CN102201021B - 快速路辅助设计*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速路辅助设计***，包括：快速路交通设计平台；存储预先定义的规则和数据库文件的存储单元；快速路通行能力模块，用于根据一组给定的快速路基本参数及存储单元中的模型得出通行能力；出入口最小间距设计模块，用于根据一组给定的出入口组合类型、主线及辅路设计车速及存储单元中的平顺性模型完成最小间距设计；快速路主线延误模块，用于根据一组给定的主路和辅路直行流量、出入口流量、主路和辅路期望车速等及存储单元中的交通仿真软件得出主线延误；快速路辅助设计综合评价模块，对上述得出的设计结果进行综合评分，得出评价结果。本发明可自动得出设计方案及评价，完善了快速路设计体系，提高了方案比对的效率和设计效率。

Description

快速路辅助设计***

技术领域

本发明涉及一种交通工程设计辅助***，尤其涉及一种面向快速路设计的辅助计算与设计评价***。

背景技术

目前，对快速路设计的基础理论与技术已经基本成熟，特别对于通行能力计算、出入口平顺性计算等方面，均有成熟的计算公式与规范表格可以应用。

快速路设计包括有许多复杂的工程模型：一是通行能力，根据不同的对象有着不同的计算模型，且在运用模型过程中需要考虑大量的输入条件，诸如：道路等级、车辆构成、车道宽度、侧向净宽等，极大的占用了快速路设计者的精力。二是出入口设计，需要在一定的预测流量基础上，得出根据相邻出入口不同组合关系(进-出、出-进、进-进、出-出)下两者之间的距离，同时需要考虑出入口距辅路相邻交叉口之间的间距，以确保相邻出入口、出入口与辅路交叉口之间的通行不相互干扰，避免因为某出入口的拥堵影响到快速路主线或平面道路交叉口。上述两项内容，其工作量很大，迄今为止，还未见有相适应的辅助设计***。同时，对城市快速路设计方案的评估也依然是使用传统的定量计算方法，其结果真实性差。

随着计算机***在各个领域的广泛应用，尤其是在交通工程设计方面，非常需要一种能充分利用计算机手段，改进快速路交通设计中关于通行能力与交叉口间距的设计方法，进而更加科学合理地对快速路交通设计做出评估，以完善快速路设计体系，提高设计效率，改进方案比对的效率。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种快速路交通设计辅助设计***。本发明的本质是将交通设计技术的研究成果与计算机***项结合，使其计算机程序化，从而使快速路交通设计更加可靠、方便、快速。本发明快速路交通设计辅助设计***所实现的功能主要包括：以快速路通行能力模型和出入口设计模型为基础，得出快速路通行能力和出入口间距，并对出入口设计做出科学合理的评价。本发明辅助设计***，仅需用户输入道路基本条件、出入口类型、间距、仿真输出的主线延误等信息，即可自动得出快速路通行能力、出入口设计方案及评价，完善了目前快速路设计体系，提高了设计中方案比对的效率，从而提高了设计效率。

为了解决上述技术问题，本发明快速路交通设计辅助设计***予以实现的技术方案是包括：

一快速路交通设计平台，所述设计平台为一人机对话界面；

一存储单元，所述存储单元存储有预先定义的规则和数据库文件；

所述规则的定义包括快速路通行能力模型、快速路出入口平顺性模型、快速路交通仿真软件和快速路辅助设计方案综合评价模型；

其中：

(一)所述快速路通行能力模型，包括：理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量和单向车道设计通行能力，分别表示为：

MSV_i＝C_B×(V/C)_i    (1)

公式(1)中：

MSV_i——理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量，单位：pcu/h/ln；

C_B——基本通行能力，理想条件下一车道所能通行的最大交通量，单位：pcu/h/ln；根据道路交通实测得到的速度流量曲线，其取值范围为：1400-2200pcu/h/ln；

(V/C)_i——第i级服务交通量与基本通行能力之比，根据根据《城市快速路设计规程》，其取范围为：0.77-0.91；

由于快速路上的交通属于连续流，因此，单向车道设计通行能力表示为：

C_D＝MSV_i×f_N×f_w×f_HV    (2)

公式(2)中：

C_D——单向车行道设计通行能力，即在具体条件下，采用i级服务水平时所能通行的最大服务交通量，单位为veh/h；

f_N——单向车行道的车道数修正系数，根据车道数不同，其值分别为：

车道数为1时，f_N＝1；

车道数为2时，f_N＝1.95；

车道数为3时，f_N＝2.72；

车道数为4时，f_N＝3.22；

f_w——车道宽度及侧向净宽修正系数，根据车道布置及车道两边是否有障碍物不同，其值分别如下：

其中，侧向净宽和车道宽度的单位均为m；

f_HV——大型车对通行能力的修正系数，

$f_{\mathrm{HV}}=\frac{1}{1+P_{\mathrm{HV}}(E_{\mathrm{HV}}-1)}---\left(3\right)$

