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基于排队论和增量效益成本比率最大化的ETC车道配置模型研究

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交通运输系统工程与信息 2009年第5期9卷 77-84页

作者：周崇华周九州苏志哲鼎汉沪通工程咨询(上海)有限公司上海200061 湖南农业大学资源环境学院长沙410128

收费站车道配置研究是ETC收费系统规划、设计和建设中一项重要的内容,其目的是使收费资源最优配置及合理利用.为了合理配置ETC收费站人工收费车道和ETC收费车道数,发挥车道利用的最大效用.本文首先从排队论原理分析了ETC收费站车辆排队... 详细信息

收费站车道配置研究是ETC收费系统规划、设计和建设中一项重要的内容,其目的是使收费资源最优配置及合理利用.为了合理配置ETC收费站人工收费车道和ETC收费车道数,发挥车道利用的最大效用.本文首先从排队论原理分析了ETC收费站车辆排队模型,再用增量效益成本比率分析其成本效益,并以增量效益成本比率最大为目标建立ETC车道优化配置模型,最后通过一个工程实例验证了此模型.该模型为ETC收费站人工收费车道和ETC收费车道数配置提供了一个科学的计算方法,为ETC系统的规划和建设提供帮助,并在实际工程应用中具有一定的指导意义.

关键词：排队论增量效益成本比车道配置电子收费

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基于成本分析的高速公路收费站车道配置研究

重庆交通大学学报（自然科学版） 2018年第1期37卷 85-91页

作者：姬杨蓓蓓周金凤上海大学管理学院上海200444

从建设运营成本和延误成本两个角度出发,结合排队论的知识,建立使两者的总成本达到最小的成本模型。以陈海收费站为例,讨论了在不同到达流量以及ETC车辆比例的情况下收费站的合理建设方案,得出了不同情况下的最小成本的值,并且研究了总... 详细信息

从建设运营成本和延误成本两个角度出发,结合排队论的知识,建立使两者的总成本达到最小的成本模型。以陈海收费站为例,讨论了在不同到达流量以及ETC车辆比例的情况下收费站的合理建设方案,得出了不同情况下的最小成本的值,并且研究了总成本,建设运营成本和延误成本与到达流量和ETC车辆比例的关系。结果表明:提高ETC的比例能有效降低总成本和延误成本,且当ETC比例处于高水平时(>70%),提高ETC比例也能降低建设运营费用。

关键词：交通工程收费站排队论成本分析车道配置

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高速公路收费站ETC通行特性与车道配置优化研究

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高速公路收费站ETC通行特性与车道配置优化研究

作者：罗杰昆明理工大学

学位级别：硕士

收费站作为高速公路的基本组成部分,有着极其关键的作用。但由于快速增长的交通量与人工半自动收费为主的收费方式之间的矛盾,导致收费站时常因通行能力不足而引发排队拥堵。目前为止,为了有效缓解收费站的拥堵,排队模型受到了广泛的应... 详细信息

收费站作为高速公路的基本组成部分,有着极其关键的作用。但由于快速增长的交通量与人工半自动收费为主的收费方式之间的矛盾,导致收费站时常因通行能力不足而引发排队拥堵。目前为止,为了有效缓解收费站的拥堵,排队模型受到了广泛的应用。应用排队模型需以车辆到达满足一定分布为前提,现有的以交通流为研究对象的排队论研究中,几乎都只是假设车辆的到达分布为泊松分布,而实际上泊松分布只符合交通量不高的情况。因此,验证车辆的到达分布,对排队模型的使用以及其他有关研究有着至关重要的意义。排队模型是微观层面上缓解拥堵的有效方式,在宏观层面上,智能交通系统在缓解交通拥堵方面,有着极大的潜力。交通流量预测作为智能交通系统运作的重要基础,对其进行精确地预测能够提高智能交通系统的效用,由此可知,交通流量预测有着重要的现实意义。随着我国机动车保有量的不断增长和ETC(电子不停车收费)的全面普及,高速公路的交通量和ETC车辆数量都将明显地增加,研究不同的车道配置对ETC车辆比例极高的交通流在收费站通行时的影响,对收费站的建设和结构调整都有着重要的意义。基于此,首先,本文以ETC联网收费数据为研究对象,借助K-S(柯尔莫可洛夫-斯米洛夫检验)非参数检验方法,对不同流量等级下不同时段的车辆到达分布进行了验证,结果表明,在交通流量不高时,高速公路收费站的车辆到达分布符合泊松分布;流量均值较大时,不同时段的λ较大且不同。其次,基于车辆到达分布验证结果与相关文献,建立了以马尔科夫链、高斯混合模型、条件高斯分布、联合高斯分布和EM算法(期望最大化算法)为理论基础的流量预测模型,通过分时段预测流量,得出该预测模型在l处于[30veh/15min,85veh/15min)时,具有较高的适用性和良好的预测精度。最后,在说明仿真依据和目的的基础上,介绍了收费站仿真模型的结构和功能,并使用VISSIM仿真软件建立了收费站仿真模型。基于仿真实验结果,分析了在ETC车辆比例大于90%的前提下,不同交通量、不同车道数、不同ETC比例以及不同的车道类型对收费站车辆通行的影响。结果表明,在ETC车辆比例处于[90%,95%]的前提下,当流量在(1400veh/h,1600veh/h]范围内时,ETC/MTC(人工半自动收费)混合车道的效用优于MTC车道;当流量大于等于1800veh/h时,MTC车道的效用胜于混合车道。基于此结论,本文给出了当ETC车辆比例在[90%,95%]时,不同交通流量下的车道配置方案。

