基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法技术

本发明专利技术涉及道路工程经济领域，尤其涉及一种基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法。本发明专利技术的基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法首先考虑交通量和交通组成因素建立改扩建道路车辆运行模型，然后将改扩建道路车辆运行模型输入SSAM交通安全软件计算得到各年份改扩建时机决策评价指标及改扩建时机决策评价指标阈值，通过建立改扩建时机决策模型得到改扩建时机。本发明专利技术能够更全面评价反应高速公路的运行状况，确定的改扩建时机能够更有效提高交通安全和效率。率。率。

【技术实现步骤摘要】
基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法


[0001]本专利技术涉及道路工程经济领域，尤其涉及一种基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法。

技术介绍

[0002]高速公路改扩建时机选择对社会经济有重要影响，改扩建时机超前，经济合理性不佳；改扩建时机滞后，错过最佳改扩建时机，阻碍社会经济发展。因此，需要确定合理有效的高速公路改扩建时机决策方法。
[0003]目前，高速公路改扩建时机决策的方法主要从评价指标的确定和评价指标阈值的确定两个方面。针对高速公路改扩建时机决策的评价指标主要有服务水平法和货车比例法两种，《公路工程技术标准》(JTG B01
‑
2014)与《高速公路改扩建设计细则》(JTG/T L11
‑
2014)，主要从服务水平(饱和度)阈值的角度对改扩建时机进行了规定。部分研究将服务水平作为控制条件，通过预测未来年服务水平，采用触发点机制确定改扩建时机；或考虑客货混行情况对高速公路通行质量的影响，以货车比例作为改扩建时机确定的控制指标。
[0004]服务水平法与货车比例法分别以饱和度与货车比例为评价指标确定改扩建时机，这两个指标虽能够一定程度上反映道路的通行质量，但不够全面。

