交叉口高峰時(shí)段右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間可靠性研究(錄用修改稿)

1、交叉口高峰時(shí)段右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間可靠性研究李巧茹1，2，高玲玲1，2，陳亮1，2，王朋1，2（1 河北工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院 天津 300401，2河北省土木工程技術(shù)研究中心 天津 300401）摘要：早高峰時(shí)段對(duì)右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)十字交叉口的時(shí)間進(jìn)行連續(xù)2小時(shí)的觀測(cè)，對(duì)獲得的樣本數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法進(jìn)行分析，得出樣本基本符合正態(tài)分布的一般假設(shè)，運(yùn)用檢驗(yàn)對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)，得到其符合正態(tài)分布的一般規(guī)律?；谏鲜龇植家?guī)律，通過(guò)提出的交叉口的右轉(zhuǎn)通行時(shí)間修正系數(shù)，對(duì)路段行程時(shí)間可靠性模型進(jìn)行改進(jìn)，得到適用于十字交叉口處右轉(zhuǎn)車(chē)的通行時(shí)間可靠性評(píng)價(jià)模型。該模型考慮到了未設(shè)專(zhuān)用右轉(zhuǎn)信號(hào)燈的交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)行車(chē)環(huán)境的特

2、殊性，為研究整條路徑的通行時(shí)間可靠性奠定基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：右轉(zhuǎn)車(chē)輛；通行時(shí)間可靠性；檢驗(yàn)；右轉(zhuǎn)修正系數(shù)；正態(tài)分布中圖分類(lèi)號(hào)：U491 Study on Through Time Reliability of Right-turning Vehicles at the Crossing Intersection in the Traffic Peak Period LI Qiaoru1，2, GAO Lingling1，2, CHEN Liang1，2, WANG Peng1，2 (1 College of Civil Engineering, Hebei University of Technol

3、ogy, Tianjin, 300401，2 Civil Engineering Technology Research Center of Hebei Province, Tianjin, 300401)Abstract: The through time of right turning traffic at a crossing intersection are investigated for 2 hours on a single day. The distribution of the data samples are assumed to conform to normal di

4、stribution. With the method of Pearson test, the above assumption can be proved. Based on the above conclusion, with the proposed concept of modified coefficient of right-turning vehicles, the model of travel time reliability used in the section had been improved. The new model can be used to evalua

5、te the through time reliability of the right-turning vehicles at the crossing intersection. This model is suitable for the special environment of the crossing intersection which have not special right-turning signal lamp. The results of this study will be the essential part of the travel time reliab

6、ility of the whole route. Key words: right-turning vehicles; through time reliability; Pearson test; modified coefficient of right-turning vehicles; normal distribution引言可靠性的概念是指系統(tǒng)在規(guī)定條件下完成預(yù)定功能的能力1。國(guó)外對(duì)路網(wǎng)可靠性的研究始于上世紀(jì)八十年代，最早由日本的Mine和Kawai在1982年提出了連通可靠性的概念2，連通可靠性即在整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)中，兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間保持暢通的概率。在這一概念廣泛應(yīng)用于交通系統(tǒng)的今天，

7、路網(wǎng)的連通可靠性、容量可靠性以及出行時(shí)間可靠性的研究已經(jīng)得到了廣泛重視和應(yīng)用3?？煽啃缘睦碚撘呀?jīng)被廣泛應(yīng)用于交通分配、組織、管理過(guò)程中。就三種可靠性概念而言，出行時(shí)間可靠性是衡量路網(wǎng)運(yùn)行效率的有效指標(biāo)之一，Asakura 和Kashiwadani運(yùn)用出行時(shí)間波動(dòng)來(lái)評(píng)價(jià)路網(wǎng)的可靠性，于1991年提出了出行時(shí)間可靠性的概念1。而縮短出行者的行程時(shí)間，減少行程時(shí)間的波動(dòng)，提高交通參與者的出行效率和可靠性也隨之成為交通工程學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)于出行時(shí)間可靠性的研究模型主要考慮了路段出行時(shí)間，即僅依靠路段出行時(shí)間可靠性進(jìn)行簡(jiǎn)單相乘和相加得到整個(gè)路徑乃至路網(wǎng)的出行時(shí)間可靠性4。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)對(duì)路段

