基于paramics的高速公路交通管控方案仿真評(píng)價(jià)

0交通運(yùn)行管控方案仿真隨著高速公路網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的日益完善和私家車(chē)數(shù)量的增加，選擇高速公路的車(chē)輛也顯著增加，高速公路交通量的顯著增加給交通執(zhí)法和安全管理帶來(lái)了壓力。在休息日和避暑期，高速公路擁堵已成為一個(gè)正常問(wèn)題。一些互聯(lián)節(jié)點(diǎn)的擁堵范圍過(guò)大。如何使用合理的控制方法來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的可及性交通能力是必須解決的重要問(wèn)題。目前，高速公路交通管理部門(mén)主要依靠交通管理機(jī)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)來(lái)評(píng)估和實(shí)施應(yīng)急措施。然而，高速公路網(wǎng)交通流的運(yùn)營(yíng)特點(diǎn)是復(fù)雜的，不同事件的影響和時(shí)空范圍不同，采取的控制措施和條件也不同。因此，在不同的場(chǎng)景下，需要科學(xué)評(píng)價(jià)不同場(chǎng)景的交通控制方案，分析高速公路交通流的擁堵機(jī)制，并選擇最合適的控制方案。在不同的情況下，高速公路的大多數(shù)司機(jī)將快速離開(kāi)，以確保高速公路的快速交通。相關(guān)學(xué)者基于城市交通仿真對(duì)局部某區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)的特征影響和交通流的擁堵機(jī)理開(kāi)展了大量研究，相較于城市交通的開(kāi)放性，高速公路具有相對(duì)封閉性，但交通流特性不同于城市交通．部分學(xué)者在此領(lǐng)域開(kāi)展了一些研究，如:徐建閩等為摸清高速公路交通運(yùn)行特征，本文采用微觀仿真的方法，以區(qū)域高速公路網(wǎng)為研究對(duì)象建立基于PARAMICS的高速公路交通仿真模型，結(jié)合實(shí)際交通運(yùn)行管控情況設(shè)計(jì)管控預(yù)案，對(duì)大流量、惡劣天氣和交通事件等3種易發(fā)擁堵場(chǎng)景進(jìn)行仿真，對(duì)多管控方案進(jìn)行評(píng)價(jià)優(yōu)選最佳管控方案，為高速公路在不同事件下采取科學(xué)管制、分流疏導(dǎo)措施、選擇最優(yōu)分流管控措施，指導(dǎo)路網(wǎng)指揮調(diào)度及提高公眾服務(wù)水平提供決策支撐．1模擬模型的構(gòu)建1.1區(qū)域路網(wǎng)特征分析為反映不同仿真方案下對(duì)駕駛行為路徑誘導(dǎo)效果，以重慶至南川區(qū)域高速公路為研究對(duì)象，區(qū)域內(nèi)共有8條高速公路，總里程約200km，區(qū)域內(nèi)高速公路特征如表1所示:研究路網(wǎng)共包括39個(gè)互通立交、7個(gè)隧道，如圖1所示．1.2仿真情景吻合PARAMICS是一款基于微觀的仿真軟件，能以O(shè)D數(shù)據(jù)為基本輸入實(shí)現(xiàn)多路徑動(dòng)態(tài)微觀仿真，能模擬突發(fā)惡劣天氣、突發(fā)事件、大流量、速度管控等不同情景的仿真模型．為了與真實(shí)的仿真情景吻合，仿真路網(wǎng)在構(gòu)建時(shí)按照1∶1的仿真比例進(jìn)行建模，首先以衛(wèi)星地圖為背景對(duì)每一個(gè)路段、互通和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行描述，在此基礎(chǔ)上基于PARAMICS模型中對(duì)路網(wǎng)文件的構(gòu)造原理，將繪制的CAD文件轉(zhuǎn)化為GIS文件后輸入到模型中，對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行修正和細(xì)化，按照路網(wǎng)的車(chē)道屬性、通行能力、車(chē)速、車(chē)型等對(duì)區(qū)域內(nèi)的高速公路網(wǎng)和39個(gè)互通進(jìn)行了車(chē)道級(jí)建模，并根據(jù)路網(wǎng)收費(fèi)站流量輸入點(diǎn)，劃分為39個(gè)小區(qū)，如圖2所示．