寒地城市冬季道路延誤函數(shù)的確定方法研究

[1-7]。[1-7]。 [8]。 [9]。 寒地城市冬季道路延誤函數(shù)的確定方法研究 【摘要】冬季道路交通系統(tǒng)運(yùn)行狀況受交通供需、嚴(yán)寒天氣、降雪等多方面的影響，與夏季 交通運(yùn)行狀況有很大差異。低溫條件下車(chē)速度明顯降低，道路通行能力下降，因此冬季道路 交通延誤函數(shù)的計(jì)算與夏季有較大差異。本文在BPR函數(shù)模型的基礎(chǔ)上通過(guò)調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)BPR 函數(shù)進(jìn)行修正，提出冬季道路延誤函數(shù)的計(jì)算方法，為寒地城市冬季道路交通需求預(yù)測(cè)模型 的構(gòu)建提供借鑒。 【關(guān)鍵詞】寒地城市；交通調(diào)查；BPR函數(shù) 1 概述 近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市人口、機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的迅速增長(zhǎng)，我國(guó)許多大 城市的交通問(wèn)題日益突出。在我國(guó)北方，寒地城市的氣候特點(diǎn)決定了其交通在冬季和夏季具 有不同的特點(diǎn)。寒地城市概念是年1986加拿大埃德蒙頓國(guó)際寒地城市論壇上提出的，一般 而言寒地城市是指位于高于緯度45度、冬季較長(zhǎng)且寒冷、一月份平均氣溫低于0℃（32 ℉）、降雪頻繁的城市區(qū)域。冬季道路交通系統(tǒng)運(yùn)行狀況受交通供需、嚴(yán)寒天氣、降雪等多 方面的影響，與夏季交通運(yùn)行狀況有很大差異。人、車(chē)、路等交通三要素及其相互關(guān)系是交 通模型的構(gòu)建的基礎(chǔ)，低溫條件下車(chē)速度明顯降低，道路通行能力下降，因此冬季道路交通 延誤函數(shù)的計(jì)算與夏季比會(huì)有較大差異。要想客觀全面分析寒地城市冬季交通狀況，就需要 針對(duì)冬季的交通運(yùn)行狀況開(kāi)展調(diào)查，研究寒地城市冬季道路延誤函數(shù)的計(jì)算方法，為合理構(gòu) 建冬季道路交通需求預(yù)測(cè)模型創(chuàng)造條件。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)對(duì)寒地交通規(guī)劃方面研究起步較晚，只針對(duì)冰雪天氣下的交通流特性與通行能力有 所研究，但仍然處于起步狀態(tài)，主要側(cè)重于環(huán)境對(duì)于道路交通安全的影響分析及提出相應(yīng)的 改善措施上 羅麗君等人從汽車(chē)行駛理論的角度，對(duì)冰雪道路條件下車(chē)輛發(fā)生追尾交通事故的可能性 進(jìn)行了分析，并計(jì)算出保證行車(chē)安全的最小行車(chē)距離，以此保證冰雪道路車(chē)輛行駛的安全 任園園探討了雪天冰雪路面對(duì)于城市道路宏觀及微觀交通流的影響規(guī)律，包括路段車(chē)輛 到達(dá)規(guī)律、通行能力、速度以及交通流三參數(shù)之間關(guān)系在冰雪天氣下的變化特性及規(guī)律，冰 雪天氣對(duì)于路段交通流速度及通行能力影響的回歸模型，交叉口車(chē)輛運(yùn)行特性，雪天對(duì)于交 叉口機(jī)動(dòng)車(chē)飽和流率、起動(dòng)損失時(shí)間和運(yùn)行速度的影響，以及行人過(guò)街步速度變化規(guī)律等 蔣賢才和裴玉龍對(duì)比分析了國(guó)內(nèi)外寒冷地區(qū)冰雪天氣條件下的道路交通安全特征，得出 了三類(lèi)有效降低冰雪天氣對(duì)道路交通安全影響的管理措施（信息提供、交通控制、冰雪處理） [10,11]。冷軍強(qiáng)、張亞平和馮雨芹針對(duì)冰雪條件下路網(wǎng)交通行程時(shí)間可靠可性進(jìn)行了研究[12,13]。 