城市道路行程時間估計研究

張高峰

摘 要 城市交通是城市經濟結構的非常重要的組成結構，道路行程時間估計是智能交通研究中非常重要的一個環節。目前，有許多行程時間計算的模型，主要就HCM2000，WEBSTER模型等。然而，我國交通流的組成遠遠復雜于國外，致使這些模型的結果都不能令人滿意，在考慮這些模型和我國交通流的前提下，文章提出了一種改進型的行程時間估計模型。

關鍵詞 行程時間 估計模型 HCM2000

中圖分類號：U491 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2016.03.062

Urban Travel Time Estimation

ZHANG Gaofeng

（School of Transportation， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031）

Abstract Urban traffic is a very important component of the urban economic structure， and the road travel time estimation is a very important part in the research of intelligent transportation. At present， there are a lot of travel time calculation model， mainly on the WEBSTER， HCM2000 model， etc.. However， the composition of traffic flow in China are far more sophisticated in foreign countries. As a result， the results of these models are not a satisfactory， in considering these models and traffic flow in our country under the premise， this paper puts forward the a modified travel time estimation model.

Key words travel time； estimation model； HCM2000

道路交通態勢評價中，行程時間是其中一個非常重要的綜合性指標，其對道路的整體的順暢度以及交通運行效率的評價具有明顯的優勢。對路徑行程時間進行實時動態估計，可以為出行者提供行程時間信息，出行者可進行出行模式、出行時間、出行路徑的選擇，從而避開擁擠路段，提高出行效率。

在交通流誘導系統中，道路管理者通過建立綜合行程時間最短的目標函數得出誘導信息，進而發布給道路使用者；在動態交通規劃中，動態路阻的確定是其中的一個關鍵技術，一般情況下，我們可以直接運用行程時間來作為動態路阻。所以，城市道路行程時間是一個非常重要的指標。論文主要講述了包含交叉口的城市道路的路段平均行程時間的估計。

1 行程時間估計的基本思路

文章里，城市道路路段行程時間由三部分組成（如圖1所示）：交叉口處的等待延誤時間Td，通過交叉口的時間Tc和通過不包含交叉口的路段時間Tr。

圖1 城市道路路段行程時間圖

通過交通仿真軟件VISSIM，本文建立了一個如圖2所示的包含3個交叉口的路段，其中主干道上的車道是6條，線路1的長度是800米，線路2的長度是900米，為了便于研究，本文規定3個交叉口的信號配時都是2相位。

本文給定線路1和線路2上的交通量分別是1900輛/小時和1700輛/小時。在仿真過程中，為了剖析交叉口不同配時下引起的延誤對線路行程時間的影響，本文的配時方案有3種（其中C=110，g=110表示只有主干道有通行權，次干道無通行權），由于仿真路段上交叉口的信號配時是2相位的，所以各交叉口的周期都不大于120秒。為了使得車輛能夠在采樣周期下正常通過線路1和線路2，而兩條線路的行程時間不超過150秒，所以150秒即為本文選取的采樣周期。

本次仿真采集時間共3600秒，對原始數據進行簡單的處理后，去除開始的兩組數據，本文共得到22組有效的平均行程時間值，每組包括2個方向，3種配時的數據。

2 交叉口延誤時間計算

2.1 交叉口延誤對行程時間的影響

根據仿真得到的相關數據，我們可以得出線路1在不同配時下的平均行程時間圖，并且還可以得到交叉口延誤在行程時間中所占據的比重，如圖2所示。

圖2 線路1的平均行程時間

根據圖2，我們可以看出，并不是交叉口的配時周期越大，行程時間越小的；在交叉口距離不太遠的城市道路中，雖然在不同的配時方案下，交叉口延誤在路段行程時間中的比重是不同的，但是延誤時間所占的比例都非常大，最高可占到75.8%，最低也可占到30%。

為此，在計算路段行程時間的過程中，我們首先應該對交叉口延誤進行計算，這是進行城市路段行程時間估計的關鍵點。

2.2 改進型HCM2000延誤公式

HCM2000中的延誤模型是美國交通委員會在前人研究成果的基礎上的改進模型，模型的實用性較好。但這畢竟是服務于美國的，它的產生背景是美國的交通環境，這和中國的交通環境是有一些差別的。兩國之間駕駛習慣、駕駛技巧的不同，交叉口設計方面的差別，以及中國更復雜的交通流組成等等，這些差異在一定程度上導致了直接使用HCM2000延誤模型會影響模型的精確性。

為此，本論文提出了一種基于HCM2000延誤的改進延誤模型，具體公式如下所示：

（1）

其中， ——車輛平均排隊延誤時間；

——均勻延誤權重系數；

——增量延誤修正系數；

HU ——延誤時間固定增量。

改進型的延誤模型同樣分為三部分：第一部分就是第一項，在此項中添加了一個系數；第二部分是二、三兩項，此項較之前沒有改變；第三部分是最后一項，把初始排隊延誤項改為了一個固定延誤值，中國的交通流組成遠遠復雜于美國，且行人過街量也很大，為此加入一個固定值，本文假設車輛沒有二次過街的情況發生，所以去掉了初始排隊延誤。

在式5中，共有兩個未知參數需要求解，論文運用最小二乘法對這兩個參數進行求解，具體過程請見第5節。

3 路段通過時間計算

在我國，交通數據檢測中應用最為廣泛的就是感應線圈檢測器了，它是固定檢測器的一種，價格實惠，鋪設幅度大，檢測精度高，但是其只能檢測點速度，交通量和占有率，不能直接檢測行程時間。從線圈檢測器中得到的點速度可以變為時間平均速度，其公式如下：

= （2）

其中，是時間平均速度，是檢測到的點速度。

由文獻[3]可知，

= 1.0263.042 （3）

其中是區間平均速度。

由公式2和3，我們得出路段通過時間的計算模型：

（4）

其中，是圖1中對應于的路段，單位是米。

4 交叉口通過時間計算

當綠燈起亮后，排隊中的車輛會立刻沖出停車線，在不考慮車輛的啟動延誤下，車輛通過交叉口的速度接近自由流速度，此時通過交叉口的時間為：

= （5）

式中，是通過的交叉口長度，單位是米；

是該道路路段上的自由流速度，單位是米/秒。

5 城市道路路段行程時間估計模型

根據前面幾節，我們最終得到了城市道路路段行程時間的估計模型，模型如下所示：

= + + （6）

改進型HCM2000延誤的路段行程時間估計模型是：

（7）

根據最小二乘法，只要使得最小，我們就可以求出參數、HU的值。

（8）

把各個變量的實際值都帶入式8中，上式就變成關于、HU的二元一次方程組，解這個方程組即可求出、HU的值。

6 結論

城市道路交通是一個非常復雜的系統，尤其是在我國，機非混行等現象很嚴重，在不同的交通環境下的城市道路行程時間計算模型正是本文研究的重點，文章在充分考慮我國交通現狀和已有模型的基礎上，提出了一種改進型的道路行程時間估計模型。改進后，使得模型的實用性和精確性大大提高。

參考文獻

[1] TRB，Highway Capacity Manual 2000[M].TRB，National Research Council，Washington，D.C.，2000：307-312.

[2] 鄒亮，徐建閩.基于浮動車移動檢測與感應線圈融合技術的行程時間估計模型[J].公路交通科技，2007.24（6）：114-117.

[3] Drake，J.S.，J.L.Schofer，and A.D.May，Jr.A Statistical Analysis of Speed-Density Hypotheses[J].In Highway Research Record 154，TRB，National Research Council，Washington，D.C.，1967：53-87.