在構(gòu)建了基礎(chǔ)路網(wǎng)以后，對(duì)PARAMICS仿真模型的基本仿真參數(shù)進(jìn)行了設(shè)置，包括加減速行為、變道行為、車(chē)頭時(shí)距等．1.3od反推技術(shù)應(yīng)用仿真路網(wǎng)的OD獲取是重要基礎(chǔ)輸入數(shù)據(jù)，研究基于重慶市高速公路網(wǎng)的收費(fèi)數(shù)據(jù)，首先獲得全市所有收費(fèi)站間的OD表，通過(guò)TRANSCAD交通流量分配獲取全路網(wǎng)各路段的段面流量，然后基于路段流量采用OD反推技術(shù)獲得研究區(qū)域的39個(gè)小區(qū)OD．其技術(shù)路線如圖3所示．2模擬分析大流量場(chǎng)景2.1情景設(shè)置和管控方案為了模擬大流量情景下的擁堵情況和評(píng)價(jià)不同方案的管控效果，對(duì)構(gòu)建的基本仿真模型進(jìn)行仿真后，通過(guò)斷面流量對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，并不斷修正仿真參數(shù)，直到仿真模型與實(shí)際輸出結(jié)果吻合后，進(jìn)行不同方案仿真評(píng)價(jià)．將大流量基本情景設(shè)置為區(qū)域內(nèi)高速公路某路段入城方向主線車(chē)流量大、路段發(fā)生擁堵，持續(xù)時(shí)間約2h．對(duì)基本情景擁堵情況進(jìn)行分析后，提出如下4種交通管控方案，見(jiàn)表2.對(duì)4種管控方案進(jìn)行仿真分析，如圖4所示．2.2仿真結(jié)果分析從最優(yōu)管控條件與管控方案的角度出發(fā)，選取平均車(chē)速、平均行程時(shí)間、總延誤時(shí)間、最大排隊(duì)長(zhǎng)度作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)仿真路網(wǎng)實(shí)施管控措施前后路網(wǎng)擁堵改善情況進(jìn)行分析，如圖5所示．基本情景下平均車(chē)速為86.5km/h，實(shí)施管控方案后，全路網(wǎng)平均車(chē)速均有一定程度的降低，其中方案1對(duì)平均車(chē)速的影響最大，平均車(chē)速下降了2.7km/h．方案2、方案3和方案4對(duì)平均車(chē)速的影響較小，分別降低了1.2、0.7、0.4km/h．基本情景下仿真路網(wǎng)中的平均行程時(shí)間為21.5min，管控方案實(shí)施后全路網(wǎng)均會(huì)增加平均行程時(shí)間，其中方案1的影響最大，平均行程時(shí)間增加了2.6min．方案2、方案3和方案4的影響較小，分別增加了1.7、1.5、1.2min．基本場(chǎng)景下?lián)矶虑闆r較嚴(yán)重，總延誤時(shí)間為106min，管控方案實(shí)施后，總延誤時(shí)間均有一定的降低，分別降低了9、24、31、43min．基本情景下，仿真路網(wǎng)中最大排隊(duì)長(zhǎng)度達(dá)到了2.7km，最大排隊(duì)長(zhǎng)度分別下降了6914、12209、23209、26880m，說(shuō)明在大流量基本情景下，綜合關(guān)鍵互通節(jié)點(diǎn)分流和上游收費(fèi)站管控方案的效果，優(yōu)于對(duì)上游收費(fèi)站車(chē)輛進(jìn)行管制的方法．由以上分析可得出如下結(jié)論:1)從路網(wǎng)的運(yùn)行效率來(lái)看，實(shí)施交通管控會(huì)降低路網(wǎng)的平均車(chē)速、增加路網(wǎng)的延誤時(shí)間，對(duì)局部大流量交通擁堵的管控應(yīng)謹(jǐn)慎實(shí)施;2)從交通管控方案的優(yōu)劣分析，上游收費(fèi)站管制結(jié)合關(guān)鍵互通誘導(dǎo)分流的管控效果優(yōu)于僅對(duì)上游收費(fèi)站進(jìn)行車(chē)輛管制的效果，對(duì)上游多個(gè)關(guān)鍵互通誘導(dǎo)分流效果優(yōu)于對(duì)上游單個(gè)關(guān)鍵互通，在實(shí)際操作過(guò)程中，應(yīng)綜合考慮排隊(duì)長(zhǎng)度的減少量、排隊(duì)長(zhǎng)度的忍受度以及繞行距離等因素．