1 3 冬季低溫條件對(duì)交通特性的影響 3.1 冬季低溫條件對(duì)車(chē)輛運(yùn)行速度的影響 低溫條件對(duì)交通流特性最直觀的影響是使速度明顯降低。通過(guò)實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)分析正常天 氣和低溫條件下不同道路類(lèi)型的車(chē)輛速度大小及變化規(guī)律，從而定量分析低溫條件對(duì)路段速 度的影響，為標(biāo)定阻抗函數(shù)做準(zhǔn)備。 本文針對(duì)不同類(lèi)型的城市道路路段的行車(chē)速度分別在正常天氣和低溫條件下進(jìn)行了調(diào) 查，由于本文目的是研究低溫條件對(duì)行車(chē)速度的影響，調(diào)查選取平峰時(shí)段進(jìn)行。對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表3-1至3-6所示。 表3-1低溫條件下快速路路段車(chē)速（km/h）不同條件西三環(huán)中源大道康安路公濱路文昌街化工路正常70.065.664.660.365.066.3低溫干燥路面58.9(-15.8)61(-7.0)52.1(-19.3)52.9(-12.3)55.4(-14.8)52.1(-21.4)點(diǎn)狀薄冰路面50.2(-28.3)49.1(-25.1)44.4(-31.3)41.8(-30.7)45.3(-30.3)40.2(-39.4) 注：表中括號(hào)內(nèi)數(shù)據(jù)字為速度較正常天氣下降百分比。 表3-2低溫條件下主干路路段車(chē)速（km/h）不同條件機(jī)場(chǎng)路新陽(yáng)路長(zhǎng)江路和平路中山路西大直街正常55.142.248.644.335.242.0低溫干燥路面51.3(-6.9)38.4(-9.0)43.1(-11.3)34.6(-21.9)34.4(-2.3)37.4(-10.9)點(diǎn)狀薄冰路面48.5(-12.0)30.8(-27.0)37.6(-22.6)29.8(-32.7)30.4(-13.6)32.8(-21.9)薄雪泥35.2(-36.1)25.6(-39.3)27.2(-44.0)26.5(-40.2)26.4(-25.0)25.3(-39.8) 表3-3低溫條件下次干路路段車(chē)速（km/h）不同條件地段街菜藝街南七道街宏圖街橫道街健康路正常39.134.630.235.931.232.8低溫干燥路面35.2(-10.0)29.6(-14.4)27.1(-10.3)32.1(-10.628.5(-8.730.2(-7.9點(diǎn)狀薄冰路面30.6(-21.7)27.4(-20.8)25.9(-14.2)29.8(-17.0)25.6(-18.0)27.1(-17.4)薄雪泥24.1(-38.4)22.5(-35.0)19.6(-48.3)24.5(-35.1)19.7(-36.9)20.3(-38.1) 表3-5低溫條件下坡路路段車(chē)速（km/h）不同條件安發(fā)街大成街南極街文昌街公濱路海關(guān)街正常54.357.855.260.350.232.5低溫干燥路面45.8(-15.7)43.4(-24.9)41.6(-24.6)45.1(-25.2)42.8(-14.7)30.5(-6.2)點(diǎn)狀薄冰路面37.2(-31.5)35.4(-38.8)31.5(-42.9)38.7(-35.8)37.5(-25.3)25.6(-21.2)薄雪泥24.1(-55.6)22.3(-61.4)19.5(-64.7)22.4(-62.9)25.5(-49.2)20.3(-37.5) 表3-4低溫條件下支路路段車(chē)速（km/h）不同條件十道街東八道街南平街巴山街四史街松新街正常30.128.230.229.331.628.7低溫干燥路面27.2(-9.6)26.4(-6.4)27.3(-9.6)26.1(-10.928.4(-10.1)27.2(-5.2)點(diǎn)狀薄冰路面24.6(-18.3)25.7(-8.9)21.8(-27.8)25.9(-11.6)25.6(-19.0)5.1(-12.5)薄雪泥19.1(-36.5)18.5(-34.4)18.6(-38.4)22.5(-23.2)19.6(-38.0)8.3(-36.2)光滑的壓實(shí)雪10.1(-66.4)9.5(-66.3)13.6(-55.0)11.8(-59.7)9.7(-69.3)11.3(-60.6)積雪14.5(-51.8)13.5(-52.1)15.7(-48.0)17.5(-40.3)17.7(-44.0)7.3(-39.7) 2 值。