公式(3)中：

P_HV——重型车交通量占总交通量的百分比；

E_HV——重型车换算成小客车的车辆换算系数，取值为2。

(二)通过下述步骤得出所述快速路出入口平顺性模型：

首先，利用多个地点车速检测器采集关键节点的速度，在一计算机***中至少包括平顺度的计算模型和道路模型，利用所述平顺度的计算模型对交通调查数据进行分析和处理，最终得出快速路出入口平顺性模型；其具体步骤如下：

步骤2-1、对各类道路交通条件下的速度均方差进行交通调查，分析速度均方差的分布情况；

步骤2-2、根据速度均方差的分布情况，建立平顺度的计算模型：

y＝e^-αx    (4)

公式(4)中：

α为驾驶员的驾驶特性相关参数，α是以实际调查得到的车速均方差分布特征值对应的平顺度值计算得到的，α在0.05～0.1之间；

x为速度均方差，单位km/h，当道路条件确定的情况下，驾驶员驾驶车速分布的均方差值，其值越小，表明该道路条件的平顺性越好；

y为平顺度，在0～1之间，当平顺度为1时速度均方差为0，此为最理想情况；

速度方差越大，平顺度越低，平顺性越差；根据该平顺度的计算模型，确定临界平顺度值，即：将实地调查中得到的30百分位车速均方差对应的平顺度值作为临界平顺度；

步骤2-3、根据交通仿真需求选择交通仿真软件，并结合现场调查数据进行交通仿真软件的参数标定，其参数标定的条件是：仿真车速均方差与实测车速均方差之间的误差小于或等于5％，并确定出入口最小间距初值为100m；

步骤2-4、建立道路模型包括建立基础路网并确定输入和输出参数；

所述的基础路网至少包括：主路车道数、辅路车道数、出入口渠化形式；

所述的输入参数至少包括：主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、出口车辆临界间隙、入口车辆临界间隙、交织区临界间隙；

所述的输出参数至少包括：关键节点的速度、出口的平均速度，入口的平均速度、交织段的平均速度；

步骤2-5、将所述的多个地点车速检测器设置在关键节点处，以准确地确定在各类组合情形下出入口的平顺度，其中，所述关键节点是指检测速度的关键位置，所述关键节点包括所有特征点，即：减速渠化段起点、出口起点、出口终点、入口起点、入口终点、入口加速段终点；另外，在上述各关键节点之间以10m为间隔均布地点车速检测器；除此之外，在首尾关键节点的上下游100m范围内以25m为间隔均布地点车速检测器；

步骤2-6、以所确定的道路为基础，分别确定仿真理想状态和仿真各类组合情形的路段状态下的速度均方差值；

步骤2-7、根据上述速度均方差值，利用平顺度计算模型平顺度值，判断该平顺度是否满足临界平顺度要求，若满足要求，执行步骤2-8；否则，以当前出入口最小间距值为基础递增一个步长后，返回步骤2-4，重新进行微观交通仿真；其中的步长根据出入口组合类型不同在20m～100m范围内选取；

步骤2-8、此时所对应的出入口最小间距即为确定的最小出入口间距；

通过上述步骤得出如下基于平顺性的不同出入口组合类型的出入口最小间距，单位：m；

在进行出入口平顺性计算时，根据辅道车速及出入口的组合类型，直接从上述的不同组合类型的出入口最小间距中查询到对应的数值，作为最优平顺性下的最小间距推荐值，并形成了快速路出入口平顺性模型，即：得出不同条件下的出入口平顺度的推荐值，其中：

入-出组合对应的平顺度如下：

出-入组合对应的平顺度如下：

出-出组合对应的平顺度如下：

入-入组合对应的平顺度如下：

(三)利用交通仿真软件得出所述快速路的主线延误：

交通仿真软件的选取：选择VISSIM和SYNCHRO中的任一款；

交通仿真的结果至少包括：主线流量、主线车速、主线延误、油耗；

其中：主线延误为：

d＝Lw×3.6/v-Lw×3.6/80    (5)

公式(5)中：

Lw为交织区长度，单位为m；

v为主线车速，单位为km/h。

(四)快速路辅助设计方案综合评价模型：

根据上述得到的主线延误、主路通行能力及出入口平顺度三个指标建立快速路辅助设计方案的综合评价模型，在进行设计评分中，有以下几种情形：

当取主线延误、主路通行能力和出入口平顺度三个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当取主路通行能力和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

P＝y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y+a₂q/CAP_w    (7)

当取主线延误和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当只取出入口平顺度指标作为方案评价标准时：

P＝y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y    (9)

公式(6)、公式(7)、公式(8)和公式(9)中：

P——为快速路设计评分的分数；

y——利用所述快速路出入口平顺性模型得出的出入口平顺度；

d——利用所述交通仿真软件得出的主线延误或取基本主线延误为10；单位为s；

CAP_w——交织区通行能力，单位：veh·h^-1；

a₁、a₂、a₃——计算参数，其中a₁＝0-0.20，a₂＝0-0.20，a₃＝0-0.20；

根据快速路设计综合评分分数得出设计方案的评价结果：

0≤P＜30，设计方案的评价结果为一般；

30≤P＜60，设计方案的评价结果为良好；

60≤P≤100，设计方案的评价结果为优秀；

所述数据库文件中包括出入口平顺性的推荐值数据库、天津快速路***设计研究推荐值数据库、城市快速路设计规程推荐值数据库、北京市政院设计推荐值数据库、中国城市规划设计研究院设计推荐值数据库；

