城市道路行程时间估计研究
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摘 要 城市交通是城市经济结构的非常重要的组成结构，道路行程时间估计是智能交通研究中非常重要的一个环节。目前，有许多行程时间计算的模型，主要就HCM2000，WEBSTER模型等。然而，我国交通流的组成远远复杂于国外，致使这些模型的结果都不能令人满意，在考虑这些模型和我国交通流的前提下，文章提出了一种改进型的行程时间估计模型。
关键词 行程时间 估计模型 HCM2000
中图分类号：U491 文献标识码：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.03.062
Urban Travel Time Estimation
ZHANG Gaofeng
（School of Transportation， Southwest Jiaotong University， Chengdu， Sichuan 610031）
Abstract Urban traffic is a very important component of the urban economic structure， and the road travel time estimation is a very important part in the research of intelligent transportation. At present， there are a lot of travel time calculation model， mainly on the WEBSTER， HCM2000 model， etc.. However， the composition of traffic flow in China are far more sophisticated in foreign countries. As a result， the results of these models are not a satisfactory， in considering these models and traffic flow in our country under the premise， this paper puts forward the a modified travel time estimation model.
Key words travel time； estimation model； HCM2000
道路交通态势评价中，行程时间是其中一个非常重要的综合性指标，其对道路的整体的顺畅度以及交通运行效率的评价具有明显的优势。对路径行程时间进行实时动态估计，可以为出行者提供行程时间信息，出行者可进行出行模式、出行时间、出行路径的选择，从而避开拥挤路段，提高出行效率。
在交通流诱导系统中，道路管理者通过建立综合行程时间最短的目标函数得出诱导信息，进而给道路使用者；在动态交通规划中，动态路阻的确定是其中的一个关键技术，一般情况下，我们可以直接运用行程时间来作为动态路阻。所以，城市道路行程时间是一个非常重要的指标。论文主要讲述了包含交叉口的城市道路的路段平均行程时间的估计。
1 行程时间估计的基本思路
文章里，城市道路路段行程时间由三部分组成（如图1所示）：交叉口处的等待延误时间Td，通过交叉口的时间Tc和通过不包含交叉口的路段时间Tr。
图1 城市道路路段行程时间图
通过交通仿真软件VISSIM，本文建立了一个如图2所示的包含3个交叉口的路段，其中主干道上的车道是6条，线路1的长度是800米，线路2的长度是900米，为了便于研究，本文规定3个交叉口的信号配时都是2相位。
本文给定线路1和线路2上的交通量分别是1900辆/小时和1700辆/小时。在仿真过程中，为了剖析交叉口不同配时下引起的延误对线路行程时间的影响，本文的配时方案有3种（其中C=110，g=110表示只有主干道有通行权，次干道无通行权），由于仿真路段上交叉口的信号配时是2相位的，所以各交叉口的周期都不大于120秒。为了使得车辆能够在采样周期下正常通过线路1和线路2，而两条线路的行程时间不超过150秒，所以150秒即为本文选取的采样周期。
本次仿真采集时间共3600秒，对原始数据进行简单的处理后，去除开始的两组数据，本文共得到22组有效的平均行程时间值，每组包括2个方向，3种配时的数据。
2 交叉口延误时间计算
2.1 交叉口延误对行程时间的影响
根据仿真得到的相关数据，我们可以得出线路1在不同配时下的平均行程时间图，并且还可以得到交叉口延误在行程时间中所占据的比重，如图2所示。
图2 线路1的平均行程时间
根据图2，我们可以看出，并不是交叉口的配时周期越大，行程时间越小的；在交叉口距离不太远的城市道路中，虽然在不同的配时方案下，交叉口延误在路段行程时间中的比重是不同的，但是延误时间所占的比例都非常大，最高可占到75.8%，最低也可占到30%。
为此，在计算路段行程时间的过程中，我们首先应该对交叉口延误进行计算，这是进行城市路段行程时间估计的关键点。
2.2 改进型HCM2000延误公式
HCM2000中的延误模型是美国交通委员会在前人研究成果的基础上的改进模型，模型的实用性较好。但这毕竟是服务于美国的，它的产生背景是美国的交通环境，这和中国的交通环境是有一些差别的。两国之间驾驶习惯、驾驶技巧的不同，交叉口设计方面的差别，以及中国更复杂的交通流组成等等，这些差异在一定程度上导致了直接使用HCM2000延误模型会影响模型的精确性。
为此，本论文提出了一种基于HCM2000延误的改进延误模型，具体公式如下所示：
（1）
其中， ――车辆平均排队延误时间；
――均匀延误权重系数；
――增量延误修正系数；
HU ――延误时间固定增量。
改进型的延误模型同样分为三部分：第一部分就是第一项，在此项中添加了一个系数；第二部分是二、三两项，此项较之前没有改变；第三部分是最后一项，把初始排队延误项改为了一个固定延误值，中国的交通流组成远远复杂于美国，且行人过街量也很大，为此加入一个固定值，本文假设车辆没有二次过街的情况发生，所以去掉了初始排队延误。
在式5中，共有两个未知参数需要求解，论文运用最小二乘法对这两个参数进行求解，具体过程请见第5节。
3 路段通过时间计算
在我国，交通数据检测中应用最为广泛的就是感应线圈检测器了，它是固定检测器的一种，价格实惠，铺设幅度大，检测精度高，但是其只能检测点速度，交通量和占有率，不能直接检测行程时间。从线圈检测器中得到的点速度可以变为时间平均速度，其公式如下：
= （2）
其中，是时间平均速度，是检测到的点速度。
由文献[3]可知，
= 1.0263.042 （3）
其中是区间平均速度。
由公式2和3，我们得出路段通过时间的计算模型：
（4）
其中，是图1中对应于的路段，单位是米。
4 交叉口通过时间计算
当绿灯起亮后，排队中的车辆会立刻冲出停车线，在不考虑车辆的启动延误下，车辆通过交叉口的速度接近自由流速度，此时通过交叉口的时间为：
= （5）
式中，是通过的交叉口长度，单位是米；
是该道路路段上的自由流速度，单位是米/秒。
5 城市道路路段行程时间估计模型
根据前面几节，我们最终得到了城市道路路段行程时间的估计模型，模型如下所示：
= + + （6）
改进型HCM2000延误的路段行程时间估计模型是：
（7）
根据最小二乘法，只要使得最小，我们就可以求出参数、HU的值。
（8）
把各个变量的实际值都带入式8中，上式就变成关于、HU的二元一次方程组，解这个方程组即可求出、HU的值。
6 结论
城市道路交通是一个非常复杂的系统，尤其是在我国，机非混行等现象很严重，在不同的交通环境下的城市道路行程时间计算模型正是本文研究的重点，文章在充分考虑我国交通现状和已有模型的基础上，提出了一种改进型的道路行程时间估计模型。改进后，使得模型的实用性和精确性大大提高。
参考文献
[1] TRB，Highway Capacity Manual 2000[M].TRB，National Research Council，Washington，D.C.，2000：307-312.
[2] 邹亮，徐建闽.基于浮动车移动检测与感应线圈融合技术的行程时间估计模型[J].公路交通科技，2007.24（6）：114-117.
[3] Drake，J.S.，J.L.Schofer，and A.D.May，Jr.A Statistical Analysis of Speed-Density Hypotheses[J].In Highway Research Record 154，TRB，National Research Council，Washington，D.C.，1967：53-87.