基于Van Aerde的城市主干路速度-流量模型研究

邹娇 陶刚 刘俊 闫永刚

城市交通管理集成与优化技术公安部重点实验室 安徽科力信息产业有限责任公司

基于Van Aerde的城市主干路速度-流量模型研究

邹娇 陶刚 刘俊 闫永刚

城市交通管理集成与优化技术公安部重点实验室 安徽科力信息产业有限责任公司

速度和流量是道路交通安全管理、事件报警、应急处置重要的基础数据。采用Autoscope视频检测器采集的速度和流量数据作为数据源，进行系统分析，结合其曲线趋势，选择使用Van Aerde经典模型为基础模型，根据交通三参数之间的关系得出速度-流量关系，在此基础上根据交通流在自由流、饱和流、阻塞流状态下的交通特征重新推导，并结合国内城市主干路实际情况进行模型参数标定，进而得出城市主干路的速度-流量关系模型。

Autoscope 视频检测器 Van Aerde 速度-流量关系

一、引言

交通流理论作为国内外的研究热点，是利用数学和物理学对交通流各参数及其之间的关系进行定性和定量的分析。现实中由于密度较难采集，在交通流理论中主要对速度-流量关系的研究比较普遍，最为广泛应用的是Greenshields速度-流量的抛物线关系模型，它是由线性的速度-密度关系推导得出。但是Greenshields存在一些问题，该模型调查在假期调查，不具备代表性，且针对于连续的交通流。本文选择荷兰Van Aerde提出的速度-密度模型，然后根据交通三参数的关系得出速度-流量关系，并在此基础上根据交通流在自由流、饱和流和阻塞流状态的交通特征不同，进行推导修正，并对各个待定系数重新定义，结合实测速度-流量数据对其相关参数进行标定。

二、经典Van Aerde模型推导

Van Aerde描述的速度-流量关系如图1所示。在交通流量较小的情况下，速度随着流量变化幅度较小；当趋近于饱和后，速度随着流量变化幅度较大，而且Van Aerde所表述的速度-流量关系模型能反映出诸多因素的影响，如人的反应时间，它所描述的速度-流量关系曲线没有固定的格式，更能反映速度、流量之间的变化。

Van Aerde描述的速度-密度关系表达式如下：

由交通三参数的关系得：

1. 当交通流趋近于阻塞流时

三、数据源分析

四、模型参数标定

五、应用

结合Autoscope视频检测器采集的速度和流量数据确定vf、Qm、h0和t，代入c1、c2、c3的表达式，计算得出合肥市城市道路中主干路单向二车道、单向三车道、单向四车道的速度流量关系模型，具体见表1。

?

通过PL/SQL从oracle数据库视频检测器数据表中提取速度-流量数据，在VS2005平台上，利用ZedGraph控件，使用C#语言，实现模型曲线与实际数据散点拟合，效果如图5所示。

六、总结

本文在分析经典速度-流量关系曲线和城市主干路速度-流量散点图的基础上，结合速度-流量关系以及Van Aerde模型的特点，对Van Aerde模型进行推导和修正，进行相关参数标定，通过编码实现模型与数据散点的拟合。

[1] 王炜,过秀成.交通工程学[M].东南大学出版社,2000.

[2] Hesham Rakha, Brent Crowther. A Comparison of the Greenshields, Pipes, and Van Aerde Car-Following and Traffic Stream Models[R].

[3] 陈盛.城市道路交通流速度流量实用关系模型研究[D].东南大学,2004.

[4] 刘段清,景宪光. 也谈追尾事故速度计算公式的修正[J].警察技术,2007(03).

[5] 覃峰.城市道路交通突发事件快速处置系统的构建[J].警察技术,2009(06).

[6] 王立颖.城市交通管理集成与优化技术[J].警察技术,2013(01).