快速路通行能力模块，用于根据一组给定的快速路的基本参数及所述存储单元中的快速路通行能力模型得出该快速路通行能力；

出入口最小间距设计模块，用于根据一组给定的出入口组合类型、主线设计车速、辅道车速及所述存储单元中的快速路出入口平顺性模型完成基于平顺性的出入口最小间距的设计；

快速路主线延误模块，用于根据一组给定的主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、主路车辆事故率、主路车辆构成比例、主路停靠公交车辆流量及所述存储单元中的交通仿真软件得出该快速路主线延误；

快速路辅助设计综合评价模块，对上述得出的快速路通行能力和出入口最小间距的设计结果与所述存储单元中的出入口平顺性及快速路主线延误所构成的设计方案进行综合评分，从而得出该快速路设计方案的评价结果。

与现有技术相比，本发明快速路交通设计辅助设计***的有益效果是：

本发明快速路辅助设计***，具有快速路通行能力设计、出入口间距设计及出入口部分平顺性的方案比对评价及综合快速路设计方案比对评价功能，从而辅助城市快速路设计工作者进行设计方案的选择和评价，提高了设计者的工作效率与设计质量，降低了快速路***设计的工作成本。

附图说明

图1是本发明快速路交通设计辅助设计***功能模块框图；

图2是本发明辅助设计***中通行能力模块流程图；

图3是本发明辅助设计***中快速路出入口最小间距模块流程图；

图4是本发明辅助设计***中一快速路辅助设计模块流程图；

图5-1是本发明实施例的主界面的截图；

图5-2是本发明实施例中道路属性参数输入的界面截图；

图5-3是本发明实施例中交通能力计算参数的界面截图；

图5-4是本发明实施例中交通能力比对结果输出的界面截图；

图5-5是本发明实施例中交通能力计算结果的保存与导出界面截图；

图5-6是本发明实施例中交织区通行能力计算界面截图；

图5-7是本发明实施例中立交通行能力计算界面截图；

图5-8是本发明实施例中出入口间距计算中参数输入界面截图；

图5-9是本发明实施例中出入口间距计算中规范选取界面截图；

图5-10是本发明实施例中出入口间距计算及结果界面截图；

图5-11是本发明实施例中平顺度计算及方案综合评分的界面截图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明快速路交通设计辅助设计***作进一步详细地描述。

本发明快速路辅助设计***，包括：

一快速路交通设计平台，所述设计平台为一人机对话界面；

一存储单元，所述存储单元存储有预先定义的规则和数据库文件；在所述存储单元中存储的所述数据库文件中包括：

出入口平顺性的推荐值数据库；

天津快速路***设计研究推荐值数据库；

城市快速路设计规程推荐值数据库；

北京市政院设计推荐值数据库；

中国城市规划设计研究院设计推荐值数据库。

一快速路通行能力模块，用于根据一组给定的快速路的基本参数及所述存储单元中的快速路通行能力模型得出该快速路通行能力，所述快速路通行能力包括快速路主线通行能力、快速路交织区通行能力和快速路立交通行能力，并将上述各通行能力数据记录到存储单元的数据库文件中，从而形成历史记录数据保存查询数据库。如图5-1、图5-2、图5-3和图5-4所示。其基本输入为：车道数、车道宽度、有无障碍物、侧向净宽、大型车所占比例等。其标定参数包括：单车道基本通行能力(根据实测得到的为1700pcu/h/ln)、VC比、车道修正系数、车道宽度修正系数、大型车与小车的换算系数等。最终输出为：基于快速路交通流参数标定的快速路通行能力、基于快速路设计规程的快速路通行能力。

一出入口最小间距设计模块，用于根据一组给定的出入口组合类型、主线设计车速、辅道车速及所述存储单元中的快速路出入口平顺性模型完成基于平顺性的出入口最小间距的设计；

一快速路主线延误模块，用于根据一组给定的主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、主路车辆事故率、主路车辆构成比例、主路停靠公交车辆流量及所述存储单元中的交通仿真软件得出该快速路主线延误；

一快速路辅助设计综合评价模块，对上述得出的快速路通行能力和出入口最小间距的设计结果与所述存储单元中的出入口平顺性及快速路主线延误所构成的设计方案进行综合评分，从而得出该快速路设计方案的评价结果。

在所述存储单元中存储的预先定义的规则，该规则的定义包括有：

(一)快速路通行能力模型；所述快速路通行能力包括快速路主线通行能力、快速路交织区通行能力和快速路立交通行能力，

(二)快速路出入口平顺性模型；

(三)快速路交通仿真软件；

(四)快速路辅助设计方案综合评价模型；

其中：

(一)所述快速路通行能力模型，包括：

快速路主线通行能力计算，理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量和单向车道设计通行能力，分别表示为：

MSV_i＝C_B×(V/C)_i    (1)

公式(1)中：

MSV_i——理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量，单位：pcu/h/ln；

C_B——基本通行能力，理想条件下一车道所能通行的最大交通量，单位：pcu/h/ln；根据道路交通实测得到的速度流量曲线，其取值范围为：1400-2200pcu/h/ln；