技术实现思路

[0005]为了克服以上问题，本专利技术的目的是提供一种基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法，能够更全面评价反应高速公路的运行状况，确定的改扩建时机能够更有效提高交通安全和效率。
[0006]为实现上述目的，本专利技术所设计的基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法，包括步骤：
[0007](1)建立改扩建道路车辆运行模型：
[0008]基于VISSIM微观仿真软件，输入交通量和交通组成因素获得改扩建道路车辆运行模型；
[0009](2)确定改扩建时机决策评价指标：严重交通冲突率、速度损失率和相对通行效率；
[0010](3)计算改扩建时机决策评价指标：
[0011]基于SSAM交通安全软件，输入改扩建道路车辆运行模型计算各年份改扩建时机决策评价指标及改扩建时机决策评价指标阈值；
[0012](4)建立改扩建时机决策模型；
[0013]建立改扩建时机决策模型并将各年份改扩建时机决策评价指标和改扩建时机决策评价指标阈值输入改扩建时机决策模型，得到改扩建时机。
[0014]作为优选方案，所述步骤(1)中改扩建道路车辆运行模型的具体建立方法为：
[0015](1.1)设定改扩建道路车辆运行模型的两个影响因素：交通量和
[0016]交通组成；
[0017](1.2)采用高峰小时交通量表征交通量因素，计算式为式(1)
[0018]PHV1＝AADT
×
PHF
×
D (1)
[0019]式中：PHV1为实际道路及交通条件下的单向高峰小时服务交通量，pcu/h；AADT为实际道路及交通条件下的年平均日交通量，pcu/d；PHF为高峰小时系数；D为方向不均匀系数；
[0020](1.3)采用交通流中不同类型车辆所占的比例来表征交通组成因素，计算式为式(2)：
[0021][0022]式中：R
i
为车型i所占比例；Q
i
为路段中各车型交通量，pcu/h；Q为路段中全部车型交通量，pcu/h；i为车辆的类型数；
[0023](1.4)基于VISSIM微观仿真软件，输入交通量和交通组成因素，获得改扩建道路仿真模型。
[0024]作为优选方案，所述步骤(3)的具体过程为：
[0025](3.1)严重交通冲突率指标的计算：
[0026][0027]式中：R
S
为严重交通冲突率，次/pcu
·
km；N
TC
为1小时内严重交通冲突数，次/h；Q为路段的小时交通量，pcu/h；L为路段长度，km；
[0028](3.2)速度损失率指标的计算：
[0029][0030]式中：R
V
为速度损失率，％；V
设
为高速公路的设计速度，km/h；V
运
为高速公路的平均运行速度，km/h；
[0031](3.3)相对通行效率指标的计算：
[0032][0033]式中：E为相对通行效率；q
i
为实际交通状况下的车型i的通过数，辆；e
i
为车型i的车辆折算系数，车型划分及折算系数见《标准》；v
i
为实际交通状况下车型i平均速度，km/h；t为时间间隔，取1h；q
c
为理想状况下的标准车辆通过数，辆；v
c
为理想交通状况下小客车的平均速度，km/h。
[0034](3.4)改扩建评价指标阈值的计算：
[0035]设定改扩建指标与时间服从线性回归，其中回归系数在时间T＝T0处存在突变，则T0为一个回归变点，变点T0对应的指标值即为改扩建评价指标阈值。
[0036]作为优选方案，所述步骤(3.4)改扩建评价指标阈值的计算过程为：
[0037](3.4a)建立改扩建评价指标阈值确定模型：
[0038][0039]式中：Y为改扩建时机决策评价指标；α1，α2，β1β2为回归系数；T为评价年份，年；T0为回归变点对应时间，年；
[0040]约束方程为式(7)：
[0041]α1+β1T0＝α2+β2T0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0042]为使各评价指标真实值与拟合值的误差平方和最小，应用最小二乘法构建的目标函数为式(8)；
[0043][0044]式中：M(T)为目标函数；T
q
为小于T0的最大整数，T
m
为以基准年算起的第m年；
[0045](3.4b)基于改扩建评价指标阈值确定模型分别绘制严重交通冲突率R
S
‑
年份T、速度损失率R
v
‑
年份T和相对通行效率E
‑
年份T的线性曲线；
[0046]从严重交通冲突率R
S
‑
年份T线性曲线中确定回归系数在时间T＝T0处存在突变，则T0为一个回归变点，变点T0对应的严重交通冲突率即为严重交通冲突率阈值；
[0047]从速度损失率R
v
‑
年份T线性曲线中确定回归系数在时间T＝T0处存在突变，则T0为一个回归变点，变点T0对应的速度损失率即为速度损失率阈值；
[0048]从相对通行效率E
‑
年份T线性曲线中确定回归系数在时间T＝T0处存在突变，则T0为一个回归变点，变点T0对应的相对通行效率即为相对通行效率阈值。
[0049]作为优选方案，所述步骤(4)为：
[0050](4.1)改扩建时机决本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法，其特征在于，包括步骤：(1)建立改扩建道路车辆运行模型：基于VISSIM微观仿真软件，输入交通量和交通组成因素获得改扩建道路车辆运行模型；(2)确定改扩建时机决策评价指标：严重交通冲突率、速度损失率和相对通行效率；(3)计算改扩建时机决策评价指标：基于SSAM交通安全软件，输入改扩建道路车辆运行模型计算各年份改扩建时机决策评价指标及改扩建时机决策评价指标阈值；(4)建立改扩建时机决策模型；建立改扩建时机决策模型并将各年份改扩建时机决策评价指标和改扩建时机决策评价指标阈值输入改扩建时机决策模型，得到改扩建时机。2.根据权利要求1所述的基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法，其特征在于：所述步骤(1)中改扩建道路车辆运行模型的具体建立方法为：(1.1)设定改扩建道路车辆运行模型的两个影响因素：交通量和交通组成；(1.2)采用高峰小时交通量表征交通量因素，计算式为式(1)PHV1＝AADT
×
PHF
×
D (1)式中：PHV1为实际道路及交通条件下的单向高峰小时服务交通量，pcu/h；AADT为实际道路及交通条件下的年平均日交通量，pcu/d；PHF为高峰小时系数；D为方向不均匀系数；(1.3)采用交通流中不同类型车辆所占的比例来表征交通组成因素，计算式为式(2)：式中：R
i
为车型i所占比例；Q
i
为路段中各车型交通量，pcu/h；Q为路段中全部车型交通量，pcu/h；i为车辆的类型数；(1.4)基于VISSIM微观仿真软件和SSAM交通安全软件，输入交通量和交通组成因素，获得改扩建道路仿真模型。3.根据权利要求1所述的基于安全与效率状态变点的高速公路改扩建时机决策方法，其特征在于：所述步骤(3)的具体过程为：(3.1)严重交通冲突率指标的计算：式中：R
S
为严重交通冲突率，次/pcu
·
km；N
TC
为1小时内严重交通冲突数，次/h；Q为路段的小时交通量，pcu/h；L为路段长度，km；(3.2)速度损失率指标的计算：式中：R
V
为速度损失率，％；V
设
为高速公路的设计速度，km/h；V
运
为高速公路的平均运行速度，km/h；
(3.3)相对通行效率指标的计算：式中：E为相对通行效率；q
i
为实际交通状况下的车型i的通过数，辆；e
i
为车型i的车辆折算系数，车型划分及折算系数见《标准》；v
i
为实际交通状况下车型i平均速度，km/h；t为时间间隔，取1h；q
c
为理想状况下的标准车辆...

【专利技术属性】
技术研发人员：王红，孙伟民，王付鹏，朱顺应，王祎旸，陈秋成，吴景安，庄稼丰，杨明，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：