高速公路特殊路段交通流仿真研究

李德才，储江伟*，何 萌，张国胜

(1.东北林业大学 交通学院，黑龙江哈尔滨 150040；2.交通运输部公路科学研究院 运输车辆运行安全技术交通行业重点实验室，北京 100088)

对于在高速公路上行驶的车辆，经常要使用监控系统来对其进行调查和测试。但是，监控系统适应控制系统的运行需要一定的时间，并且进行交通数据采集时收集的一些数据无法通过普通的实验测试方法，而且花费的成本较大。交通流仿真技术并不需要一个真正的交通系统，它经济方便，便于参与，可重复，特别是在对交通量发生显著变化的道路，例如高速公路等道路类型的研究时，能够详细地模拟高速公路交通流量的变化，更好地帮助我们理解交通流的物理过程，提供更准确的动态变化的可行性分析和技术支持，同时也为进行交通控制提供一个平台来进行直观地分析和决策[1-2]。

1 高速公路特殊路段交通流仿真数据调查

为了进行高速公路交通流仿真需要，将哈尔滨市绕城高速的松花江大桥路段中所截取的600 m作为仿真路段，如图1所示，采用此路段的交通调查数据作为相关交通仿真参数。

图1 哈尔滨绕城高速松花江路段平面图

1.1 公路基本情况

哈尔滨绕城高速公路(G1001)由东南段(东风至瓦盆窑)、西段(瓦盆窑至秦家)和东北段(秦家至东风)三部分组成，设计行车时速为120 km，全长为92 km。其建设规模为双向四车道、全封闭、全立交高速公路。该路最早投入建设的东南段(全长29.3 km)于1998年开工，2001年建成通车，经过11年的建设施工，东北段也于2009年10月交工通车，哈尔滨绕城高速公路实现了全线贯通。作为哈尔滨市乃至黑龙江省公路的中心枢纽，哈尔滨绕城高速公路通过10个互通区与京哈、绥满、黑大、同三等8条高速公路、8条一级路和19条城市快速干道相连，以哈尔滨为轴心，包括环城过境高速公路以及向长春、牡丹江、佳木斯、绥化、大庆五个方向辐射的“一环五射”高速公路体系已完全形成。实现过境车辆全环路通行，不再进入哈尔滨市区，每天可从市区疏导出近3万台车辆，对拉动黑龙江省经济发展、建立新型高效的物流系统起到至关重要的作用。

1.2 交通流情况

通行能力计算中大型车换算成小客车的车辆换算系数见表1[1]。

表1 高速公路的大型车换算系数

大型车包括中型与重型的载货汽车、拖挂车、通道式大型客车；小客车包括吉普车、摩托车和载重小于2 t的载货车以及座位数小于12个的面包车。根据表1，因为所取路段地势较平坦，所以大型车换算系数取1.7。

调查时间为2013年2月，分别挑选正常条件下(路面已清雪)和冰雪条件下(正在下雪或雪后未清雪)的交通调查，在时段9∶00～9∶20分别进行，室外温度零下20～25℃，每10 min调查一次。选取交通量较高的10 min测得的数据，经过换算后得到小时流率。

经整理后的交通调查数据见2和表3。在进行交通调查时用雷达测速仪测量车速，雷达测速仪配套的高速打印机可将测量结果和测量时间一起打印输出。经过统计整理，得出20 min内的驶过的车辆的平均车速为78.78 km/h(正常条件下)，72.67 km/h(冰雪条件下)。

