异常事件下高速公路主线收费站车道配置研究

作     者：秦宇 

作者单位：重庆交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：敖谷昌

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：异常事件 主线收费站 通行能力 Van Aerde模型 车道配置 

摘      要：近年来公路联网收费和ETC技术的不断完善升级,有效缓解了收费站的拥堵状况、提高了高速公路系统的通行效率,但是日渐激增的交通量仍然造成收费站拥堵。主线收费站经常因异常事件的发生而出现交易失败的情况,异常情况包括OBU已拆卸、OBU失效、余额不足、后车跟车过近、车速过快和黑名单等,异常事件的出现会大大降低主线收费站的通行能力,增加车辆的排队时间和行驶延误,形成收费站交通瓶颈。由于异常事件在时空上具有随机性,在实际研究中难以及时捕捉到异常事件的相关信息;同时,主线收费站关于车辆异常事件的历史数据不足,导致研究的难度增大。目前对于异常事件的处理局限于事件后的处理,并未提前设置好预备方案,本文重点分析异常事件的内在机理,提出应对措施将异常事件的影响降到最低。根据收费站运营管理条例,具体分析了收费站区域的交通特性。以九永高速高新南主线收费站为例,统计分析了该收费站的交通量、车辆构成特征等交通特性,根据收费站运营管理人员提供的交通异常事件数据,详细分析了异常事件的发生类型及应对措施。针对收费站区域上游路段及驾驶人员行为分析,利用最小车头时距和M/G/K排队论计算出正常情况下ETC车道、MTC车道的通行能力,为后续异常事件的影响分析奠定了基础。根据异常事件的发生、持续直至消散过程的内在机理进行分析,基于交通波理论对异常事件的拥堵消散展开研究。首先基于Van Aerde模型,对主线收费站异常事件引起的排队长度进行预测;然后根据异常事件持续过程,分为有无条件换道至相邻车道情况进行讨论,以异常事件发生概率及持续时间分析异常事件对通行能力的折减,建立异常事件下车辆平均延误模型;最后结合仿真建模进行验证,证实了模型具有较高的精准度。最后依据车辆排队长度与通行能力之间的关系,以车辆排队长度为标准对服务水平进行了划分,在保证B级服务水平条件下,构建了基于排队长度的混合车道开闭配置模型;分析了影响车辆排队长度的三个因素与车道配置数之间的关系,论证了分时段车道配置的可行性;在混合车道开闭模型的基础上,提出了高峰流量下的导流型ETC车道改进方案;对混合车道开闭模型和车道改进方案进行仿真验证,分时段车道配置优化后使得车辆平均延误降低了56.3%,车道排队长度降低了9.51%,并得出了两种车道改进方案的适用交通量场景,能有效疏导交通拥堵。