关键词：车辆到达分布验证交通流量预测 VISSIM仿真车道配置

考虑异常事件和流量响应的ETC车道配置优化研究

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考虑异常事件和流量响应的ETC车道配置优化研究

作者：董文会西南交通大学

学位级别：硕士

收费站是提升高速公路系统通行效率的关键位置。电子不停车收费（Electronic Toll Collection,ETC）是提升收费站通行能力的有效措施,经过长时间的发展,ETC用户比例在不断增加,2019年出台的多项政策进一步加快了ETC全面普及的进程。ETC... 详细信息

收费站是提升高速公路系统通行效率的关键位置。电子不停车收费（Electronic Toll Collection,ETC）是提升收费站通行能力的有效措施,经过长时间的发展,ETC用户比例在不断增加,2019年出台的多项政策进一步加快了ETC全面普及的进程。ETC用户的快速增加使得ETC车道异常事件的不利影响逐渐凸显,因此本文旨在量化异常事件对收费站通行效率的影响,进而合理优化车道配置,降低社会效益的损失。本文根据收费站设计及运营管理规范,总结了收费站设施组成及ETC车道设置类型。根据实地调研结果,分析了成都绕城高速大件收费站的交通量及交通组成特征,确定采用M/G/1排队论和VISSIM仿真软件作为收费站分析方法和工具。详细分析了收费站车辆的到达特性、车道选择特性、收费服务时间特性及速度分布特性,并建立了收费站ETC车道、MTC车道和混合车道的通行能力计算模型,为分析异常事件的延误影响提供了基础。本文首先建立了无异常事件下收费站车辆的平均延误模型。然后分析了不同情况下异常事件对收费站的影响过程,确定了异常事件对ETC车道通行能力的折减系数,建立了异常事件引起的车辆排队延误模型。采用分析得到的收费站交通特性数据,建立了VISSIM仿真模型,分别验证了无异常事件下和异常事件下宏观延误模型的准确性和适用性。使用异常事件下建立的车辆宏观延误模型,以收费站车道运营成本和出行者延误成本加权之和最小为目标,建立了带约束的非线性整数规划模型。针对不同时间段交通流量的变化,得到了分时段的最优车道配置方案。实例分析表明,优化配置方案下车辆平均延误降低了34.8%,目标成本降低了31.2%。考虑到未来ETC比例和交通量会进一步增长,分别分析了ETC使用率和交通量变化对最佳方案的影响,确定了某一最佳车道配置方案适用的交通条件范围,为收费站运营提供了长期策略。

关键词：收费站通行能力车辆延误车道配置交通特性

考虑车道配置的变需求交叉口信号控制方案研究

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考虑车道配置的变需求交叉口信号控制方案研究

作者：文婷西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国社会经济迅速发展和城市结构形态的不断调整变化,许多城市道路上的交通流呈现出较为明显的非均衡运行特性并引发交通拥堵。例如高峰与平峰时期同一进口道各转向车流交通量波动明显导致某转向车流排队过长而引发拥堵,而其他车道... 详细信息