8、出行時(shí)間的研究，得出這一時(shí)間附合正態(tài)分布的規(guī)律，并根據(jù)正態(tài)分布的基本參數(shù)構(gòu)造了出行時(shí)間可靠性模型。而實(shí)際行車(chē)過(guò)程中，一條行車(chē)路徑包括路段和交叉口兩個(gè)部分，交叉口部分的通行時(shí)間可靠性對(duì)整條路徑的可靠程度影響比路段影響更強(qiáng)烈。綜上所述，在考慮路徑乃至路網(wǎng)的出行時(shí)間可靠性過(guò)程中，交叉口的通行時(shí)間可靠性是必不可少。在實(shí)際交叉口中，專(zhuān)用右轉(zhuǎn)信號(hào)相設(shè)置相對(duì)較少，因而相對(duì)于交叉口中其他方向車(chē)流而言，右轉(zhuǎn)車(chē)輛受到非機(jī)動(dòng)車(chē)以及行人的影響較大，造成的出行時(shí)間波動(dòng)相對(duì)明顯5 6。這種時(shí)間波動(dòng)在很大程度上影響了右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口的可靠性，從而影響整條路徑的時(shí)間可靠性，因此對(duì)于右轉(zhuǎn)車(chē)輛的通行時(shí)間可靠性的研究具有很重要的

9、意義。本文通過(guò)右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口時(shí)間的觀測(cè)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法對(duì)時(shí)間樣本進(jìn)行處理分析，得出其分布規(guī)律。并參考路段出行時(shí)間可靠性模型，對(duì)交叉口中右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間可靠性模型進(jìn)行改進(jìn)，從而得到右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口時(shí)間可靠性模型，為研究整條路徑的出行時(shí)間可靠性打下基礎(chǔ)。1交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間數(shù)據(jù)分布規(guī)律為了得到高峰時(shí)段右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口的時(shí)間（以下稱(chēng)之為通行時(shí)間）分布規(guī)律，選取了2010年12月15日，周三，早上7:00到9:00作為調(diào)查時(shí)間段，對(duì)天津市紅橋區(qū)丁字沽三號(hào)路與勤儉道交叉口早高峰時(shí)段北進(jìn)口右轉(zhuǎn)車(chē)道車(chē)輛通行時(shí)間進(jìn)行了調(diào)查，勤儉道是天津市中環(huán)線的組成部分，三號(hào)路是天津市紅橋區(qū)的主要干道。該交叉口

10、為設(shè)有信號(hào)燈的十字交叉口，設(shè)置了專(zhuān)用左轉(zhuǎn)信號(hào)相位，而未設(shè)專(zhuān)用右轉(zhuǎn)，交叉口的車(chē)道劃分如圖1所示。圖1 交叉口示意圖本次調(diào)查以5分鐘為計(jì)數(shù)間隔對(duì)非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人數(shù)量進(jìn)行記錄，流量數(shù)據(jù)如表1所示，由調(diào)查結(jié)果可知，高峰期非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人數(shù)量相對(duì)穩(wěn)定。同時(shí)記錄右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)時(shí)間，每輛右轉(zhuǎn)車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間從車(chē)輛駛?cè)虢徊婵诒边M(jìn)口道停車(chē)線開(kāi)始計(jì)時(shí)，到完成右轉(zhuǎn)駛出西進(jìn)口道停車(chē)線結(jié)束。調(diào)查共獲取數(shù)據(jù)130組，篩選其中122組有效數(shù)據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)理論分析其分布規(guī)律。 表1 非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人流量表 單位：次時(shí)間區(qū)間流量時(shí)間區(qū)間流量時(shí)間區(qū)間流量7:007:051157:407:452038:208:251897:057:1010

11、87:457:501998:258:301907:107:151297:507:551978:308:351737:157:201467:558:001928:358:401807:207:251738:008:051848:408:451567:257:301848:058:101938:458:501307:307:351988:108:151958:508:55987:357:401958:158:201868:559:001001.1右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間分布分析由篩選得到的122組數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)分布情況將其分為12組，根據(jù)每組相應(yīng)的頻數(shù)做出曲線圖如圖2所示，圖形近似于正態(tài)分布的密度函數(shù)，假設(shè)