表2 正常条件下哈尔滨绕城高速交通调查表

表3 冰雪条件下哈尔滨绕城高速交通调查表

表4 正常条件下出口匝道交通调查表

表5 冰雪条件下出口匝道交通调查表

表6 正常条件下入口匝道交通调查表

表7 冰雪条件下入口匝道交通调查表

2 建立交通流仿真模型

2.1 仿真软件

本次方针采用VISSIM 软件，它是一种微观、基于时间间隔和驾驶行为的仿真建模工具，用以建模分析各种交通条件下(车道设置、交通构成、交通信号、公交站点等)城市和公共交通的运行状况，是评价交通工程设计和城市规划方案的有效工具[3]。VISSIM采用的核心模型是德国Karlsruhe大学Wiedemann教授于1974年建立的生理—心理驾驶行为模型，其基本思路是当后面行驶的驾驶员自己认为前车到自己的距离小于其心理安全距离时，会相应的减速行驶。但是后车驾驶员没有办法准确无误地判断安全距离，则它会在一段时间内以低于前车的车速行驶，知道两车之间距离达到另一个心理安全距离时，后车会缓慢地加速行驶，这样周而复始的形成一个加速、减速的迭代过程[4-7]。

2.2 参数设置

行驶方向为从西南向东北的路段编号设为1，车道数设为3，车道宽度设为3.75 m，道路类型选择高速公路。同理，行驶方向为从东北向西南的路段编号设为2，车道数设为3，车道宽度设为3.75 m[8-11]。默认仿真时长为3 600 s，随着路面状况不同参数的设置也不同，具体的参数设置详见表8。

表8 不同路面状况的参数设置

路网评价的配置选择处于激活状态的车辆数、行程时间、平均车速。行程时间和路段评价中，时间设为0到3 600 s，时间间隔为360 s。路段评价中选择车速、仿真时间、交通流这三个参数。

2.3 交通流仿真结果

为了方便统计，仿真出入口匝道的路段设定长度450 m，该路段为两个路幅(从东北到西北方向和从西北到西南方向)，每个路幅都只有一个车道。从东北向西北方向的编号为1，从西北向西南方向的路幅编号为2。仿真过程完成后将生成文件，整理仿真结果见表9和10。

表10 冰雪条件下仿真结果

通过表1和表2对比发现：相同的出入口匝道在正常条件下和冰雪条件下的交通量相差不多；冰雪条件下的平均行程时间略高于正常条件下的平均行程时间；由雷达测速仪测出的平均车速都在50～60 km/h，正常条件下的平均车速略高于冰雪条件下的平均车速。

3 结束语

通过软件仿真的方法，以哈尔滨市绕城高速的松花江大桥路段的某一段特殊路段作为调查对象，进行实际调研。用雷达测速仪测出了在实验时间段内经过车辆的车速，并且分方向、分车型进行了交

通量统计。经计算后，平均车速都在50～60 km/h，正常条件下的平均车速略高于冰雪条件下的平均车速。用VISSIM软件仿真，从输出的数据中可以看出冰雪条件下的平均行程时间略高于正常条件下的平均行程时间。冰雪条件下的高速公路基本通行能力大幅降低。

【参 考 文 献】

[1]张亚平.道路通行能力理论[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007.

[2]任园园.冰雪条件下城市道路交通流特性及管理对策研究[D].长春：吉林大学，2008.

[3]范东涛，吴 可.对高速公路通行能力计算中大型车换算取值问题的探讨[J].华东公路，2004(1)：7-9.

[4]裴玉龙，张亚平.道路交通系统仿真[M].北京：人民交通出版社，2004.

[5]任三军.高速公路匝道局部感应调节研究[D].长春：吉林大学，2007.

[7]苗浩轩，王景成，胡 霆，等.基于VISSIM和Matlab的信号灯控制策略研究[J].微型电脑应用，2012，28(12)：5-7

[8]李 昂.交叉口行人二次过街方案及其对行人延误的影响[D].北京：北京交通大学，2011.

[9]周广林，孙耀杰，高 骞，等.基于VISSIM的交通控制仿真系统的研究[J].电子设计工程，2011，19(15)：19-22.

[10]何永明，丁柏群.冰雪条件下高速公路通行能力衰减仿真研究[J].森林工程，2012，28(2)：68-70.

[11]何永明，崔淑华.冰雪路面通行能力衰减仿真研究[J].交通标准化，2010(5)：39-41.