基于HDM-4的智能高速公路速度流量特性与用户成本分析

发布时间：2017-09-11 23:10

  本文关键词：基于HDM-4的智能高速公路速度流量特性与用户成本分析

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【摘要】：近些年,随着国内经济与社会的快速发展,高速公路的交通拥堵问题日益严重。但由于人力、财力和物力的限制,传统的解决方案,如修建和拓宽道路并不能满足日益增长的交通需求,采用主动交通管理措施缓解拥堵势在必行。主动交通管理方案ATM (Active Traffic Management)是用于改善高速公路交通流和减少拥堵的高速公路管理措施。ATM主要包括可变限速VSL(Variable Speed Limit)和路肩行驶HSR (Hard Shoulder Running)两种模式,全部或部分路段采用可变限速或路肩行驶的高速公路,被称为智能高速公路SM (Smart Motorway)。采用可变限速VSL措施的智能高速公路,有别于传统实行固定速度上限的高速公路,其允许速度上限随交通量的变化而动态改变,从而减少车辆间速度的差异,以达到稳定交通流、提高道路运营效率的目的。另外一种主动交通管理措施路肩行驶HSR,在对路肩进行必要改造的前提下,通过开放高速公路路肩作为行车道来缓解高峰期通行能力的不足、提高道路整体服务水平。其中,可变限速VSL是路肩行驶HSR和其他主动交通管理措施的基础。本文从可变限速和路肩行驶两种管理措施对高速公路速度流量特性影响的角度出发,建立成本分析模型,使用“公路发展与管理系统”HDM-4 (Highway Development Management-4),对用户成本进行计算分析。由世界银行主持开发的“公路发展与管理系统”HDM-4,作为专业的道路工程经济分析软件,综合考虑了外部因素(如天气、道路维护升级、交通流量等)及内部因素(如路况变化进程等)对道路建设运维的影响,从用户成本、工程活动成本等多个角度来决定最优的道路提升与维护策略。本研究正是利用其完善的用户成本计算功能,实现研究对象用户成本的量化及分析。本文选用英国M42高速公路3a-7路段为具体研究对象,通过从官方的交通信息数据库HATRIS采集数据,针对该路段三种管理模式(非可变限速Non-VSL模式、可变限速VSL模式和路肩行驶HSR模式),研究和分析其对速度流量特性、出行时间和出行可靠性等的影响；然后,使用HDM-4建立研究路段路网模型,并根据数据分析结果对模型参数进行标定,从而得到用户出成本；在讨论章节,HDM-4分析结果与官方发布结果进行比对,用以检验研究分析的连续性与正确性；最后,分析探究了主动交通管理措施的使用时机和HDM-4在此类研究中使用的局限性等。本研究分析结果显示：(1)采用可变限速VSL措施,将有效减少交通冲突,稳定交通流,改善整体交通状况,降低用户出行成本。其速度上限可以根据实时交通、天气等状况来调整。(2)可变限速VSL措施并不能提供额外的通行能力,所以当通行能力成为瓶颈、交通拥堵开始形成时,该措施效果有限。(3)通行能力不足时,如果启用路肩行驶HSR,结合可变限速VSL,则将会大大减少拥堵产生几率,改善高峰期用户出行体验。本研究提供了一种崭新的方法,即结合HDM-4软件来研究智能高速公路速度流量特性并估算用户成本。对比传统的定性研究,本研究将数据分析与HDM-4分析相结合,将让结果更具说服力。尤其是对于M42局部路段的具体案例剖析,将有效验证本研究方法的可行性。故本研究方法可以拓展应用到其他各种智能高速公路的评估中,更可以对于今后国内智能高速公路建设运维的理论研究与实践,提供有力的工具支持。
【关键词】：智能高速公路 可变限速 路肩行驶 HDM-4 速度流量特性 用户成本
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U495
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-8
• ABSTRACT8-17
• 1 引言17-23
• 1.1 研究背景及意义17-18
• 1.2 研究内容、目标及工具18-21
• 1.2.1 研究内容18-19
• 1.2.2 研究目标19
• 1.2.3 研究工具19-21
• 1.3 研究范围及假设21-23
• 2 智能高速公路研究综述及简介23-37
• 2.1 智能高速公路主动管理策略综述23-27
• 2.2 主动交通管理策略研究现状27-28
• 2.3 高速公路交通流特性研究现状28-30
• 2.4 智能高速公路与普通高速公路的差异30-33
• 2.4.1 普通高速公路30-32
• 2.4.2 智能高速公路32-33
• 2.5 英国智能高速公路简介33-36
• 2.6 本章小结36-37
• 3 基于HDM-4的速度流量特性与用户成本研究方法37-53
• 3.1 研究思路37-38
• 3.2 研究对象38-40
• 3.3 效率指标40-47
• 3.3.1 速度流量特性指标40-42
• 3.3.2 HDM-4用户成本模型分析42-47
• 3.4 智能高速公路的选择与数据采集47-51
• 3.4.1 数据类型48
• 3.4.2 数据来源48-49
• 3.4.3 数据采集时间49-50
• 3.4.4 英国高速公路交通量增长率50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 4 智能高速公路速度流量特性分析53-71
• 4.1 可变限速VSL53-61
• 4.1.1 交通量54-57
• 4.1.2 平均出行时间与出行时间可靠度57-59
• 4.1.3 速度流量关系图59-61
• 4.2 路肩行驶HSR61-69
• 4.2.1 交通量62-64
• 4.2.2 平均出行时间与出行时间可靠度64-67
• 4.2.3 速度流量关系图67-69
• 4.3 本章小结69-71
• 5 HDM-4用户成本模型标定及计算结果分析71-93
• 5.1 VSL与HSR的建模思路71-73
• 5.1.1 可变限速VSL建模71-72
• 5.1.2 路肩行驶HSR建模72-73
• 5.2 HDM-4模型参数标定73-81
• 5.3 HDM-4分析结果81-86
• 5.3.1 用户成本分析81-84
• 5.3.2 车辆运营成本组成分析84-85
• 5.3.3 车辆平均运营速度分析85-86
• 5.3.4 油耗与排放分析86
• 5.4 分析结果对比86-88
• 5.4.1 平均出行时间87
• 5.4.2 油耗与排放87-88
• 5.4.3 通行能力88
• 5.5 VSL与HSR的适用范围88-90
• 5.6 HDM-4在研究中的限制因素与改进措施90-91
• 5.7 本章小结91-93
• 6 总结与展望93-97
• 6.1 论文创新点93
• 6.2 总结93-95
• 6.3 建议及展望95-97
• 参考文献97-101
• 附录A101-105
• 附录B105-119
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果119-123
• 学位论文数据集123

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本文编号：833617