(V/C)_i——第i级服务交通量与基本通行能力之比，根据根据《城市快速路设计规程》，其取范围为：0.77-0.91；

由于快速路上的交通属于连续流，因此，单向车道设计通行能力(即主线通行能力)表示为：

C_D＝MSV_i×f_N×f_w×f_HV    (2)

公式(2)中：

C_D——单向车行道设计通行能力，即在具体条件下，采用i级服务水平时所能通行的最大服务交通量，单位为veh/h；

f_N——单向车行道的车道数修正系数，根据车道数不同，其值分别为：

车道数为1时，f_N＝1；

车道数为2时，f_N＝1.95；

车道数为3时，f_N＝2.72；

车道数为4时，f_N＝3.22；

f_w——车道宽度及侧向净宽修正系数，根据车道布置及车道两边是否有障碍物不同，其值分别如表1所示：

表1

其中，侧向净宽和车道宽度的单位均为m；

f_HV——大型车对通行能力的修正系数，

$f_{\mathrm{HV}}=\frac{1}{1+P_{\mathrm{HV}}(E_{\mathrm{HV}}-1)}---\left(3\right)$

公式(3)中：

P_HV——重型车交通量占总交通量的百分比；

E_HV——重型车换算成小客车的车辆换算系数，取值为2。

快速路交织区通行能力，如图5-6所示，所述交织区通行能力是根据交织区的基本设置形成交织区的通行能力，即：从计算机输入端输入主线流量、流入流出流量或交织流量比、交织区段长度，利用下述基于交通流参数标定的交织区通行能力计算模型得出交织区通行能力：

${\mathrm{CAP}}_w=\frac{L_w}{(8.82\·{10}^{-5}+1.59\·{10}^{-4}\·\mathrm{VR})\·L_w+(3.72\·{10}^{-4}+8.87\·{10}^{-4}\·\mathrm{VR})}---\left(4\right)$

公式(4)中：

CAP_w——交织区通行能力，单位：veh·h^-1；

L_w——交织区长度，单位：m；

VR——交织流量比，

式中Q₁为主线流量，单位为pcu/h；q₁为辅道流入流量，单位为pcu/h；q₂为辅道流出流量，单位为pcu/h；

从计算机输出端输出基于交通流参数标定的交织区通行能力计算模型得到的交织区通行能力。

快速路立交通行能力，如图5-7所示，所述快速路立交通行能力是针对苜蓿叶与半苜蓿叶半定向两种类型立交，根据其各方向流量比例、立交关键区域交织流量比形成其通行能力，即：从计算机的的输入端输入：立交类型、关键区域交织流量比、各方向流量比例，从而输出立交通行能力。

(二)通过下述步骤得出所述快速路出入口平顺性模型：

首先，利用多个地点车速检测器采集关键节点的速度，在一计算机***中至少包括平顺度的计算模型和道路模型，利用所述平顺度的计算模型对交通调查数据进行分析和处理，最终得出快速路出入口平顺性模型；其具体步骤如下：

步骤2-1、对各类道路交通条件下的速度均方差进行交通调查，分析速度均方差的分布情况；

步骤2-2、根据速度均方差的分布情况，建立平顺度的计算模型：

y＝e^-αx    (5)

公式(5)中：

α为驾驶员的驾驶特性相关参数，α是以实际调查得到的车速均方差分布特征值对应的平顺度值计算得到的，α在0.05～0.1之间；

x为速度均方差，单位km/h，当道路条件确定的情况下，驾驶员驾驶车速分布的均方差值，其值越小，表明该道路条件的平顺性越好；

y为平顺度，在0～1之间，当平顺度为1时速度均方差为0，此为最理想情况；

速度方差越大，平顺度越低，平顺性越差；根据该平顺度的计算模型，确定临界平顺度值，即：将实地调查中得到的30百分位车速均方差对应的平顺度值作为临界平顺度；

步骤2-3、根据交通仿真需求选择交通仿真软件，并结合现场调查数据进行交通仿真软件的参数标定，其参数标定的条件是：仿真车速均方差与实测车速均方差之间的误差小于或等于5％，并确定出入口最小间距初值为100m；

步骤2-4、建立道路模型包括建立基础路网并确定输入和输出参数；

所述的基础路网至少包括：主路车道数、辅路车道数、出入口渠化形式；

所述的输入参数至少包括：主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、出口车辆临界间隙、入口车辆临界间隙、交织区临界间隙；

所述的输出参数至少包括：关键节点的速度、出口的平均速度，入口的平均速度、交织段的平均速度；

步骤2-5、将所述的多个地点车速检测器设置在关键节点处，以准确地确定在各类组合情形下出入口的平顺度，其中，所述关键节点是指检测速度的关键位置，所述关键节点包括所有特征点，即：减速渠化段起点、出口起点、出口终点、入口起点、入口终点、入口加速段终点；另外，在上述各关键节点之间以10m为间隔均布地点车速检测器；除此之外，在首尾关键节点的上下游100m范围内以25m为间隔均布地点车速检测器；

步骤2-6、以所确定的道路为基础，分别确定仿真理想状态和仿真各类组合情形的路段状态下的速度均方差值；

步骤2-7、根据上述速度均方差值，利用平顺度计算模型平顺度值，判断该平顺度是否满足临界平顺度要求，若满足要求，执行步骤2-8；否则，以当前出入口最小间距值为基础递增一个步长后，返回步骤2-4，重新进行微观交通仿真；其中的步长根据出入口组合类型不同在20m～100m范围内选取；

步骤2-8、此时所对应的出入口最小间距即为确定的最小出入口间距；

通过上述步骤得出如下基于平顺性的不同出入口组合类型的出入口最小间距，单位：m；见表2所示。

表2.

