一种高速公路收费站车道数的计算方法技术

本发明专利技术涉及一种高速公路收费站车道数的计算方法，所述方法包括以下步骤：统计分析收费站每种车型采用不同收费方式的服务时间，根据服务时间分析，建立多元收费方式服务时间计算模型；建立基于VISSIM平台的收费站车辆通行与服务仿真模型，获取收费站实际车道数需求；根据收费站需求车道数和服务时间，利用排队理论计算修正设计小时交通量；将修正设计小时交通量和实际设计小时交通量做回归拟合，得到交通量换算模型；选取典型收费站进行车道数计算验证。本发明专利技术提出的收费站车道数计算方法，为交通部门新建和改造收费站设计收费站车道数提供支持。

【技术实现步骤摘要】
一种高速公路收费站车道数的计算方法
本专利技术涉及一种收费站设计领域，尤其涉及一种高速公路收费站车道数的计算方法。
技术介绍
近年来，随着交通事业快速发展，汽车保有量不断增加，高速公路收费站的拥堵时常发生，部分收费站由于设计收费站车道数过多造成车道闲置和资源浪费的问题，因此，合理设计收费站车道数尤为重要。计算车道数有经验法、车道通行能力计算法和基于排队理论的方法等，其中用排队理论计算车道数是最为适宜的方法，利用该理论绘制车道数计算表，根据收费站车道的综合服务时间和设计小时交通量，从表中选取车道数。我国进行车道数计算参考依据2007年发布的《收费公路联网技术要求》，要求中提供了车道数计算表，但是对服务时间和交通量的确定方法不能满足实际需求，主要表现为：要求中仅提供了出口人工现金和入口人工发卡服务时间的经验取值，但是针对目前多元收费方式，诸如微信、支付宝支付和刷卡支付，每种方式的服务时间分布均不同，所以服务时间按经验值选取并不合适；另外，要求中提供了货车按照定比例进行交通量换算的公式，但根据实测换算结果通常不准确。所以，现有车道数计算方法不能满足实际需求。因此，为了保证收费站车的通行效率，需要合理设计收费站车道数，解决因车道数设置不合理带来的交通拥堵和资源浪费等问题，急需提出一种新的计算方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速公路收费站车道数的计算方法，能够实现对收费站车道数的准确计算，解决因车道数设计不合理带来的交通拥堵和资源浪费等问题。本专利技术提供一种高速公路收费站车道数的计算方法，包括如下步骤：统计分析高速公路收费站多元收费方式及其服务时间分布，根据统计分析建立多元收费方式的服务时间计算模型；利用VISSIM软件，建立收费站车辆通行与服务仿真模型，将收费站实际交通量数据、服务时间数据及车型和用户使用比例数据等作为模型输入，根据模型输出的车道平均排队长度，确定收费站实际需求的车道数量；建立基于排队理论的修正交通量计算模型，确定模型输入参数，计算收费站修正交通量；采用多项式回归对修正交通量和实际交通量做回归拟合，获得交通量换算模型；根据所述服务时间计算模型和交通量换算模型，结合车道数计算表计算收费站车道数。进一步，所述分析高速公路收费多元化收费方式，包括：收费站出口包括现金收费、移动收费(微信、支付宝支付)和刷卡收费(高速公路收费站持ETC卡的货车行驶人工收费车道)的服务时间；收费站入口包括采用人工发卡和刷卡进站(高速公路收费站持ETC卡的货车行驶人工收费车道进入收费站)的服务时间。进一步，所述建立多元收费方式的服务时间计算模型，包括：服务时间是指车辆进入收费站开始领卡或缴费直到领卡或缴费完成所经过的时间，每种不同的领卡和缴费方式的服务时间具有分布差异性，建立多元收费方式的服务时间计算模型，包括出口和入口两个方向。进一步，所述服务时间计算模型，针对出口方向，包括：其中：tck为收费站出口服务时间；n为车型种类数；lxj为采用现金收费用户比例；lyd为采用移动收费用户比例；lsk采用刷卡收费用户比例；txji(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用现金收费的服务时间；pxji(i＝1,2,...,n)为采用现金收费第i种车型占比；tydi(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用移动收费的服务时间；pydi(i＝1,2,...,n)为采用移动收费第i种车型占比；tski(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用刷卡收费的服务时间；pski(i＝1,2,...,n)为采用刷卡收费第i种车型占比。进一步，所述服务时间计算模型，针对入口方向，包括：其中：trk为收费站入口服务时间；n为车型种类数；lzd为自动发卡用户比例；lrg为人工发卡用户比例；lsk为刷卡进站用户比例；tzdi(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用自动发卡的服务时间；pzdi(i＝1,2,...,n)为采用自动发卡第i种车型占比；trgi(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用人工发卡的服务时间；prgi(i＝1,2,...,n)为采用人工发卡第i种车型占比；tski(i＝1,2,...,n)为第i种车型采用刷卡进站的服务时间；pski(i＝1,2,...,n)为刷卡进站第i种车型占比。进一步，所述收费站车辆通行与服务仿真模型，包括：利用VISSIM软件，基于实际数据对收费站仿真建模，通过利用CAD软件设计收费站仿真底图、在底图设计布置路网、设计车辆生成模块、设计车辆行驶模块、设计收费服务模块、设计路径决策模块、设置仿真参数。该仿真模型可模拟不同车流量不同车型的交通流，以一定速度分布驶入和驶出收费站，并且在收费站模拟采用不同收费方式的不同车型停车收费和领卡的过程，车辆在收费站停靠一段时间后可实现加速驶离的功能。该仿真模型可模拟收费站车辆通行和服务的整个过程。进一步，所述将收费站实际数据作为模型输入，包括：收费站实际交通量数据、服务时间数据及车型和用户使用比例数据；收费站实际交通量数据包括：收费站年交通量，高峰小时交通量；服务时间数据包括：收费站出入口采用不同领卡和缴费方式的不同车型的服务时间；车型和用户使用比例数据：不同车型的车型比例和每种收费方式的使用比例。进一步，所述模型输出参数，确定收费站实际车道数需求，包括：输出参数采用仿真模型输出参量，包括：车道平均排队长度L(m)，按照下式确定实际车道数需求：L为仿真输出排队长度(m)，j为仿真次数，W为设定阈值，W＝6m。将满足上式所对应的车道数，设定为实际需求车道数。进一步，所述建立基于排队理论的修正交通量计算模型，确定模型输入参数计算修正交通量，包括：排队理论是研究系统随机服务过程的数学理论和方法，可描述高速公路收费站的车辆服务过程，根据排队理论的单路排队多通道模型建立修正交通量的计算模型，其中：系统服务强度ρ＝λ/μ；交通强度γ＝ρ/sxz；队列中平均等待车辆数q＝n-ρ(辆)；每一通道的等待车辆数m＝q/sxz(辆)；车辆在系统中平均耗时d＝q/λ+1/μ(秒)；车辆在队列中平均耗时w＝q/λ(秒)；系统中没有车辆的概率：系统中平均等待车辆数(辆)进一步，确定模型输入参数，包括：根据前述服务时间计算模型，计算收费站综合服务时间，再结合各收费站实际需求车道数量，构成修正交通量的计算模型输入。进一步，计算修正设计小时交通量，包括：根据模型输入参数和上述各式，可计算修正设计小时交通量。包括出入口两个方向，即DHVXZ＝{DHVXZ-ck,DHVXZ-rk}。其中出口方向修正小时交通量，公式为：入口方向修正小时交通量，公式为：其中，DHVXZ-ck为出口方向的修正小时交通量，DHVXZ-rk为入口方向的修正小时交通量。进一步，所述对修正交通量和实际交通量做回归拟合，获得交通量换算模型，包括：将上述实际设计小时交通量和修正设计小时交通量，结合中大型车占比，建立回归模型，表达式如下：DHVXZ＝DHV×f(u)进一步，所述采用多项式回归建立交通量换算模型，包括：采用二次多项式回归构建模型，表达式如下：DHVXZ＝DHV×(4.58u2-5.69u+3.06)模型中自变量和因变量之间存在着很强的相关关系(R2＝0.8934)，其中sig＝5.4896E-12<0.05，模型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高速公路收费站车道数的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：统计分析高速公路收费站多元收费方式及其服务时间分布，根据统计分析，建立多元收费方式的收费站出入口服务时间计算模型；建立收费站车辆通行与服务仿真模型，将收费站实际交通量数据、服务时间数据及车型和用户使用比例数据等作为模型输入，根据模型输出的车道平均排队长度，确定收费站实际需求的车道数量；建立基于排队理论的修正交通量计算模型，确定模型输入参数，计算收费站修正交通量；对修正交通量和实际交通量做回归拟合，获得交通量换算模型；根据所述服务时间计算模型和交通量换算模型，结合车道数计算表计算收费站车道数。

