基于paramics的高速公路交通管控方案仿真评价

基于paramics的高速公路交通管控方案仿真评价

0交通运行管控方案仿真随着高速公路网网络的日益完善和私家车数量的增加，选择高速公路的车辆也显著增加，高速公路交通量的显著增加给交通执法和安全管理带来了压力。在休息日和避暑期，高速公路拥堵已成为一个正常问题。一些互联节点的拥堵范围过大。如何使用合理的控制方法来提高网络的可及性交通能力是必须解决的重要问题。目前，高速公路交通管理部门主要依靠交通管理机构的经验来评估和实施应急措施。然而，高速公路网交通流的运营特点是复杂的，不同事件的影响和时空范围不同，采取的控制措施和条件也不同。因此，在不同的场景下，需要科学评价不同场景的交通控制方案，分析高速公路交通流的拥堵机制，并选择最合适的控制方案。在不同的情况下，高速公路的大多数司机将快速离开，以确保高速公路的快速交通。相关学者基于城市交通仿真对局部某区域内路网的特征影响和交通流的拥堵机理开展了大量研究，相较于城市交通的开放性，高速公路具有相对封闭性，但交通流特性不同于城市交通．部分学者在此领域开展了一些研究，如:徐建闽等为摸清高速公路交通运行特征，本文采用微观仿真的方法，以区域高速公路网为研究对象建立基于PARAMICS的高速公路交通仿真模型，结合实际交通运行管控情况设计管控预案，对大流量、恶劣天气和交通事件等3种易发拥堵场景进行仿真，对多管控方案进行评价优选最佳管控方案，为高速公路在不同事件下采取科学管制、分流疏导措施、选择最优分流管控措施，指导路网指挥调度及提高公众服务水平提供决策支撑．1模拟模型的构建1.1区域路网特征分析为反映不同仿真方案下对驾驶行为路径诱导效果，以重庆至南川区域高速公路为研究对象，区域内共有8条高速公路，总里程约200km，区域内高速公路特征如表1所示:研究路网共包括39个互通立交、7个隧道，如图1所示．1.2仿真情景吻合PARAMICS是一款基于微观的仿真软件，能以OD数据为基本输入实现多路径动态微观仿真，能模拟突发恶劣天气、突发事件、大流量、速度管控等不同情景的仿真模型．为了与真实的仿真情景吻合，仿真路网在构建时按照1∶1的仿真比例进行建模，首先以卫星地图为背景对每一个路段、互通和关键节点进行描述，在此基础上基于PARAMICS模型中对路网文件的构造原理，将绘制的CAD文件转化为GIS文件后输入到模型中，对路网进行修正和细化，按照路网的车道属性、通行能力、车速、车型等对区域内的高速公路网和39个互通进行了车道级建模，并根据路网收费站流量输入点，划分为39个小区，如图2所示．在构建了基础路网以后，对PARAMICS仿真模型的基本仿真参数进行了设置，包括加减速行为、变道行为、车头时距等．1.3od反推技术应用仿真路网的OD获取是重要基础输入数据，研究基于重庆市高速公路网的收费数据，首先获得全市所有收费站间的OD表，通过TRANSCAD交通流量分配获取全路网各路段的段面流量，然后基于路段流量采用OD反推技术获得研究区域的39个小区OD．其技术路线如图3所示．2模拟分析大流量场景2.1情景设置和管控方案为了模拟大流量情景下的拥堵情况和评价不同方案的管控效果，对构建的基本仿真模型进行仿真后，通过断面流量对仿真结果进行比对，并不断修正仿真参数，直到仿真模型与实际输出结果吻合后，进行不同方案仿真评价．将大流量基本情景设置为区域内高速公路某路段入城方向主线车流量大、路段发生拥堵，持续时间约2h．对基本情景拥堵情况进行分析后，提出如下4种交通管控方案，见表2.对4种管控方案进行仿真分析，如图4所示．2.2仿真结果分析从最优管控条件与管控方案的角度出发，选取平均车速、平均行程时间、总延误时间、最大排队长度作为评价指标，对仿真路网实施管控措施前后路网拥堵改善情况进行分析，如图5所示．基本情景下平均车速为86.5km/h，实施管控方案后，全路网平均车速均有一定程度的降低，其中方案1对平均车速的影响最大，平均车速下降了2.7km/h．