在进行出入口平顺性计算时，根据辅道车速及出入口的组合类型，直接从上述的不同组合类型的出入口最小间距中查询到对应的数值，作为最优平顺性下的最小间距推荐值，并形成了快速路出入口平顺性模型，即：得出不同条件下的出入口平顺度的推荐值，见表3、表4、表5和表6所示。

表3.入-出组合对应的平顺度如下：

表4.出-入组合对应的平顺度如下：

表5.出-出组合对应的平顺度如下：

表6.入-入组合对应的平顺度如下：

快速路出入口最小间距计算，而在实际的实现中，通过查询事先计算并存储的平顺度数据库(见上述的表3、表4、表5和表6)得到所需的平顺度。

如图5-8、图5-9和图5-10所示，所述快速路出入口最小间距设计模块是在给定出入口类型及车速的情况下，给出满足安全、效率、平顺性条件的最小出入口间距(见表2)，所述出入口类型包括出出、出入、入入、入出四种形式，所述数据库文件中包括国家规范中给出的间距标准及符合地区交通特征的间距标准；即：从计算机输入端输入出入口类型、主线设计车速、辅道设计车速；并从存储单元的数据库文件中选取对应的规范：最佳平顺性取值、天津快速路***设计研究推荐值、城市快速路设计规程推荐值、北京市政院设计推荐值、中国城市规划设计研究院设计推荐值进行输出，并与计算机输出的快速路最小间距推荐值进行对比。

(三)利用交通仿真软件得出所述快速路的主线延误：

交通仿真软件的选取：选择VISSIM和SYNCHRO中的任一款；

交通仿真的结果至少包括：主线流量、主线车速、主线延误、油耗；

其中：主线延误为：

d＝Lw×3.6/v-Lw×3.6/80    (6)

公式(6)中：

Lw为交织区长度，即按照前面的公式(4)所得，其单位为m；

v为主线车速，单位为km/h。

(四)快速路辅助设计方案综合评价模型：

根据上述得到的主线延误、主路通行能力及出入口平顺度三个指标建立快速路辅助设计方案的综合评价模型，在进行设计评分中，有以下几种情形：

当取主线延误、主路通行能力和出入口平顺度三个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当取主路通行能力和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

P＝y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y+a₂q/CAP_w    (8)

当取主线延误和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当只取出入口平顺度指标作为方案评价标准时：

P＝y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y    (10)

公式(7)、公式(8)、公式(9)和公式(10)中：

P——为快速路设计评分的分数；

y——利用所述快速路出入口平顺性模型得出的出入口平顺度；

d——利用所述交通仿真软件得出的主线延误或取基本主线延误为10；单位为s；

CAP_w——交织区通行能力，单位：veh·h^-1；

a₁、a₂、a₃——计算参数，其中a₁＝0-0.20，a₂＝0-0.20，a₃＝0-0.20；对于计算参数a₁、a₂、a₃可以根据设计需要进行手动调节，计算参数a₁、a₂、a₃的默认取值均为0.20，0.20，0.20。

根据快速路设计综合评分分数得出设计方案的评价结果：

0≤P＜30，设计方案的评价结果为一般；

30≤P＜60，设计方案的评价结果为良好；

60≤P≤100，设计方案的评价结果为优秀。

下面是本发明快速路辅助设计***的一个工程案例

一、登陆***界面

***主界面，有两部分组成：(1)界面的左侧，为各功能模块的列表。(2)界面的右侧，为各功能模块的用户界面。

通过双击左侧列表相应的功能模块，即可在界面右侧显示对应功能模块的用户界面。

***主界面如图5-1所示。

二、快速路主线通行能力计算

主要有以下四个界面组成：

(1)快速路基本条件输入。主要输入快速路主线的基本条件，包括：车道数、各车道宽度、有无障碍物、侧向净宽、大型车所占比例等。如图5-2所示，其中，取大型车比例0.05，车道数双向四车道，无侧向净宽，两侧有障碍物，外侧车道宽度3.75。

(2)通行能力计算参数配置。包括：单车道基本通行能力取1700pcu/h/ln、VC比为0.83、车道修正系数、车道宽度修正系数、大型车与小车的换算系数等计算参数进行配置与重设。如图5-3所示：

(3)输出通行能力计算结果。最终结果输出为各车道通行能力及总通行能力。输出结果包括两种：基于交通流参数标定得到的快速路通行能力、基于快速路设计规程的快速路通行能力。输出结果如图5-4所示。