表 3-8 至 3-11 列出了不同路面條件下道路計(jì)算行車(chē) 可能 基本 可能可能可能N可能N 表3-6低溫條件下各等級(jí)道路路段車(chē)速（km/h）取值不同條件快速路主干路次干路支路坡路低溫干燥路面5540362741點(diǎn)狀薄冰路面4535282534薄雪泥－28201922光滑的壓實(shí)雪－－－11－積雪－－－16－平均值5034.32819.632.3 3.2 冬季低溫條件對(duì)道路通行能力的影響 可能通行能力是指在實(shí)際道路、交通條件下，車(chē)道單位時(shí)間內(nèi)可能通過(guò)的最大車(chē)輛數(shù)。 通常是根據(jù)實(shí)際道路、交通條件如平面交叉口、道路縱坡、非機(jī)動(dòng)車(chē)和行人對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)行駛的 干擾、道路行車(chē)視距等，用折減系數(shù)的辦法對(duì)基本通行能力進(jìn)行修正，然后得到車(chē)行道的可 能通行能力。 N =N 式中— 為修正系數(shù) 在計(jì)算行車(chē)速度和汽車(chē)輪胎有路面的摩阻系數(shù)已知的前提下，就可以計(jì)算出對(duì)應(yīng)不同計(jì) 算行車(chē)速度和不同冰雪路面的 N 速度 N 計(jì)算值。 表3-7不同路面條件下對(duì)應(yīng)的摩擦系數(shù)取值范圍路面條件摩擦系數(shù)范圍路面條件摩擦系數(shù)范圍低溫干燥路面0.60-0.65非常光滑的壓實(shí)雪0.10-0.20點(diǎn)狀薄冰路面0.40-0.45積雪、輕度壓實(shí)雪0.25-0.35薄雪泥路面0.35-0.40 表3-8計(jì)算車(chē)速60km/h條件下 計(jì)算值低溫干燥路面點(diǎn)狀薄冰路面薄雪泥0.6250.4250.625l038.043.338.0N可能157913861579 表3-9計(jì)算車(chē)速50km/h條件下 計(jì)算值低溫干燥路面點(diǎn)狀薄冰路面薄雪泥0.6250.4250.375l031.835.537.0N可能157214081351 3可能N可能N(4-2)ax 可能N可能N(4-2)ax fCOST ) ——路段a的行程時(shí)間； ； ij 、 兩項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算。 C) LV fV ) f() i j ij ij n t 1 ij ： ij i j ——從 區(qū)到 區(qū)交叉口平均延誤時(shí)間 ——廣義出行費(fèi)用延誤 ( ) 0 fV ) fI ) ij afV a a a 表3-10計(jì)算車(chē)速40km/h條件下 計(jì)算值低溫干燥路面點(diǎn)狀薄冰路面薄雪泥0.6250.4250.375l026.128.529.5N可能153214031356 表3-11計(jì)算車(chē)速30km/h條件下 計(jì)算值低溫干燥路面點(diǎn)狀薄冰路面薄雪泥0.6250.4250.375l021.122.523.0N可能142113331304 4 寒地城市冬季道路延誤函數(shù)的確定方法 交通阻抗是指交通網(wǎng)絡(luò)上路段或路徑之間的運(yùn)行距離、時(shí)間、費(fèi)用、舒適度，或這些因 素的綜合。對(duì)于城市道路網(wǎng)，一般用出行時(shí)間定義道路延誤函數(shù)。 道路延誤函數(shù)定義為與距離相關(guān)的廣義費(fèi)用函數(shù)，包括車(chē)輛路段行駛出行時(shí)間、交叉口 延誤時(shí)間、出行收費(fèi)延誤等。