【技术特征摘要】
1.一种高速公路收费站车道数的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：统计分析高速公路收费站多元收费方式及其服务时间分布，根据统计分析，建立多元收费方式的收费站出入口服务时间计算模型；建立收费站车辆通行与服务仿真模型，将收费站实际交通量数据、服务时间数据及车型和用户使用比例数据等作为模型输入，根据模型输出的车道平均排队长度，确定收费站实际需求的车道数量；建立基于排队理论的修正交通量计算模型，确定模型输入参数，计算收费站修正交通量；对修正交通量和实际交通量做回归拟合，获得交通量换算模型；根据所述服务时间计算模型和交通量换算模型，结合车道数计算表计算收费站车道数。2.根据权利要求1所述的一种高速公路收费站车道数的计算方法，其特征在于，多元收费方式及其服务时间，包括：服务时间指车辆进入收费站开始领卡或缴费直到领卡或缴费完成所经过的时间，每种不同的领卡和缴费方式的服务时间具有分布差异性，其中收费站出口包括现金收费、移动收费(微信、支付宝支付)和刷卡收费(高速公路收费站持ETC卡的货车行驶人工收费车道)的服务时间；收费站入口包括采用人工发卡和刷卡进站(高速公路收费站持ETC卡的货车行驶人工收费车道进入收费站)的服务时间。3.根据权利要求1所述的一种高速公路收费站车道数的计算方法，其特征在于，建立多元收费方式的收费站出入口服务时间计算模型，包括：出口服务时间计算模型和入口服务时间计算模型。4.根据权利要求1所述的一种高速公路收费站车道数的计算方法，特征在于，建立收费站车辆通行与服务仿真模型，包括：仿真底图的绘制、路网设计、车辆生成模块设计、车辆行驶模块设计、收费服务模...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，赵建东，朱季萍，梅拥军，王鹏，吴建军，孙会君，王永强，崔兰，段飞飞，张晨铃，胡雅雯，禹长青，
申请(专利权)人：山西省交通规划勘察设计院有限公司，北京交通大学，
类型：发明
国别省市：山西,14