随着我国社会经济迅速发展和城市结构形态的不断调整变化,许多城市道路上的交通流呈现出较为明显的非均衡运行特性并引发交通拥堵。例如高峰与平峰时期同一进口道各转向车流交通量波动明显导致某转向车流排队过长而引发拥堵,而其他车道利用率则较低,或进(出)城方向的道路上呈现出明显的潮汐特性导致常发性拥堵,而相反方向的道路利用率则较低。传统的信号控制方法对于上述交通拥堵的改善作用有限,需要结合可变车道技术对车道功能进行变换,以适应交叉口交通流转向不均以及路段交通流方向的非均衡性。因此,如何对交叉口的车道功能配置及信号控制进行综合优化,对于提高交叉口的时空资源利用率,改善交叉口运行效率具有现实意义。论文首先梳理了国内外较为典型的车道配置与信号控制综合优化模型,并对非均衡交通流的常用相位方案进行分析,接着分析了不同相位方案可选择的车道功能划分模式及车道功能类型,为下文建立车道配置与信号配时综合优化模型提供了理论基础。然后以有叠加相位的放行方案为例,考虑车道长度、进出口车道数等约束,以备用容量(通行能力)最大为目标,建立了车道配置与信号配时综合优化模型。该模型为线性目标下带有非线性约束的优化问题,可转化为有限个二元混合整数线性规划问题,能采用CPLEX等商业求解器很快求解。为提高前述模型对一定交通需求波动的适应性,论文接下来分析了交叉口在适应一定时段内的需求波动时不必频繁变动车道配置方案的合理性,由此确定可变信号配时的逻辑控制框架,进而在第三章的求解基础上建立信号配时优化模型,模型以各子时段的车均延误总和最小为目标。此模型为非线性目标下带有非线性约束的优化问题,能通过遗传算法较快地求解。最后以成都市金泉路-金芙蓉大道交叉口为例,分别应用第三章和第四章的模型进行控制。VISSIM仿真结果表明,第三章的优化方案相比交叉口现有方案,交叉口平均延误减少了22.6%,最大排队长度最高降低了39.7%,同时车流排队长度始终小于对应短车道长度;第四章的优化方案相比第三章的优化方案,交叉口平均延误改善了16%4%,最大排队长度也基本维持在较低水平,由此验证了第三章模型及第四章信号控制方法的有效性。

关键词：交通信号控制车道配置动态信号配时综合优化

基于推广ETC政策下的高速公路收费站通行能力和车道配置研究

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基于推广ETC政策下的高速公路收费站通行能力和车道配置研究

作者：苏帅杰长安大学

学位级别：硕士

随着经济的飞速发展,汽车保有量持续增长,对我国高速公路建设的要求更为严格。鉴于我国高速公路的发展模式,收费站成为高速公路不可或缺的组成部分。高速公路的通行能力由于收费站的存在受到制约,在交通量大时极容易造成拥堵。在目前撤... 详细信息

随着经济的飞速发展,汽车保有量持续增长,对我国高速公路建设的要求更为严格。鉴于我国高速公路的发展模式,收费站成为高速公路不可或缺的组成部分。高速公路的通行能力由于收费站的存在受到制约,在交通量大时极容易造成拥堵。在目前撤销省界收费站和极力推广ETC的新政策下,车道配置不合理,会加剧拥堵现象发生。ETC和ETC/MTC混合车道组成的收费站会逐渐成为我国收费站的主流形式,本文针对这种形式的收费站进行交通特性分析研究,获得通行能力和车道数量的计算方法,并对收费车道的布设展开研究。首先通过查阅文献和书籍对收费站进行理论研究,总结收费站的分类、分析收费站的组成,对收费岛和收费车道的设计参数进行研究总结。对车辆的到达、缴费和离开过程以及驾驶员的跟驰、换道和车道选择行为进行分析研究。选择灞桥收费站展开实地调查,根据调查统计数据,对车辆的到达特性、到达速度以及服务时间和离开时间的分布特性进行研究。其次采用理论分析与仿真相结合的方法对MTC、ETC、ETC/MTC以及混合收费站系统的通行能力进行研究分析,分别运用M/G/K排队模型和最小车头间距的方法得出MTC和ETC车道的通行能力计算方法,引入一系列系数对ETC车道的通行能力计算公式进行修正,分析总结得出混合车道和收费站系统的通行能力计算方法。最后根据实际调查数据以灞桥收费站为原型进行VISSIM仿真模型的构建,在对通行能力计算模型验证的同时,分析ETC限速和不同车道配置方案对通行能力的影响,分析得出ETC车道位置修正系数和相对最优的车道配置方案。在收费车道总数一定的情况下,分析收费站系统的通行能力与ETC车道数以及满足到达流量通行要求的最小ETC用户比例与到达流量之间的相互关系。结合通行能力计算公式和仿真分析结果,分别给出ETC、ETC/MTC车道数量的计算方法,并结合具体案例进行车道布局设计,参考案例设计给出特定条件下的车道数量计算表。

