，而原本功率质量将随坡度坡长而变化.因此，可以建立功率质量比与运行速度（坡顶速度v 2、坡底速度v 1）、坡长s ，坡度i 的函数关系.描述运行速度随坡度坡长而变化的特性和规律如下式v 2E f（V 1，P ，s ，i ）.（1）具体模型采用北京工业大学和交通部公路科学研究所在公路通行能力研究项目中高速公路基本路段仿真模型研究和荣建博士论文中的第六章［1］的方法，上式可化为v 2E v 1+Δf g 1+δP g v 1-f μi -13K F v 21（）［］G .（2）其中，v 2为进入纵坡Δt 后的车辆速度（m ／s ）；v 1为Δt 之前的车辆速度（m ／s ）；Δt 为仿真过程中的时间推进步长（s ）；P 为车辆的功率质量比（W ／k g ）；K F ，δ为车辆的风阻系数和惯性阻力系数；f ，i 为摩擦阻力和纵坡坡度；g 为重力加速度（m ／s 2）；G 为车辆空载质量和实际载重（k g ）.654北华大学学报（自然科学版）第6卷为计算各车型车辆在实际运行过程中采用的P 值，式（2）变形可得P 计算公式，如式（3）所示.P E g v 2+v 1（）21+δ（）g v 22-v 212（）s+f +i +13K F （v 2+v 12）G └L ┐┘2.（3）其中，v 1为各车型坡底的自由流速度（m ／s ）；v 2为各车型坡顶的自由流速度（m ／s ）；其他符号的含义同式（2）.3.2模型的标定由于小客车和中型车在上坡和下坡表现出不同的运行特性，而P 从理论上要反映这种特性.因此，首先按运行特性分为4组：小客车上坡，小客车下坡，中型车上坡，中型车下坡（但中型车略），然后将每隔0.5%的区间对运行速度进行分组，分别计算其P 和建立回归方程.考虑到-2%~2%区间实际上自由流运行速度是几乎不受坡度i 的影响，所以P 的回归方程也只适用于［-5%，-2%］，［2%，5%］之间，做其他外推可能会得到错误的结论.小客车P 的标定见图1，图2.1）小客车下坡方程：P E 2.2414i +3.1565，i ∈［-2%，-5%］，R 2E 0.8674，2）小客车上坡方程：P E 1.5712i +13.003，i ∈［2%，5%］，R 2E 0.9502.图1小客车下坡回归图2小客车上坡回归F i g .1C a r d o w n g r a d e r e g r e S S i o n F i g .2U p g r a d e r e gr e S S i o n o f c a r 3）P 观测值计算结果与预测方程计算结果.从P 观测值计算结果（见表2）与预测方程计算结果可以看出：随着坡度的变化，P 在不断地变化.一般来说，坡度越大，P 也越大.下坡在坡度为-2%，-2.5%时，小汽车的发动机还是做正功，起动力作用，当达到-3%后，发动机开始做负功，起阻力作用，而且坡度越大，这种作用越明显.上坡时，从2%到5%，发动机的功率在不断增加，P 在不断增加.从P 观测值计算结果与预测方程计算拟合图可知，回归方程拟合得很好，这一点与相关系数R 2大于0.85是一致的.图3观测P 与方程预测PF i g .3O b S e r 7e d P a n d f o r e c a S 8e d e 9:a 8i o n P 表2小客车P;a b .2<7a =:e o f c a r 坡度／%观测值计算结果预测方程式结果-5.0-7.03-8.05-4.8-8.39-7.60-4.0-6.43-5.81-3.5-4.67-4.69-3.0-3.19-3.57-2.53.974.00-2.04.014.012.016.1716.152.516.9716.933.017.2017.723.519.1318.504.019.3319.294.820.0520.545.021.1520.86754第5期廖明军，等：高速公路纵坡自由流运行速度特性及模型4模型的验证前面已阐述了模型从理论上是合理的，那么一方面现在所标定的P 代入模型后理应与观测结果总体上是一致，误差比较小，反映运行速度的随坡度坡长变化规律；另一方面，要验证与其他模型相比较得出其精度是否可以接受，是否更具有优越性.4.1模型运行速度随坡度变化的规律与实际观测数据比较的相对误差绝对值平均值结果见表3.表3误差分析T a b .3E r r o r a n a l yS i S 坡度／%坡长l ／m 小客车相对误差／%中型车相对误差／%55706.6410.78410806.9111.12-4108011.68.07-55709.3511.331）总体来看，小车的平均误差比中型车略小，平均误差约在12%以下，与实测数据吻合良好，这说明模型及采用的参数P 是合适的.2）由于实际上所观测车的动力性能是有差异的，加上只是近似地并不是真实地只受坡度的影响，在实际运行时有一定的期望车速，所以总有少数车辆的运行特性与前面总结的不一致（如下坡时驾驶员表现过分谨慎时将不再加速，甚至可能减速；上坡时速度减到一定值不减了，也可能因为动力性能好均速或小幅加速），用这个模型及采用的参数P 预测的值也可能误差较大.3）所观测中型车的动力性能由于载货是不一样的，很有可能总重已超过15t ，所以预测结果是有差异的，加上只是近似地并不是真实地只受坡度的影响，-4%预测结果与实测比较一致，而在-5%运行时模型预测速度略偏大.4.2模型运行速度同一坡度下随坡长的规律假定上坡时坡底速度小车为110k m ／h ，中型车为70k m ／h ，下坡时坡顶速度小车为90k m ／h ，中型车为50k m ／h ，同一坡度下坡长在1000m 之内.运动速度随波长的变化情况见图4，图5.