基于paramics的高速公路交通管控方案仿真評價

基于paramics的高速公路交通管控方案仿真評價

0交通運行管控方案仿真隨著高速公路網網絡的日益完善和私家車數量的增加，選擇高速公路的車輛也顯著增加，高速公路交通量的顯著增加給交通執(zhí)法和安全管理帶來了壓力。在休息日和避暑期，高速公路擁堵已成為一個正常問題。一些互聯節(jié)點的擁堵范圍過大。如何使用合理的控制方法來提高網絡的可及性交通能力是必須解決的重要問題。目前，高速公路交通管理部門主要依靠交通管理機構的經驗來評估和實施應急措施。然而，高速公路網交通流的運營特點是復雜的，不同事件的影響和時空范圍不同，采取的控制措施和條件也不同。因此，在不同的場景下，需要科學評價不同場景的交通控制方案，分析高速公路交通流的擁堵機制，并選擇最合適的控制方案。在不同的情況下，高速公路的大多數司機將快速離開，以確保高速公路的快速交通。相關學者基于城市交通仿真對局部某區(qū)域內路網的特征影響和交通流的擁堵機理開展了大量研究，相較于城市交通的開放性，高速公路具有相對封閉性，但交通流特性不同于城市交通．部分學者在此領域開展了一些研究，如:徐建閩等為摸清高速公路交通運行特征，本文采用微觀仿真的方法，以區(qū)域高速公路網為研究對象建立基于PARAMICS的高速公路交通仿真模型，結合實際交通運行管控情況設計管控預案，對大流量、惡劣天氣和交通事件等3種易發(fā)擁堵場景進行仿真，對多管控方案進行評價優(yōu)選最佳管控方案，為高速公路在不同事件下采取科學管制、分流疏導措施、選擇最優(yōu)分流管控措施，指導路網指揮調度及提高公眾服務水平提供決策支撐．1模擬模型的構建1.1區(qū)域路網特征分析為反映不同仿真方案下對駕駛行為路徑誘導效果，以重慶至南川區(qū)域高速公路為研究對象，區(qū)域內共有8條高速公路，總里程約200km，區(qū)域內高速公路特征如表1所示:研究路網共包括39個互通立交、7個隧道，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OD數據為基本輸入實現多路徑動態(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．為了與真實的仿真情景吻合，仿真路網在構建時按照1∶1的仿真比例進行建模，首先以衛(wèi)星地圖為背景對每一個路段、互通和關鍵節(jié)點進行描述，在此基礎上基于PARAMICS模型中對路網文件的構造原理，將繪制的CAD文件轉化為GIS文件后輸入到模型中，對路網進行修正和細化，按照路網的車道屬性、通行能力、車速、車型等對區(qū)域內的高速公路網和39個互通進行了車道級建模，并根據路網收費站流量輸入點，劃分為39個小區(qū)，如圖2所示．在構建了基礎路網以后，對PARAMICS仿真模型的基本仿真參數進行了設置，包括加減速行為、變道行為、車頭時距等．1.3od反推技術應用仿真路網的OD獲取是重要基礎輸入數據，研究基于重慶市高速公路網的收費數據，首先獲得全市所有收費站間的OD表，通過TRANSCAD交通流量分配獲取全路網各路段的段面流量，然后基于路段流量采用OD反推技術獲得研究區(qū)域的39個小區(qū)OD．其技術路線如圖3所示．2模擬分析大流量場景2.1情景設置和管控方案為了模擬大流量情景下的擁堵情況和評價不同方案的管控效果，對構建的基本仿真模型進行仿真后，通過斷面流量對仿真結果進行比對，并不斷修正仿真參數，直到仿真模型與實際輸出結果吻合后，進行不同方案仿真評價．將大流量基本情景設置為區(qū)域內高速公路某路段入城方向主線車流量大、路段發(fā)生擁堵，持續(xù)時間約2h．對基本情景擁堵情況進行分析后，提出如下4種交通管控方案，見表2.對4種管控方案進行仿真分析，如圖4所示．2.2仿真結果分析從最優(yōu)管控條件與管控方案的角度出發(fā)，選取平均車速、平均行程時間、總延誤時間、最大排隊長度作為評價指標，對仿真路網實施管控措施前后路網擁堵改善情況進行分析，如圖5所示．基本情景下平均車速為86.5km/h，實施管控方案后，全路網平均車速均有一定程度的降低，其中方案1對平均車速的影響最大，平均車速下降了2.7km/h．