3模擬分析突發(fā)性事件的場(chǎng)景3.1仿真管控方案為了模擬突發(fā)事件情景下交通管控的效果，以區(qū)域內(nèi)某特長(zhǎng)隧道某車(chē)輛突發(fā)交通事故占用一車(chē)道為例進(jìn)行分析，在仿真模型中模擬交通事件占道后通過(guò)仿真發(fā)現(xiàn)路網(wǎng)交通發(fā)生了嚴(yán)重?fù)矶拢岢鲆韵?種管控方案:(1)對(duì)上游臨近的收費(fèi)站進(jìn)入隧道方向的車(chē)流進(jìn)行管制，并在樞紐互通發(fā)布交通誘導(dǎo)分流信息，相關(guān)車(chē)輛繞行至其他互通進(jìn)入;(2)在上游遠(yuǎn)端樞紐互通和近端的樞紐互通同時(shí)進(jìn)行誘導(dǎo)分流，如圖6所示．對(duì)管控前后的仿真車(chē)流量進(jìn)行對(duì)比分析如圖7所示．3.2方案2下我國(guó)高速列車(chē)行程時(shí)間和行程時(shí)間以及最大排選取路網(wǎng)的平均車(chē)速、平均行程時(shí)間、總延誤時(shí)間和最大排隊(duì)長(zhǎng)度4個(gè)指標(biāo)對(duì)管控方案前后的結(jié)果進(jìn)行分析，如圖8所示．在實(shí)施交通管控方案后，全路網(wǎng)的平均車(chē)速均提高，方案2的平均車(chē)速要高于方案1，平均行程時(shí)間、總延誤時(shí)間和最大排隊(duì)長(zhǎng)度均有所下降，方案2的總延誤時(shí)間和最大排隊(duì)長(zhǎng)度均低于方案1，但在平均行程時(shí)間上，方案1的行程時(shí)間低于方案2，這是由于實(shí)施誘導(dǎo)分流后，增加了車(chē)輛的行程時(shí)間，但從總體效果來(lái)看，方案2要優(yōu)于方案1．由以上分析可得出如下結(jié)論:當(dāng)發(fā)生突發(fā)事件占道時(shí)，為保證高速公路正常通行，應(yīng)優(yōu)先實(shí)施遠(yuǎn)端分流的管制策略，從源頭減少車(chē)流量;對(duì)于占道時(shí)間較長(zhǎng)的再采取近端收費(fèi)站限流的措施．4惡劣天氣情景仿真為了探討在惡劣天氣情況下高速公路交通流的運(yùn)行機(jī)理，以及對(duì)行車(chē)延誤、安全方面的影響．基本情景設(shè)置為區(qū)域路網(wǎng)天氣正常通行，對(duì)比方案設(shè)置為區(qū)域內(nèi)路網(wǎng)發(fā)生大雨、大霧天氣．對(duì)模型進(jìn)行仿真后，結(jié)果分析如圖9所示．在基本情景下仿真路網(wǎng)的平均車(chē)速為86.5km/h．當(dāng)仿真路網(wǎng)發(fā)生惡劣天氣條件后，平均車(chē)速下降了3.1km/h．基本情景下平均行程時(shí)間為21.6min，惡劣天氣發(fā)生后，仿真路網(wǎng)中的平均行程時(shí)間增加了2.8min．說(shuō)明惡劣天氣條件下，對(duì)平均行程時(shí)間造成了影響．進(jìn)一步分析時(shí)間平均車(chē)速的變化如圖10所示．在對(duì)仿真路網(wǎng)添加惡劣天氣條件后，路網(wǎng)經(jīng)過(guò)仿真預(yù)熱后車(chē)速達(dá)到最大值86.7km/h，之后開(kāi)始逐漸下降，最后速度變?yōu)?6.8km/h，車(chē)速下降了9.9km/h，說(shuō)明隨著惡劣天氣的影響，對(duì)路網(wǎng)車(chē)流的車(chē)速影響較大．針對(duì)惡劣天氣情景后，可得到如下結(jié)論:惡劣天氣情景下，會(huì)造成仿真路網(wǎng)中平均車(chē)速的降低，平均行程時(shí)間的增加，管理部門(mén)應(yīng)加強(qiáng)惡劣天氣下重點(diǎn)路段的引導(dǎo)、管理、安全措施．5仿真結(jié)果分析本文利用高速公收費(fèi)數(shù)據(jù)，以區(qū)域高速公路交通管控為應(yīng)用場(chǎng)景，建立了基于PARAMICS的仿真模型，對(duì)高速公路大流量、惡劣天氣和突發(fā)事件3種情景進(jìn)行了多管控方案的模擬仿真評(píng)價(jià)，結(jié)果表明:大流量和突發(fā)事件下為盡快疏導(dǎo)交通，采取交通管控方案能提高路網(wǎng)的整體運(yùn)行效率