高速公路施工交通组织辅助决策系统研发
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摘 要
随着我国的社会经济的发展，机动车的数量激增，带来了快速增长的交通需
求。一些早先修建的高速公路已经不能满足日益增长的交通需求，在重交通流之
下，老化的路面出现了破损，为了保证这些道路的服务水平要求，需要对这些道
路进行施工修复。在高速公施工期间，如果缺乏科学有效的交通组织方案，可能
会出现道路交通阻塞等交通事件，影响道路的安全运行。因此，研究开发一套科
学有效的系统用以辅助制定高速公路施工期间的交通组织方案具有重要的实际意
义。
本文在回顾国内外相关研究成果的基础上，分析高速公路施工期间的路段和
施工区的交通流特性，运用交通流理论的先进成果与计算机仿真方法，设计和开
发高速公路施工交通组织辅助决策系统。以经典的高速道路网络交通流仿真模型
METANET 为理论基础，运用面向对象的编程技术，采用 VB 高级编程语言，开发
出路段级的高速公路施工交通组织辅助决策软件 XA2.0 和路网级的高速公路施工
交通组织辅助决策软件 XA2.1。结合两个案例，应用开发出的仿真软件进行高速
公路施工交通组织方案的评价，验证高速公路施工交通组织辅助决策系统的有效
性。
本文意在为交通管理部门设计、评价高速公路施工交通组织方案提供一种科
学、有效的技术手段，提高高速公路网的利用效率。
关键词：宏观交通流模型 仿真 高速公路 施工区 交通组织
Abstract
With the economy’s continuous increasing, there were more and more cars, and
more and more traffic demands. Some old highways might not be satisfied traffic
growing, and these highways’ pavement might be damaged under heavy traffic flow. So,
they needed repaired. However, if there were not properly traffic organizations,
something like traffic congestion would happen, maybe even more than that. Therefore,
it was very realistic to develop a decisions supporting system to help traffic organization
for highway constructions.
In the review of relevant research results at home and abroad, on the basis of u
analyzing the highway construction road traffic flow characteristics, the author used the
advanced achievements of traffic flow theories and computer simulation methods to
design and develop a system to help traffic organization for highway constructions.
Using the classical highway network traffic flow simulation model METANET as the
theoretical basis, the object-oriented programming technology and VB high-level
programming language to develop level of section construction organization decision
software XA2.0 and level of network construction organization and auxiliary decision
software XA2.1. Combined with two cases, the author used these soft wares to simulate
highway construction, and evaluated different traffic organization projects, to validate
the effectiveness of decisions supporting system to help traffic organization for highway
constructions.
This paper is intended to provide a scientific, effective technical approach for
traffic management department to improve efficiency of highway construction traffic
organization of highway system.
Key words: Macroscopic traffic model，highway，Simulation，Highway
work zone，Traffic organization
目录
摘 要
ABSTRACT
第一章 绪论 ......................................................................................................... 1
§1.1 研究背景和意义 ................................................................................... 1
§1.2 国内外研究现状 ................................................................................... 1
§1.2.1 国外相关研究 .............................................................................. 1
§1.2.2 国内相关研究 .............................................................................. 3
§1.2.3 小结 .............................................................................................. 4
§1.3 论文主要内容 ....................................................................................... 4
第二章 辅助决策系统开发的相关理论基础 ..................................................... 6
§2.1 宏观交通流模型 ................................................................................... 6
§2.1.1 路段模型 ...................................................................................... 6
§2.1.2 节点模型 ...................................................................................... 9
§2.2 高速公路交通流特性 ......................................................................... 10
§2.2.1 路段交通特性 ............................................................................ 10
§2.2.2 施工区特性 ................................................................................ 12
§2.2.3 车流属性 .................................................................................... 14
§2.2.4 天气环境 .................................................................................... 15
§2.3 高速公路施工交通组织方式 ............................................................. 16
§2.3.1 施工组织方式 ............................................................................ 16
§2.3.2 施工区组织形式 ........................................................................ 17
§2.4 辅助决策系统的交通评价指标 .......................................................... 19
§2.4.1 评价指标 .................................................................................... 19
§2.4.2 其他的评价指标 ........................................................................ 22
第三章 辅助决策系统程序的设计和开发 ....................................................... 23
§3.1 需求分析 .............................................................................................. 23
§3.1.1 用户需求 .................................................................................... 23
§3.1.2 功能需求 .................................................................................... 23
§3.2 程序设计开发 ...................................................................................... 24
§3.2.1 程序的逻辑结构 ........................................................................ 24
§3.2.2 程序的运行原理 ........................................................................ 25
§3.2.3 程序的窗体模块结构 ................................................................ 26
§3.2.4 程序参数及输入和输出 ............................................................ 26
§3.2.5 系统主要程序子模块代码 ........................................................ 27
§3.2.6 分段方式研究 ............................................................................ 28
§3.3 辅助决策系统程序说明 ...................................................................... 30
§3.3.1 程序登录界面 ............................................................................ 30
§3.3.2 程序主菜单窗口 ........................................................................ 31
§3.3.3 仿真参数录入窗口 .................................................................... 32
§3.3.4 动态演示窗口 ............................................................................ 35
第四章 仿真程序的测试 ................................................................................... 37
§4.1XA2.0 仿真测试 ................................................................................... 37
§4.1.1 仿真情景设定 ............................................................................ 37
§4.1.2 仿真初始条件 ............................................................................ 39
§4.1.3 仿真结果分析 ............................................................................ 39
§4.2 XA2.1 仿真测试 .................................................................................. 42
§4.2.1 仿真情景设定 ............................................................................ 42