方案2、方案3和方案4對平均車速的影響較小，分別降低了1.2、0.7、0.4km/h．基本情景下仿真路網中的平均行程時間為21.5min，管控方案實施后全路網均會增加平均行程時間，其中方案1的影響最大，平均行程時間增加了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．基本場景下擁堵情況較嚴重，總延誤時間為106min，管控方案實施后，總延誤時間均有一定的降低，分別降低了9、24、31、43min．基本情景下，仿真路網中最大排隊長度達到了2.7km，最大排隊長度分別下降了6914、12209、23209、26880m，說明在大流量基本情景下，綜合關鍵互通節(jié)點分流和上游收費站管控方案的效果，優(yōu)于對上游收費站車輛進行管制的方法．由以上分析可得出如下結論:1)從路網的運行效率來看，實施交通管控會降低路網的平均車速、增加路網的延誤時間，對局部大流量交通擁堵的管控應謹慎實施;2)從交通管控方案的優(yōu)劣分析，上游收費站管制結合關鍵互通誘導分流的管控效果優(yōu)于僅對上游收費站進行車輛管制的效果，對上游多個關鍵互通誘導分流效果優(yōu)于對上游單個關鍵互通，在實際操作過程中，應綜合考慮排隊長度的減少量、排隊長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)域內某特長隧道某車輛突發(fā)交通事故占用一車道為例進行分析，在仿真模型中模擬交通事件占道后通過仿真發(fā)現路網交通發(fā)生了嚴重擁堵，提出以下2種管控方案:(1)對上游臨近的收費站進入隧道方向的車流進行管制，并在樞紐互通發(fā)布交通誘導分流信息，相關車輛繞行至其他互通進入;(2)在上游遠端樞紐互通和近端的樞紐互通同時進行誘導分流，如圖6所示．對管控前后的仿真車流量進行對比分析如圖7所示．3.2方案2下我國高速列車行程時間和行程時間以及最大排選取路網的平均車速、平均行程時間、總延誤時間和最大排隊長度4個指標對管控方案前后的結果進行分析，如圖8所示．在實施交通管控方案后，全路網的平均車速均提高，方案2的平均車速要高于方案1，平均行程時間、總延誤時間和最大排隊長度均有所下降，方案2的總延誤時間和最大排隊長度均低于方案1，但在平均行程時間上，方案1的行程時間低于方案2，這是由于實施誘導分流后，增加了車輛的行程時間，但從總體效果來看，方案2要優(yōu)于方案1．由以上分析可得出如下結論:當發(fā)生突發(fā)事件占道時，為保證高速公路正常通行，應優(yōu)先實施遠端分流的管制策略，從源頭減少車流量;對于占道時間較長的再采取近端收費站限流的措施．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行機理，以及對行車延誤、安全方面的影響．基本情景設置為區(qū)域路網天氣正常通行，對比方案設置為區(qū)域內路網發(fā)生大雨、大霧天氣．對模型進行仿真后，結果分析如圖9所示．在基本情景下仿真路網的平均車速為86.5km/h．當仿真路網發(fā)生惡劣天氣條件后，平均車速下降了3.1km/h．基本情景下平均行程時間為21.6min，惡劣天氣發(fā)生后，仿真路網中的平均行程時間增加了2.8min．說明惡劣天氣條件下，對平均行程時間造成了影響．進一步分析時間平均車速的變化如圖10所示．在對仿真路網添加惡劣天氣條件后，路網經過仿真預熱后車速達到最大值86.7km/h，之后開始逐漸下降，最后速度變?yōu)?6.8km/h，車速下降了9.9km/h，說明隨著惡劣天氣的影響，對路網車流的車速影響較大．針對惡劣天氣情景后，可得到如下結論:惡劣天氣情景下，會造成仿真路網中平均車速的降低，平均行程時間的增加，管理部門應加強惡劣天氣下重點路段的引導、管理、安全措施．5仿真結果分析本文利用高速公收費數據，以區(qū)域高速公路交通管控為應用場景，建立了基于PARAMICS的仿真模型，對高速公路大流量、惡劣天氣和突發(fā)事件3種情景進行了多管控方案的模擬仿真評價，結果表明:大流量和突發(fā)事件下為盡快疏導交通，采取交通管控方案能提高路網的整體運行效率