延誤函數(shù)的表達(dá)式為 fR ) 式中 f()——從 區(qū)到 區(qū)車(chē)輛路段平均行程時(shí)間 f() fCOST ) 因此假定 fCOST ，則道路延誤函數(shù)需要計(jì)算 道路延誤函數(shù)=車(chē)輛路段平均行程出行時(shí)間＋交叉口平均延誤時(shí)間＋出行收費(fèi)延誤。 4.1 延誤函數(shù)中車(chē)輛路段平均行程時(shí)間的計(jì)算方法 在交通流宏觀三參數(shù)的相互關(guān)系研究中，美國(guó)聯(lián)邦公路局（BureauofPublicRoads，簡(jiǎn) 稱(chēng) BPR）的路段行程時(shí)間模型，最具有代表意義。在路網(wǎng)行程時(shí)間研究中大多都以此模型 確定路段的行程時(shí)間，因此在交通分布模型路段的行程時(shí)間采用該 BPR 函數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá) 式為： fV ) a 式中 t ——路段a上自由流時(shí)的行程時(shí)間， x ——路段a的交通流量； 4 n 1 n 1 C var (4-5)22 n a c agdC x (4-4) n a a 1 C22 x gdC ——路段a的通行能力； ij ) g()[1 ( )] (4-3) ——路段a在冬季影響下的平均行程時(shí)間； ≥1；(3) gc (d ) 為 txg (dE tg() var a .15 n 4 fV ) ij ij ——冬季低溫條件對(duì)自由行程時(shí)間影響的修正函數(shù)； ——冬季低溫不同道路條件對(duì)通行能力影響的修正函數(shù)； gt(d)均為與低溫持續(xù)時(shí)間有關(guān)的函數(shù)，應(yīng)滿足如下條件：(1)當(dāng) gt (d ) 按實(shí)際調(diào)查數(shù) n ij c ij a C ， n ——參數(shù)，在國(guó)外公路網(wǎng)應(yīng)用中，其推薦值為 ， ； L——路段長(zhǎng)度，單位km ； V——與道路等級(jí)相對(duì)應(yīng)的車(chē)速，單位為 kmh 。 根據(jù)上述對(duì)冰雪條件下交叉口車(chē)輛運(yùn)行規(guī)律的分析可知，冬季冰雪條件下交叉口平均車(chē) 輛延誤會(huì)明顯增加，因此冬季交通分布模型構(gòu)建時(shí)，需要對(duì)延誤函數(shù)中 用冬季條件下 值進(jìn)行計(jì)算。 冬季在低溫條件下，車(chē)輛交通特性與夏季相比有明顯差異，冬季車(chē)輛制動(dòng)距離增大、車(chē) 速下降從而導(dǎo)致自由行程時(shí)間增加，道路通行能力下降。因此，冬季路段車(chē)輛的行程時(shí)間在 BPR 函數(shù)的基礎(chǔ)上，分別引入冬季低溫下自由行程時(shí)間及路段通行能力的修正函數(shù)，構(gòu)建 了低溫條件下的BPR函數(shù)，具體形式如下： fV a 式中 d ——冬季低溫影響因子； fV ) gt (d ) gc (d) 由實(shí)際經(jīng)驗(yàn)知，低溫持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，路段平均行程時(shí)間越長(zhǎng)，平均通行能力越小。 、 gc (d) tg ) 1， cg ) 1時(shí)，代表 天氣狀況良好，氣溫低于0度的天數(shù)為0；(2) 為單調(diào)增函數(shù)，且 gt (d ) 單調(diào)減函數(shù)，且 0 gc (d ) ≤1。在實(shí)際問(wèn)題研究中，必須對(duì)函數(shù) gt (d ) 、 gc (d) 據(jù)進(jìn)行標(biāo)定，求出實(shí)際的影響函數(shù)。 受低溫降雪的影響路段實(shí)際行程時(shí)間是隨機(jī)變化的，是服從某種概率分布的一個(gè)隨機(jī)變 量，其數(shù)學(xué)期望及方差分別表示為： EfV )) tg() a n var(fV )) var