方案2、方案3和方案4对平均车速的影响较小，分别降低了1.2、0.7、0.4km/h．基本情景下仿真路网中的平均行程时间为21.5min，管控方案实施后全路网均会增加平均行程时间，其中方案1的影响最大，平均行程时间增加了2.6min．方案2、方案3和方案4的影响较小，分别增加了1.7、1.5、1.2min．基本场景下拥堵情况较严重，总延误时间为106min，管控方案实施后，总延误时间均有一定的降低，分别降低了9、24、31、43min．基本情景下，仿真路网中最大排队长度达到了2.7km，最大排队长度分别下降了6914、12209、23209、26880m，说明在大流量基本情景下，综合关键互通节点分流和上游收费站管控方案的效果，优于对上游收费站车辆进行管制的方法．由以上分析可得出如下结论:1)从路网的运行效率来看，实施交通管控会降低路网的平均车速、增加路网的延误时间，对局部大流量交通拥堵的管控应谨慎实施;2)从交通管控方案的优劣分析，上游收费站管制结合关键互通诱导分流的管控效果优于仅对上游收费站进行车辆管制的效果，对上游多个关键互通诱导分流效果优于对上游单个关键互通，在实际操作过程中，应综合考虑排队长度的减少量、排队长度的忍受度以及绕行距离等因素．3模拟分析突发性事件的场景3.1仿真管控方案为了模拟突发事件情景下交通管控的效果，以区域内某特长隧道某车辆突发交通事故占用一车道为例进行分析，在仿真模型中模拟交通事件占道后通过仿真发现路网交通发生了严重拥堵，提出以下2种管控方案:(1)对上游临近的收费站进入隧道方向的车流进行管制，并在枢纽互通发布交通诱导分流信息，相关车辆绕行至其他互通进入;(2)在上游远端枢纽互通和近端的枢纽互通同时进行诱导分流，如图6所示．对管控前后的仿真车流量进行对比分析如图7所示．3.2方案2下我国高速列车行程时间和行程时间以及最大排选取路网的平均车速、平均行程时间、总延误时间和最大排队长度4个指标对管控方案前后的结果进行分析，如图8所示．在实施交通管控方案后，全路网的平均车速均提高，方案2的平均车速要高于方案1，平均行程时间、总延误时间和最大排队长度均有所下降，方案2的总延误时间和最大排队长度均低于方案1，但在平均行程时间上，方案1的行程时间低于方案2，这是由于实施诱导分流后，增加了车辆的行程时间，但从总体效果来看，方案2要优于方案1．由以上分析可得出如下结论:当发生突发事件占道时，为保证高速公路正常通行，应优先实施远端分流的管制策略，从源头减少车流量;对于占道时间较长的再采取近端收费站限流的措施．4恶劣天气情景仿真为了探讨在恶劣天气情况下高速公路交通流的运行机理，以及对行车延误、安全方面的影响．基本情景设置为区域路网天气正常通行，对比方案设置为区域内路网发生大雨、大雾天气．对模型进行仿真后，结果分析如图9所示．在基本情景下仿真路网的平均车速为86.5km/h．当仿真路网发生恶劣天气条件后，平均车速下降了3.1km/h．基本情景下平均行程时间为21.6min，恶劣天气发生后，仿真路网中的平均行程时间增加了2.8min．说明恶劣天气条件下，对平均行程时间造成了影响．进一步分析时间平均车速的变化如图10所示．在对仿真路网添加恶劣天气条件后，路网经过仿真预热后车速达到最大值86.7km/h，之后开始逐渐下降，最后速度变为76.8km/h，车速下降了9.9km/h，说明随着恶劣天气的影响，对路网车流的车速影响较大．针对恶劣天气情景后，可得到如下结论:恶劣天气情景下，会造成仿真路网中平均车速的降低，平均行程时间的增加，管理部门应加强恶劣天气下重点路段的引导、管理、安全措施．5仿真结果分析本文利用高速公收费数据，以区域高速公路交通管控为应用场景，建立了基于PARAMICS的仿真模型，对高速公路大流量、恶劣天气和突发事件3种情景进行了多管控方案的模拟仿真评价，结果表明:大流量和突发事件下为尽快疏导交通，采取交通管控方案能提高路网的整体运行效率