(4)计算结果的保存与导出。在通行能力计算完成之后，可以点击保存或导出。对计算结果进行保存与导出操作。

保存结果，可在存档记录查询界面进行查询，并执行导出与记录删除两个功能。如图5-5所示。

记录导出，能够将选中的计算结果，以txt形式导出至***所在根目录下。

三、快速路交织区通行能力计算

快速路交织区通行能力计算主要有两部分：

(1)计算参数选择。主要输入条件有：交织流量比、交织段长度。

(2)得到结果：输出得到交织区通行能力值，如图5-6所示。

四、快速路立交通行能力计算

快速路立交通行能力计算主要有两部分：

(1)计算参数选择。主要输入条件有：交织流量比、立交类型、转弯比例等。

(2)得到结果：输出得到立交通行能力值，如图5-7所示。

五、快速路出入口间距计算

快速路出入口间距计算主要有四部分：

(1)计算参数选择。主要输入条件有：出入口类型、主线设计车速、辅道车速等设计参数。如图5-8所示。

(2)规范选取。选取需要参考的出入口间距推荐值，诸如：最佳平顺性取值、天津快速路***设计研究推荐值、城市快速路设计规程推荐值、北京市政院设计推荐值、中国城市规划设计研究院设计推荐值。用户可以选择其中任一或多个规范作为出入口最小间距的计算标准。如图5-9所示。

(3)最小间距计算。得到相应条件下不同规范的出入口最小间距值。出入口间距计算及结果界面，如图5-10所示。

(4)结果导出。将计算得到的最小间距以txt形式导出至***所在根目录下。

六、平顺度计算及方案综合评分

其中平顺性评价的基本步骤为：

(1)基本输入条件：快速路主线车速、快速路辅道车速、快速路主线流量、快速路辅道流量。

(2)计算结果输出：快速路出入口平顺性。

在对设计方案进行综合评分中，可以选择主线延误、通行能力(该实施例中的通行能力是指交织区通行能力)、平顺度三个指标进行出入口设计评价。其中平顺度为默认必选项。通行能力与主线延误为可选项。当输入主线流量时，默认选择通行能力作为指标。当输入主线车速或主线延误时，默认选择主线延误作为评价指标，其中交织区通行能力利用公式(4)得到，主线延误利用公式(6)得到。如图5-11所示，平顺性评价的基本步骤为：

(1)基本输入条件，快速路出入口类型、快速路主线流量、快速路辅道流量及快速路出入口间距。

(2)仿真结果输入：包括主线流量、主线车速、主线延误、油耗等。其中主线流量用于计算主线通行能力，如公式(4)所示。主线车速用于计算主线延误，利用公式(6)可以得到该主线延误。

(3)评价权重。使用者可手动设置各评价指标的评价权重比例(即公式(7)、公式(8)、公式(9)、公式(10)中的计算参数a₁、a₂、a₃)。各评价指标可选的评价权重均在0-20％之间，其中平顺性、主线延误与通行能力权值预设基础值均为20％，在此基础上，每个权重均可以向上调整0-20％的额度。

(4)评价结果的输出。***根据计算不仅给出了综合的评价结果，且给出了平顺性、主线延误及主线通行能力的计算结果。根据考虑的指标不同，其评分的分数可以从公式(7)、公式(8)、公式(9)和公式(10)中选用。

如图5-11所示：出-出类型出入口，出入口间距450m，辅道流入流量300pcu/h，流出流量300pcu/h，主线流量500pcu/h。根据已知条件，得到该设计方案中车辆的平顺度及综合评分，其中平顺度为0.38，主线通行能力3523，评分权重两者均取20，最终得到的综合评分为45.64分，由于30≤P＜60，因此，设计方案的评价结果为良好。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种快速路辅助设计***，包括一快速路交通设计平台，所述设计平台为一人机对话界面，其特征在于：还包括：

一存储单元，所述存储单元存储有预先定义的规则和数据库文件；

所述规则的定义包括快速路通行能力模型、快速路出入口平顺性模型、快速路交通仿真软件和快速路辅助设计方案综合评价模型；

其中：

（一）所述快速路通行能力模型，包括：快速路主线通行能力计算,理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量和单向车道设计通行能力，分别表示为：

MSV_i=C_B×(V/C)_i          (1)

