車道占用率參數在交通管制中的應用

武帥 陳秀鋒 宋著賀

摘 要：本文試圖通過交通流量這個關鍵參數來控制交通流量，從而提高道路交通管理的效率。車道占用率被確定為流量集中的指標。實現這一目標包括對問題狀態的分析、工作假設的制定、描述隨車道占用程度變化的交通流量變化過程的數學模型的開發。使用視頻檢測器和SPSS10可以進行實驗研究，結果證實了所開發模型的工作假設和充分性。

關鍵詞：車道占用率;交通流量;視頻檢測器

中圖分類號：U491文獻標識碼：A

交通信號燈管制本身就是顯著降低交通樞紐出口處的出交通流量的主要因素之一。[1]隨后，未實現的運輸需求形成了相當長的運輸隊伍，發展成擁塞，使城市的運輸系統癱瘓。最終，這導致城市環境的負面影響，社會不適，并因此而降低城市的地位。

顯然，這項任務中的控制對象將是交通流量，其主要指標是從規定的交叉路口出口處流出的交通流量。[2]同時，需要了解的是，僅有流速指標不足以實施管理過程，因為流速值接近或等于零的情況不僅可由運輸需求的真正下降引起，也可由其他情況引起：道路工程、車道上車輛的故障等。

在交通流基本理論中，建議使用Lighthill-Whitham-Richards宏觀水動力模型，其中交通流集中的指標是其密度。然而，隨著自動化交通管理系統在實際中的廣泛應用，實現了以交通流密度為主要衡量交通流集中度的過渡。這一指標具有完全不同的物理意義，在一些科學家看來，更為可靠。

本研究的目的是建立并實際應用車道占用對交通流量的影響，以提高管制交叉口的交通管理效率。

1 問題分析

迄今為止，已經形成了一系列評估交通管理效率的指標，其中宜選擇交通流量率作為關鍵指標。該選擇基于以下內容：

（1）由于交通流過飽和和擁擠的形成，某些指標如加速度噪聲或動能在現代交通條件下不能使用。[3]

（2）優先考慮的是最大限度地滿足交通需求，因為所有未通過道路橫斷面的未實現需求對運輸系統都是負面的，會在空間間隔上形成交通堵塞。

（3）出站流量是衡量實際流量的主要指標，同時也給出了與入站流量相比的傳輸隊列長度的概念。此外，在計算交通燈周期和基于延誤的指標時，它是交通流量的主要指標。

LWR宏觀水動力模型隨著車輛檢測器的使用，現代科學建議使用車道占用率指標作為交通流集中度的度量。車道占用率是車輛在檢測器控制區的時間比例，確定如下：

可以得出一個結論：車道占用是交通流量集中的一個更可靠和更有信息的指標。這一立場決定了進一步理論和實踐研究的方向，其任務是確定車道占用對交通流量的影響模式，以便于進一步的實際應用，從而提高交通管理的效率。

2 理論與實驗研究

可通過標準化程序表示規定交叉口的運行效率，如下所示：

為了在已有的LWR模型的基礎上建立描述車道占用對交通流量影響的模式，需要進行從車道密度到車道占用的轉換，即對模型進行修正。交通流量對車道占用的關系將由以下類型的二次模型描述：

由于這些參數形成了拋物線的頂點，在這種情況下是函數的最大值，因此a和b值將直接與最大流出流量的理論值相關。

驗證提出的假設需要一個實驗，其目的是建立數學模型參數的數值，并驗證其充分性。

本文研究了青島市漓江東路與嘉陵江路交叉口出口站交通流量的變化過程。實驗數據是在視頻探測器的幫助下收集的。以平均值分組的統計學方法作為分組方法。組數和區間值根據H方程確定：

考慮到N=570個測量值，實驗數據被分成10組，范圍θ=9%。

確定每個范圍的分布類型為正態分布。通過最小二乘法確定車道占用對交通流量的影響模式。分別使用相關系數和決定系數估計指標與模型質量之間的相關性強度。如果滿足以下條件，則認為相關性顯著：

通過Fisher標準驗證了數學模型的充分性。如果滿足以下條件，則認為該模型適當：

在下表中總結并展示了模型的參數及其統計特征。最終，實驗研究證實了假設模型的充分性，并確定了其參數的數值。

3 結論

在此基礎上，對LWR模型進行了修正，得到了車道占用對交通流量的影響規律。建立了二次型模型描述車道占用影響下的交通流量變化過程。此外，確定了模型參數的數值，驗證了其參數關系的充分性、質量和強度。

研究結果對解決交通流調度控制的實施、交通自動化管理系統運行軟件的開發、交通流仿真等交通管理中的各種問題具有實用價值。

參考文獻：

[1]史丹丹，魏明.考慮道路交通管制的危險品運輸路徑問題研究[J].物流工程與管理，2019，41（02）：71-72.

[2]俞潔，楊成斌.交通流理論發展分析[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2004（02）：163-167.

[3]Zhankaziev，Sultan.Current Trends of Road-traffic Infrastructure Development[J].Transportation Research Procedia，2017，20：731-739.

作者簡介：武帥（1992-），男，河南安陽人，碩士，研究方向為道路交通安全技術。

通訊作者：陳秀鋒，副教授，碩士生導師。