关键词：收费站交通特性通行能力 VISSIM仿真车道配置

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异常事件下高速公路主线收费站车道配置研究

异常事件下高速公路主线收费站车道配置研究

作者：秦宇重庆交通大学

学位级别：硕士

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... 详细信息

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。

关键词：异常事件主线收费站通行能力 Van Aerde模型车道配置

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高速公路收费站通行能力与车道配置策略研究

高速公路收费站通行能力与车道配置策略研究

作者：王慧勇西南交通大学

学位级别：硕士

收费站作为高速公路上的重要组成部分,其通行能力限制着高速公路的交通运行状况。由于车辆的交费延误降低了收费站的通行能力,使其成为高速公路交通的瓶颈。电子不停车收费(Electronic Toll Collection,ETC)技术和复式收费方式(Tandem T... 详细信息

收费站作为高速公路上的重要组成部分,其通行能力限制着高速公路的交通运行状况。由于车辆的交费延误降低了收费站的通行能力,使其成为高速公路交通的瓶颈。电子不停车收费(Electronic Toll Collection,ETC)技术和复式收费方式(Tandem Toll Collection, TTC)的推广应用有效缓解了这一状况。论文旨在讨论现有条件下如何提高收费站的通行能力和服务水平,并探讨了车道合理配置和优化的问题。本文根据收费站设计规范和实地调研成果,深入分析各种车道的交通流运行特性和收费广场车道的布设形式,确定了收费口车辆的到达分布以及服务时间、离去时间的分布。考虑车型差异对交通流的影响,对通过收费站的车辆类型进行了合理分类,并基于通行耗时的方法,给出了不同交通条件下收费站车辆折算系数(Passenger Car Equivalents,PCE)的参考值。为了符合实际收费站的交通特性,运用理论分析法分别构建ETC通道和复式通道通行能力的计算模型,上述模型综合了车辆通过收费站的交通特性、交通行为等多种因素,可为收费站的改扩建提供参考。对于收费站系统的通行能力,合理的选取M/G/1排队模型进行求解。考虑到ETC车道限制速度与车道位置对收费站系统通行能力的影响,结合实地调查数据标定参数,建立VISSIM仿真模型。以ETC使用率、ETC通行速度、ETC车道位置及交通流量为输入变量,设计不同情况下收费站通行能力的仿真方案,将仿真结果进行对比分析,验证了排队模型的适用性,对收费站的服务水平进行了理论划分,确定了 ETC车道的最佳配置方式,为收费站规划设计与运营管理提供理论依据。针对收费站车道配置的问题,构建了基于收费站运营成本和司机排队成本最小化的非线性整数规划模型,得出针对不同时段交通量的最佳通道开启方案。考虑到未来交通量增长这一影响因素,通过对收费站车辆等待时间进行灵敏度分析来检验通道开启方案的有效运行时长。最后,将MTC用户逐步转换为ETC用户,得到满足各通道预定服务水平的收费站的长期运营方案,实现了车道的优化配置。

关键词：收费站通行能力车辆折算系数复式收费服务水平车道配置

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数据驱动的收费站运行参数预测及车道配置

交通科学与工程 2021年第1期37卷 95-103页

作者：李君羡周一晨沈宙彪张珏蓉吴志周同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 上海耐特高速公路收费结算有限公司上海200063 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司上海200125

为优化电子不停车收费系统(ETC)推广期间收费站车道配置。依据数据驱动,提出了预测指定日期ETC和人工半自动收费车道(MTC)小时最高流量的方法。结合排队论和驾驶员在收费站选择车道的行为,提出了收费站车道资源配置的优化,并以上海市11... 详细信息

为优化电子不停车收费系统(ETC)推广期间收费站车道配置。依据数据驱动,提出了预测指定日期ETC和人工半自动收费车道(MTC)小时最高流量的方法。结合排队论和驾驶员在收费站选择车道的行为,提出了收费站车道资源配置的优化,并以上海市112个收费站实际数据为例进行验证。研究结果表明:所提出的预测收费站日流量、小时最高流量及ETC流量占比趋势等方法可行,可为收费站车道资源配置提供借鉴。

关键词：数据驱动收费站车道配置排队论电子不停车收费系统

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