12、通行時(shí)間符合正態(tài)分布，并在下一步對(duì)這一假設(shè)進(jìn)行驗(yàn)證。圖2 右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間分布曲線圖1.2假設(shè)檢驗(yàn)由右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間曲線圖可以得到通行時(shí)間符合正態(tài)分布的假設(shè)，利用統(tǒng)計(jì)學(xué)中的皮爾遜擬合檢驗(yàn)對(duì)上述假設(shè)進(jìn)行檢驗(yàn)，皮爾遜檢驗(yàn)用于檢驗(yàn)樣本是否符合某種假設(shè)分布規(guī)律，通過(guò)假設(shè)檢驗(yàn)的方法確定其是否符合某項(xiàng)規(guī)律。假設(shè)H0：總體，通過(guò)樣本計(jì)算得：=7.1151；=3.7340；把數(shù)據(jù)分成若干區(qū)間，根據(jù)檢驗(yàn)基本要求，不得小于5，故合并上述部分分組，具體分組情況如表2所示：表2 數(shù)據(jù)分布區(qū)間分布表組號(hào)區(qū)間10.05296.4540.930620.06357.7590.201630.104612.93160.72894

13、0.144317.60160.145550.166720.34240.658660.161119.65200.006270.130415.91102.195480.088510.8090.300090.088010.74140.9895 統(tǒng)計(jì)量的值，=6.1563；分組數(shù)r=9；未知參數(shù)個(gè)數(shù)m=2；r-m-1=6；取置信系數(shù)=0.1；則> =6.1563，因此接受H0，即可認(rèn)為通行時(shí)間服從正態(tài)分布。2可靠性模型建立由以上分析可知，通行時(shí)間滿足正態(tài)分布規(guī)律，設(shè)通行時(shí)間總體為T(mén)，則；根據(jù)正態(tài)分布的基本特征，通行時(shí)間均值為，由于外界因素的影響，這一時(shí)間以標(biāo)準(zhǔn)差上下波動(dòng)。在路段情況下，根據(jù)正態(tài)分

14、布的基本特點(diǎn)，得出通行時(shí)間可靠性模型。通行時(shí)間可靠性的評(píng)價(jià)模型如下： ； （1）其中，R為該路段的通行時(shí)間可靠性；為該路段的平均通行時(shí)間；為通行時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)差。t為規(guī)定臨界時(shí)間；即規(guī)定的最大通過(guò)時(shí)間。通過(guò)上文分析得到高峰時(shí)段右轉(zhuǎn)車(chē)輛通過(guò)交叉口的時(shí)間仍服從正態(tài)分布規(guī)律，因此在評(píng)價(jià)交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)輛的通行時(shí)間可靠性時(shí)可參考以上模型進(jìn)行改進(jìn)，如式（2）。 ； （2）其中，為交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)道的通行時(shí)間可靠性；其他意義同前。鑒于車(chē)輛在交叉口與路段行駛的差異，且兩者的行車(chē)環(huán)境以及復(fù)雜程度都存在明顯差別，故將這一模型運(yùn)用到交叉口環(huán)境需要對(duì)其進(jìn)行修正。3模型修正交叉口具有復(fù)雜的車(chē)輛運(yùn)行環(huán)境，雖然交叉口的平均通行時(shí)間較短

15、，但其可靠性對(duì)于整條路徑的整體可靠性具有顯著影響，尤其當(dāng)交叉口出現(xiàn)排隊(duì)情況，交叉口的時(shí)間延誤會(huì)嚴(yán)重影響整條路徑的整體出行時(shí)間，因此對(duì)于交叉口的通過(guò)時(shí)間可靠性研究具有很大的必要性。對(duì)于交叉口而言，車(chē)輛在此環(huán)境下行駛受到外界的干擾情況更加復(fù)雜，因此按照模型（2）得到的可靠性缺乏準(zhǔn)確性，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。3.1 交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)輛通行時(shí)間特點(diǎn)交叉口行車(chē)環(huán)境復(fù)雜，右轉(zhuǎn)車(chē)輛經(jīng)過(guò)交叉口除了受到其他方向行駛車(chē)輛的干擾外，還受行人及非機(jī)動(dòng)車(chē)的影響。故其通過(guò)時(shí)間浮動(dòng)情況理論上高于路段條件。調(diào)查分析如下：試驗(yàn)調(diào)查階段，同時(shí)對(duì)目標(biāo)右轉(zhuǎn)車(chē)道前后兩路段進(jìn)行了行程時(shí)間調(diào)查，得到了相應(yīng)的122組時(shí)間樣本，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如下：表3出