图4上坡时运行速度随坡长变化图5下坡时运行速度随坡长变化F i g .4C h a n g e o f u p g r a d e o p e r a t i n gS e e d F i g .5C h a n g e o f d o w h g r a d e o p e r a t i n g S pe e dw i t h w i t h t h e l e n g t h of S l o p e t h e l e ng th o f S l o pe 854北华大学学报（自然科学版）第6卷1）从图4、图5中可以看出，坡长越长上坡时减小越多，下坡时增加越大.2）同一坡长下，对小客车和中型车来说都表现为：上坡时坡度越大，速度越低；下坡时坡度与速度的关系：小客车v （-3%）>v （-4%）>v （-5%），中型车：v （-4%）>v （-5%）>v （-3%），这一点与《公路投资效益分析系统》山东实验结果和Z a n i e w s k i e t a l （1982）［2］的实验结论很相似.3）从上坡曲线来看，坡长增加到一定值后，减速趋势有所减缓.这些规律与实际观测规律大体上是一致的，说明模型及所采用的参数能很好地反映运行速度的真实变化规律.5结语本研究通过大量的观测数据，详细地分析了不同坡长不同坡度影响下高速公路的自由流运行速度规律，标定了基于设计一致性的高速公路纵坡自由流运行速度模型，并通过观测实验验证了模型和理论计算验证了模型的可靠性.参考文献：［1］荣建.高速公路基本路段仿真模型研究［D ］.北京工业大学，1998.［2］Z a n i e w s k i B C .V e h i c l eO p e r a t i n g C o s t ，F u e l C o n s u m p t i o na n dP a v e m e n tT y pe a n dC o n d i t i o nF a c t o r s ［M ］.A u s t i n ：T e x a s R e s e a r c h a n dD e v e l o pm e n t F o u n d a t i o n ，1982.O nC h a r a c t e r i S t i c S o f O p e r a t i n g S pe e da n dM o d e l of F r e e w a y Gr a d i e n t L I A O M i n g -j u n 1，W A N GY a n g 2，L I UH a i -y i n g 3，Z H O N GX i a o -L i n g4（1.T r a f f i c a n dC o n s t r u c t i o nE n g i n e e r i n g C o l l e g e o f B e i h u aU n i v e r s i t y ，J i l i n 132013，C h i n a ；2.N o r t h e a s tM u n i c i p a l E n g i n e e r i n g D e s i g n a n dR e s e a r c h I n t i t u t i o n o f C h i n a ，C h a n gc h u n 130021，C h i n a ；3.J i u x i nR o a d=B r id ge C o n s t r u c t i o n I t d .C o m .，J i l i n 132102，C h i n a ；4.T r af f i c R e s e a r c hC e n t e r o f B e i j i ng U n i v e r s i t y o f T e ch n o l o g y ，B eij i n g 100022，C h i n a ）A b s t r a c t ：T h i s p a p e r t r i e s t o d r a ws o m e c o n c l u s i o n s f r o mt h e f i e l d d a t a b a s e d o n t h e g r a d i e n t s ，w h i c hm a y b e r e p r e s e n t t y p i c a l c h a r a c t e r i s t i c s o f o p e r a t i n g s p e e d o f p a s s e n g e r c a r s .W i t h t h e l a w s o f o p e r a t i n g s pe e d o n t h e g r a d i e n t s a n d t h e r e c o m m e n d a t i o nP -v a l u e ，t h e t r af f i c s i m u l a t i o nm o d e l b a s e do nv e h i c l ed y n a m i c sw i l l b e c o n s u m m a t e d .T r a f f i c s i m u l a t i o na sw e l l a s I T St e c h n o l og y w i l l b ea ne f f e c t i v em e a s u r e m e n t t os o l v e th ei n c o n s i s t e n c y o f o p e r a t i n g s p e e d a n d d e s i g n s p e e d a n d i n c o m p a t i b i l i t y o f d e s i gn e l e m e n t s .K e y wo r d s ：C a l c u l a t i n g r u n n i n g s p e e d ；O p e r a t i n g s p e e d ；G r a d i e n t ；D e s i g n c o n s i s t e n c y 【责任编辑：郭伟】954第5期廖明军，等：高速公路纵坡自由流运行速度特性及模型。
