[发明专利]城市快速路互通立交仿真设计系统及建立设计模型的方法

权利要求书

1.一种城市快速路互通立交仿真设计系统，包括数据采集模块、模型标定模块和数据输出模块，其特征在于，还包括分别与模型标定模块和数据输出模块联接的评价分析模块，在评价分析模块和模型标定模块之间还联接有数据修正模块；所述建立交通仿真模型模块包括交通流特性理论模型和交通仿真软件。

2.根据权利要求1所述的城市快速路互通立交仿真设计系统，其特征在于：所述数据采集模块包括车辆磁映像交通分析仪、车辆分型统计系统、全球定位系统、摄像机和计算机；所述车辆磁映像交通分析仪采用NC-97型车辆磁映像交通分析仪，所述车辆分型统计系统采用MetroCount车辆分型统计系统。

3.一种建立城市快速路互通立交仿真设计系统模型的方法，其特征在于，利用如权利要求3所述的仿真设计系统建立模型的方法包括以下步骤：

(A)利用数据采集模块采集典型区内互通立交基本路段、分/合流区、交织区和匝道的如下数据：

——交通流量、车速、车体长度，车头时距和密度；

——车轴经过传感器的时刻的速度、流量、车头时距、轴距和轴数；

——车辆的定位信息、行驶速度、时间和行驶轨迹；

——道路条件、转向交通量、交通组成以及主线和匝道交织过程、车辆换车道位置；

——典型车辆的加减速度特性和拟建设区内各种匝道上车辆速度变化特性；

——利用全球定位系统中数据处理程序截取任意时间段的数据，剔除无效数据后，生成坐标和时间数据；根据该坐标和时间数据作出车辆行驶轨迹的CAD图；

(B)根据上述采集到的数据得出实际交通状况的交通流特性数据；

(C)根据上述采集到的数据标定经验模型和仿真模型，并建立预测模型，包括：

(C-1)利用交通流特性理论模型对上述采集到的数据进行理论分析；

——对基本路段、分流区、合流区和交织区的基本通行能力进行理论分析：

根据采集到的分流区内两条车道上互相成跟弛状态的车队中前后两辆车之间的饱和车头时距，应用公式(1-1)分别进行分流区和合流区基本通行能力的计算：

C=3600t‾---(1-1)]]>

公式(1-1)中：C——分/合流区通行能力，pcu/h.，——平均最小车头时距，s；

交织区的基本通行能力：C_i＝3600·λ_i·max·m_i               (1-2)

C=ΣiCi---(1-3)]]>

公式(1-2)和公式(1-3)中：

C——交织区总通行能力；

C_i——第i车道的通行能力；

λ_i·max——第i车道理想最大来车率，由公式λ1·max=min{λ~1max,C0}]]>和公式λ2·max=min{λ~2max,C0}]]>来确定，其中：C₀——每条车道的基本通行能力；

m_i——第i车道的有效空挡被利用的可能性大小，由公式(1-4)和公式(1-5)确定，

m2=1-Q2·r2-Q~1Q2·r2]]>

m1=1-Q1·r1-Q~2Q1·r1---(1-5)]]>

(C-2)根据上述采集到的数据分别标定经验模型和仿真模型，包括：

(1)根据上述采集到的数据对经验模型进行标定和修正，从而建立下列各区域的预测模型：

互通立交分流区密度预测模型：

K_R＝0.484+0.00013Q_R+0.011Q₁₂-0.0183L_D             (2-1)

互通立交分流区速度预测模型：

V_R＝V_FF-(V_FF-50)(1.15+0.0002Q_R-0.008V_FR)          (2-2)

互通立交合流区密度预测模型：

K_R＝1.1+0.0059Q_R+0.0074Q₁₂-0.01278L_A              (2-3)

互通立交合流区速度预测模型：

VR=VFF-(VFF-50)(0.78+0.01e(QR12/1000)-0.004(LAVFR/1000)---(2-4)]]>

互通立交交织区交织速度预测模型：

Vw=24+VFF-161+0.0192(1+QR)7.21(QN)1.133(3.28L)0.8---(2-5)]]>

互通立交交织区非交织速度预测模型：

Vw=24+VFF-161+0.0178(1+QR)4.19(QN)0.997(3.28L)0.75---(2-6)]]>

上述公式(2-1)至公式(2-6)中：

K_R——分流区与合流区密度，pcu/km/ln

Q——交织区总流量，pcu/h

Q_R——匝道流量，pcu/h

Q₁₂——主线外侧两车道流量，pcu/h

L——交织区长度，m

L_A——加速车道长度，m

L_D——减速车道长度，m

V_R——分流区与合流区速度，km/h

V_FF——主线自由流速度，km/h

V_FR——匝道自由流速度，km/h

V_W——非交织速度，km/h

N——交织区车道数；

(2)根据上述采集到的数据进行交通仿真模型的标定；

(D)利用评价分析模块分别判断上述预测模型及标定的交通仿真模型与实际交通状况的交通流特性相比较，其两者的误差为≤10％；

若判断结果返回假值，则返回上述步骤(C-2)，重新标定经验模型和仿真模型；

若判断结果返回真值，顺序执行下一步；

(E)根据上述结果确定通行能力和服务水平，并通过数据输出模块输出下列指标：确定基本路段、分流区、合流区、交织区和各类型匝道的通行能力。