基于雙約束重力模型的5路環形交叉口車流量預測研究
——以上海五角場為例

2019-02-14 08:30:40徐翔宇馬曉旦上海理工大學管理學院上海200093

物流科技 2019年1期

徐翔宇，馬曉旦（上海理工大學管理學院，上海 200093）

0 引言

調查統計數據顯示大多數的5路環形交叉口一般位于城市交通咽喉。因此，如果對該類型的交叉口研究得不透徹，處理不妥當，將非常影響城市交通的暢通性[1]。該類型的交叉口需要研究的層面很多，本文主要研究5路環形交叉口交通流流向計算的問題。

環形交叉口按照進口道的數量，最常見的可分為3路、4路和5路環形交叉口，如果是3路或4路環形交叉口，通過實際調查，可以得到進口交通量、出口交通量、進口右轉交通量和交織橫斷面交通量4項基本數據，并通過計算得出各進口流量對交通量的影響。但是，這種方法不適用于5路環形交叉口，由于5路環形交叉口方向數目的增加和交通組織的更加復雜，路口方向分布的計算越來越困難[2-4]。

圖1 交叉口幾何結構圖

上海市五角場有翔殷路、淞滬路、邯鄲路、四平路、黃興路5個路口。由于各路口流至其他方向的車流量難以調查，加上中間有環島，視線有所被阻擋，調查的難度更大，因此，確定五角場的交通流向難度極大，由前期調查，使用CAD繪出上海五角場的幾何機構示意圖如圖1所示。

五角場每個入口的交通流有4個方向，總共有20個方向。只有每個入口右轉的交通流才能通過直接觀測來測量。余下的15條交通流仍有待解決。因此，如果直接通過觀察，無法計算出每個方向的交通流量。這就需要本文后面提出的方法和模型進行求解。

1 方法介紹

本次調查的方法為人工計數法，這也是交通調查最常用的方法。本次調查安排了5個記錄員，于2018年9月2日下午15:00時，在五角場的5個進口道記錄右轉交通量和所有進出口交通量，并記錄標記車輛（包括交通量和車型），測得的結果如表1與2所示：

表1 各路口實測右轉車輛數

表2 交通初始量

2 構建模型

2.1 模型建立

對于5路環形交叉口，各方向的交通流流向無法直接通過觀測得出，但利用交通分布預測的重力模型法可以分析流量流向。假設交叉口的進口和出口分別為出行起點和出行終點，則進口流量和出口流量分別相當于出行生成量和出行吸引量，則通過交叉口進出口流量來計算各流向流量的問題，就可轉化為已知交通發生量和吸引量求交通分布的問題，即交通分布預測。在環形交叉口中，假設從第i路口進，從第j路口出，交叉口的流量Tij與調查時段內第i路口進入交叉口的交通量Ii和第j路口離開交叉口的交通量Oj的乘積成正比（與距離無關），因為各路口之間的交通流向與它們之間的距離無關。由于交叉口的回頭車所占比例通常較小，可以近似認為0，如果遇到更多的車輛，通過調查和確定的比例，在流量分析時直接刪除，從而構建一個虛擬交通阻抗矩陣R對角線元素到正無窮，其他元素全部為1[5-10]。

為了保證ΣiTij=Ij及ΣjTij=Oi，必須同時引進行約束系數Ki和列約束系數，構造雙約束重力模型如下:

在環形交叉口流量的實際調查中會存在一些誤差，駛入交叉口的交通流量之和與駛出交叉口的交通流量之和不可能完全吻合。為了確保調查時段內通過環形交叉口的交通流量之和T=ΣiΣjTij=ΣiIj=ΣjOi，必須預先處理一下調查數據，以較大的數據作為標準值，并將兩者的差值與較小的數據進行等分，以確保交叉口入口流量等于出口流量。否則，在進行Ki與迭代的過程中不會收斂。