公式（1）中：

MSV_i——理想条件下第i级服务水平的最大服务交通量，单位：pcu/h/ln；

C_B——基本通行能力，理想条件下一车道所能通行的最大交通量，单位：pcu/h/ln；

根据道路交通实测得到的速度流量曲线，其取值范围为：1400-2200pcu/h/ln；

(V/C)_i——第i级服务交通量与基本通行能力之比，根据《城市快速路设计规程》CJJ129-2009，其取范围为：0.77-0.91；

由于快速路上的交通属于连续流，因此，单向车道设计通行能力，即主线通行能力表示为：

C_D=MSV_i×f_N×f_w×f_HV         （2）

公式（2）中：

C_D——单向车行道设计通行能力，即在具体条件下，采用i级服务水平时所能通行的最大服务交通量，单位为veh/h；

f_N——单向车行道的车道数修正系数,根据车道数不同，其值分别为：

车道数为1时，f_N=1；

车道数为2时，f_N=1.95；

车道数为3时，f_N=2.72；

车道数为4时，f_N=3.22；

f_w——车道宽度及侧向净宽修正系数，根据车道布置及车道两边是否有障碍物不同，其值分别如下：

当有中央分隔带的4车道道路，每边有2车道，行车道一边有障碍物时，f_w为：

当有中央分隔带的4车道道路，每边有2车道，行车道两边有障碍物时，f_w为：

当有中央分隔带的6或8车道道路，每边有3或4车道，行车道一边有障碍物时，f_w为：

当有中央分隔带的6或8车道道路，每边有3或4车道，行车道两边有障碍物时，f_w为：

其中，侧向净宽和车道宽度的单位均为m；

f_HV——大型车对通行能力的修正系数，

$f_{\mathrm{HV}}=\frac{1}{1+P_{\mathrm{HV}}(E_{\mathrm{HV}}-1)}---\left(3\right)$

公式（3）中：

P_HV——重型车交通量占总交通量的百分比；

E_HV——重型车换算成小客车的车辆换算系数,取值为2；

（二）通过下述步骤得出所述快速路出入口平顺性模型：

首先，利用多个地点车速检测器采集关键节点的速度，在一计算机***中至少包括平顺度的计算模型和道路模型，利用所述平顺度的计算模型对交通调查数据进行分析和处理，最终得出快速路出入口平顺性模型；其具体步骤如下：

步骤2-1、对各类道路交通条件下的速度均方差进行交通调查，分析速度均方差的分布情况；

步骤2-2、根据速度均方差的分布情况，建立平顺度的计算模型：

y=e^-αx         （4）

公式（4）中：

α为驾驶员的驾驶特性相关参数，α是以实际调查得到的车速均方差分布特征值对应的平顺度值计算得到的，α在0.05～0.1之间；

x为速度均方差，单位km/h，当道路条件确定的情况下，驾驶员驾驶车速分布的均方差值，其值越小，表明该道路条件的平顺性越好；

y为平顺度，在0～1之间，当平顺度为1时速度均方差为0，此为最理想情况；

速度方差越大，平顺度越低，平顺性越差；根据该平顺度的计算模型，确定临界平顺度值，即：将实地调查中得到的30百分位车速均方差对应的平顺度值作为临界平顺度；

步骤2-3、根据交通仿真需求选择交通仿真软件，并结合现场调查数据进行交通仿真软件的参数标定，其参数标定的条件是：仿真车速均方差与实测车速均方差之间的误差小于或等于5％，并确定出入口最小间距初值为100m；

步骤2-4、建立道路模型包括建立基础路网并确定输入和输出参数；

所述的基础路网至少包括：主路车道数、辅路车道数、出入口渠化形式；

所述的输入参数至少包括：主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、出口车辆临界间隙、入口车辆临界间隙、交织区临界间隙；

所述的输出参数至少包括：关键节点的速度、出口的平均速度，入口的平均速度、交织段的平均速度；

步骤2-5、将所述的多个地点车速检测器设置在关键节点处，以准确地确定在各类组合情形下出入口的平顺度，其中，所述关键节点是指检测速度的关键位置，所述关键节点包括所有特征点，即：减速渠化段起点、出口起点、出口终点、入口起点、入口终点、入口加速段终点；另外，在上述各关键节点之间以10m为间隔均布地点车速检测器；除此之外，在首尾关键节点的上下游100m范围内以25m为间隔均布地点车速检测器；

步骤2-6、以所确定的道路为基础，分别确定仿真理想状态和仿真各类组合情形的路段状态下的速度均方差值；

步骤2-7、根据上述速度均方差值，利用平顺度的计算模型计算出平顺度值，判断该平顺度是否满足临界平顺度要求，若满足要求，执行步骤2-8；否则，以当前出入口最小间距值为基础递增一个步长后，返回步骤2-4，重新进行微观交通仿真；其中的步长根据出入口组合类型不同在20m～100m范围内选取；

步骤2-8、此时所对应的出入口最小间距即为确定的最小出入口间距；

通过上述步骤得出如下基于平顺性的不同出入口组合类型的出入口最小间距，单位：m；

在进行出入口平顺性计算时，根据辅道车速及出入口的组合类型，直接从上述的不同组合类型的出入口最小间距中查询到对应的数值，作为最优平顺性下的最小间距推荐值，并形成了快速路出入口平顺性模型，即：得出不同条件下的出入口平顺度的推荐值，其中：

入-出组合对应的平顺度如下：

出-入组合对应的平顺度如下：

出-出组合对应的平顺度如下：

入-入组合对应的平顺度如下：

（三）利用交通仿真软件得出所述快速路的主线延误：

交通仿真软件的选取：选择VISSIM和SYNCHRO中的任一款；

交通仿真的结果至少包括：主线流量、主线车速、主线延误、油耗；

其中：主线延误为：

d=Lw×3.6/v-Lw×3.6/80         （5）

公式（5）中：

Lw为交织区长度，单位为m；

v为主线车速，单位为km/h；

（四）快速路辅助设计方案综合评价模型：

根据上述得到的主线延误、主线通行能力及出入口平顺度三个指标建立快速路辅助设计方案的综合评价模型，在进行设计评分中，有以下几种情形：

当取主线延误、主线通行能力和出入口平顺度三个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当取主线通行能力和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