16、行時(shí)間樣本統(tǒng)計(jì)表路線名稱(chēng)時(shí)間均值方差變異系數(shù)勤儉道（入口路段）38.66308.55240.2212丁字沽三號(hào)路（出口路段）79.332515.36600.1937交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)道7.11513.73400.5248由上述統(tǒng)計(jì)可知，交叉口情況下，時(shí)間數(shù)據(jù)樣本的變異系數(shù)明顯大于路段情況，即其受到的干擾情況相對(duì)較大，相比于路段情況，其可靠性也會(huì)有所降低。故基于路段的出行時(shí)間可靠性模型，交叉口的可靠性模型需要進(jìn)行修正。3.2模型修正由上述理論可知，由于交叉口的復(fù)雜行車(chē)環(huán)境，車(chē)輛在交叉口受到的外界干擾與路段情況下相比更加強(qiáng)烈。為了對(duì)比兩種環(huán)境下車(chē)輛受到外界干擾程度，現(xiàn)利用變異系數(shù)的概念對(duì)模型進(jìn)行修正。變

17、異系數(shù)用于反映樣本在單位均值上的離散程度，常用在兩個(gè)總體均值不等的離散程度的比較上。設(shè)路段i平均出行時(shí)間為；標(biāo)準(zhǔn)差為；則對(duì)于路段i，行程時(shí)間變異系數(shù)為；同理，設(shè)交叉口j右轉(zhuǎn)車(chē)道的車(chē)輛平均通過(guò)時(shí)間為；標(biāo)準(zhǔn)差為；則其變異系數(shù)為；現(xiàn)用兩種情況下的樣本變異系數(shù)來(lái)衡量?jī)煞N情況下車(chē)輛受到外界因素影響的嚴(yán)重程度，且所得兩種情況下的變異系數(shù)具有可比性。由于理論上交叉口受到的外界影響高于路段，故其通過(guò)時(shí)間可靠性相比于路段情況下有偏低的特點(diǎn)。故對(duì)公式（2）修正如下： （3）即： （4）其中，為右轉(zhuǎn)通行時(shí)間修正系數(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)右轉(zhuǎn)修正系數(shù)，=；其他參數(shù)意義同前。 這里的 為變異系數(shù)最小的路段上的時(shí)間樣本變異系數(shù)；這樣取值

18、是出于偏安全考慮的，保證得到的可靠度值可以更加安全的應(yīng)用到實(shí)際交通管理與規(guī)劃過(guò)程中。改進(jìn)后的模型用于評(píng)價(jià)交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)道的通行時(shí)間可靠性，在原有模型的基礎(chǔ)上考慮到了交叉口的特殊性，引入了右轉(zhuǎn)修正系數(shù)。上述改進(jìn)模型在修正過(guò)程中考慮到了交叉口相對(duì)于路段的特殊性，更加接近于行車(chē)過(guò)程中的實(shí)際情況，從而適用于交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)道這一復(fù)雜行車(chē)環(huán)境。為進(jìn)一步完善整個(gè)路徑的出行時(shí)間可靠性奠定了基礎(chǔ)。4結(jié)論本文把路段出行時(shí)間可靠性評(píng)價(jià)思想引申到了交叉口右轉(zhuǎn)方向，通過(guò)引入右轉(zhuǎn)通過(guò)時(shí)間可靠性的概念，根據(jù)這一方向的特殊行車(chē)環(huán)境將路段原有模型進(jìn)行改進(jìn)，得到了更加適合于交叉口特點(diǎn)的通行時(shí)間可靠性模型。有效評(píng)價(jià)了交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)道的通行時(shí)間可靠性。在對(duì)評(píng)價(jià)模型的進(jìn)行改進(jìn)的過(guò)程中，考慮到了交叉口區(qū)別于路段的特殊性，首次利用變異系數(shù)的概念對(duì)交叉口右轉(zhuǎn)車(chē)輛的通過(guò)時(shí)間可靠性模型進(jìn)行改進(jìn)，并給出了右轉(zhuǎn)修正系數(shù)。 在未來(lái)的研究工作中將考慮交叉