§4.2.2 仿真初始条件 ............................................................................ 43
§4.2.3 仿真结果分析 ............................................................................ 43
第五章 结语与展望 ........................................................................................... 47
§5.1 结语 ..................................................................................................... 47
§5.2 展望 ..................................................................................................... 47
参考文献 ............................................................................................................. 49
附录 ..................................................................................................................... 51
在读期间公开发表的论文和承担科研项目 ..................................................... 51
致谢 ..................................................................................................................... 52
图表目录
图 1-1 高速公路借道施工缓冲区及开口 ............................................................ 1
图 1-2 论文基本框架 ............................................................................................ 5
图 2-1 路段示意图 ................................................................................................ 6
图 2-2 密度-流量图 .............................................................................................. 8
图 2-3 车道合流示意图 ........................................................................................ 8
图 2-4 车道数减少示意图 .................................................................................... 9
图 2-5 单向部分道路封闭施工 .......................................................................... 16
图 2-6 单向全封闭借道施工 .............................................................................. 17
图 2-7 单向全封闭绕道施工 .............................................................................. 17
图 2-8 施工区域划分 .......................................................................................... 18
图 2-9 施工路段服务水平评价指标体系 .......................................................... 20
图 3-1 程序的逻辑结构图 .................................................................................. 29
图 3-2 仿真程序运行原理 .................................................................................. 29
图 3-3 程序的窗体模块结构 .............................................................................. 29
图 3-4 施工区域速度变化图 .............................................................................. 29
图 3-5 XA2.0 登录界面图 .................................................................................. 31
图 3-6 XA2.1 欢迎界面 ...................................................................................... 31
图 3-7 XA2.0 主菜单截图 .................................................................................. 32
图 3-8 XA2.1 主菜单截图 .................................................................................. 32
图 3-9 XA2.0 程序参数界面 .............................................................................. 34
图 3-10 XA2.1 交通基本参数录入窗口 ............................................................ 35
图 3-11 XA2.1 施工参数设定窗口 .................................................................... 35
图 3-12 XA2.1 交通管理措施选择窗口 ............................................................ 35
图 3-13 XA2.1 施工路段选择数窗口 ................................................................ 35
图 3-14 XA2.0 动态演示图 ................................................................................ 36
图 3-15 XA2.1 动态演示图 ................................................................................ 36
图 4-1 施工区分段示意图 .................................................................................. 37
图 4-2 2km 作业区速度变化（9点前） ........................................................... 40
图 4-3 2km 作业区速度变化（9点后） ........................................................... 40
图 4-4 4km 作业区速度变化（9点前） ........................................................... 40
图 4-5 4km 作业区速度变化（9点后） ........................................................... 40
图 4-6 4km 作业区 L5_5 速度变化 .................................................................... 40
图 4-7 2km 作业区 L5_5 速度变化 .................................................................... 40
图 4-8 2km 作业区平均行程时间对比 .............................................................. 41
图 4-9 仿真路网拓扑结构 .................................................................................. 42
图 4-10 无交通控制施工情景速度图 ................................................................ 44
图 4-11 方案一施工诱导情景速度图 ................................................................ 44
图 4-12 方案二施工诱导情景速度图 ................................................................ 44
图 4-13 无交通控制施工情景密度图 ................................................................ 45
图 4-14 方案一施工诱导情景密度图 ................................................................ 45
图 4-15 方案二施工诱导情景密度图 ................................................................ 45
图 4-16 系统方案对比界面 ................................................................................ 46
表 2-1 高速公路基本通行能力取值 .................................................................. 11
表 2-2 车道宽度及侧向净空的修正系数 .......................................................... 12
表 2-3 具有可移动混凝土护栏高速公路施工区通行能力 .............................. 14
表 2-4 不同速度下 ABS 汽车在沥青路面的制动距离 .................................... 16
表 2-5 车道封闭状态下的车道通行能力 .......................................................... 19
表 2-6 高速公路服务水平等级 .......................................................................... 21
表 2-7 各级公路设计采用的服务水平 .............................................................. 21
表 3-1 施工区路段系统参数标定值 .................................................................. 27
表 3-2 分段参数值设置（方式一） .................................................................. 29
表 3-3 分段参数值设置（方式二） .................................................................. 30
表 4-1 道路特性 .................................................................................................. 37
表 4-2 天气环境及车流组成 .............................................................................. 37
表 4-3 8:00-9:00 施工状态路段分段表 ............................................................. 38
表 4-4 9:00-10:00 施工状态路段分段表 ........................................................... 38
表 4-5 4km 情景分段表 ...................................................................................... 39
表 4-6 交通需求表 ............................................................................................. 39
表 4-7 路网分段 ................................................................................................. 43
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作者：牛悦
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时间：2025-01-09