P=y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y+a₂q/CAP_w             （7）

当取主线延误和出入口平顺度两个指标作为评价标准时，快速路设计综合评分的分数为：

当只取出入口平顺度指标作为方案评价标准时：

P=y(100-a₁-a₂-a₃)+a₁y               （9）

公式（6）、公式（7）、公式（8）和公式（9）中：

L——交织区长度；

q——主线交通流量；

P——为快速路设计评分的分数；

y——利用所述快速路出入口平顺性模型得出的出入口平顺度；

d——利用所述交通仿真软件得出的主线延误或取基本主线延误为10；单位为s；

CAP_w——交织区通行能力，单位：veh·h^-1；

a₁、a₂、a₃——计算参数，其中a₁=0-0.20，a₂=0-0.20，a₃=0-0.20；

根据快速路设计综合评分分数得出设计方案的评价结果：

0≤P＜30，设计方案的评价结果为一般；

30≤P＜60，设计方案的评价结果为良好；

60≤P≤100，设计方案的评价结果为优秀；

所述数据库文件中包括出入口平顺性的推荐值数据库、天津快速路***设计研究推荐值数据库、城市快速路设计规程推荐值数据库、北京市政院设计推荐值数据库、中国城市规划设计研究院设计推荐值数据库；

快速路通行能力模块，用于根据一组给定的快速路的基本参数及所述存储单元中的快速路通行能力模型得出该快速路通行能力；

出入口最小间距设计模块，用于根据一组给定的出入口组合类型、主线设计车速、辅道车速及所述存储单元中的快速路出入口平顺性模型完成基于平顺性的出入口最小间距的设计；

快速路主线延误模块，用于根据一组给定的主路直行流量、出口流量、入口流量、辅路直行流量、主路期望车速、辅路期望车速、主路车辆事故率、主路车辆构成比例、主路停靠公交车辆流量及所述存储单元中的交通仿真软件得出该快速路主线延误；

快速路辅助设计综合评价模块，对上述得出的快速路通行能力和出入口最小间距的设计结果与所述存储单元中的出入口平顺性及快速路主线延误所构成的设计方案进行综合评分，从而得出该快速路设计方案的评价结果。

2.根据权利要求1所述的快速路辅助设计***，其特征在于：通过所述快速路通行能力模块得出快速路主线通行能力、快速路交织区通行能力和快速路立交通行能力，并将上述各通行能力数据记录到存储单元的数据库文件中。

3.根据权利要求2所述的快速路辅助设计***，其特征在于：所述快速路主线通行能力是根据快速路的基本设置，输出快速路通行能力，即：从计算机的输入端输入车道数、车道宽度、有无障碍物、侧向净宽、大型车所占比例数据，并对单车道基本通行能力、VC比、车道修正系数、车道宽度修正系数、大型车与小车的换算系数进行标定，从而输出基于快速路交通流参数标定结果的和基于快速路设计规程的快速路通行能力。

4.根据权利要求2所述的快速路辅助设计***，其特征在于：所述交织区通行能力是根据交织区的基本设置形成交织区的通行能力，即：从计算机输入端输入主线流量、流入流出流量或交织流量比、交织区段长度，利用下述基于交通流参数标定的交织区通行能力计算模型得出交织区通行能力：

${\mathrm{CAP}}_w=\frac{L_w}{(8.82\·{10}^{-5}+1.59\·{10}^{-4}\·\mathrm{VR})\·L_w+(3.72\·{10}^{-4}+8.87\·{10}^{-4}\·\mathrm{VR})}---\left(10\right)$

公式（10）中：

CAP_w——交织区通行能力，单位：veh·h^-1；

L_w——交织区长度，单位：m；

VR——交织流量比，

式中Q₁为主线流量，单位为pcu/h；q₁为辅道流入流量，单位为pcu/h；q₂为辅道流出流量，单位为pcu/h；

从计算机输出端输出基于交通流参数标定的交织区通行能力计算模型得到的交织区通行能力。

5.根据权利要求2所述的快速路辅助设计***，其特征在于：所述快速路立交通行能力是针对苜蓿叶与半苜蓿叶半定向两种类型立交，根据其各方向流量比例、立交关键区域交织流量比形成其通行能力，即：从计算机的输入端输入：立交类型、关键区域交织流量比、各方向流量比例，从而输出立交通行能力。

6.根据权利要求1所述的快速路辅助设计***，其特征在于：所述快速路出入口最小间距设计模块是在给定出入口类型及车速的情况下，给出满足安全、效率、平顺性条件的最小出入口间距，所述出入口类型包括出出、出入、入入、入出四种形式，所述数据库文件中包括国家规范中给出的间距标准及符合地区交通特征的间距标准；即：从计算机输入端输入出入口类型、主线设计车速、辅道设计车速；并从存储单元的数据库文件中选取对应的规范：最佳平顺性取值、天津快速路***设计研究推荐值、城市快速路设计规程推荐值、北京市政院设计推荐值、中国城市规划设计研究院设计推荐值进行输出，并与计算机输出的快速路最小间距推荐值进行对比。

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