吉林大学学报(工学版) ›› 2025, Vol. 55 ›› Issue (6): 1973-1983.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20230981

• 交通运输工程·土木工程 • 上一篇    下一篇

路网道路服役性能和交通状态耦合仿真预测

杨轸(),郑瑞平,巩喆   

  1. 同济大学 道路与交通工程教育部重点实验室,上海 201804
  • 收稿日期:2023-09-13 出版日期:2025-06-01 发布日期:2025-07-23
  • 作者简介:杨轸(1974-),男,副研究员,博士. 研究方向:交通安全,路网结构,公路数字化.E-mail: yangzhen5719@tongji.edu.cn
  • 基金资助:
    中央高校基本科研业务费专项资金项目(2023-4-ZD-05);国家重点研发计划项目(2022YFC3002601)

Highway infrastructure performance and traffic state prediction on road network

Zhen YANG(),Rui-ping ZHENG,Zhe GONG   

  1. The Key Laboratory of Road and Traffic Engineering,Ministry of Education,Tongji University,Shanghai 201804,China
  • Received:2023-09-13 Online:2025-06-01 Published:2025-07-23

摘要:

通过建立考虑交通状态随时间变化的道路设施服役性能预测模型和道路服役性能衰变下的交通运行状态反馈模型,探究了路网道路设施的服役性能和交通运行状态的互相影响规律;融合路网拓扑结构表达和存储,构建了可以有效模拟路网道路服役性能和交通状态耦合演变的仿真模型。采用变步长离散事件仿真方法,在通用PC平台上采用Matlab/Simulink 进行解耦,实现路网道路服役性能和交通状态耦合仿真。应用实例表明:耦合仿真预测方法得到的路网运行状态预测值与实际值误差较小,对比传统不考虑耦合的预测结果精度更高。

关键词: 道路工程耦合仿真, 道路服役性能, 路网交通状态, 路面平整度指数

Abstract:

By establishing the prediction model for the highway infrastructure performance that considered the temporal variation of traffic status and the feedback model for traffic status that considered the decay of highway infrastructure performance, the mutual influence between the two was explored. By integrating the expression and storage of road network topology, the coupled simulation model was constructed. Using the variable step-size discrete event simulation method and Matlab Simulink for decoupling on PC platform, the coupled simulation of the highway infrastructure performance and traffic status was implemented. The application example demonstrates that the simulation model can predict highway infrastructure performance well, and the accuracy is higher than that of the traditional prediction without considering the coupling.

Key words: road engineering coupling simulation, highway infrastructure performance, road network traffic state, pavement roughness index

中图分类号: 

  • U491

图1

路面-车辆悬挂系统动态响应模块"

图2

B级路面不平度曲线"

表1

1/4汽车仿真模型参数值"

参数数值
簧上质量Ms/kg310
簧下质量Mu/kg35
悬架阻尼系数C/[N·(s·m-1)]1 000
悬架刚度Ks/(N·m-119 500
轮胎刚度Ku/(N·m-1197 000

图3

“SGM7156DAAB”v-IRI-aw三维关系图"

图4

加权加速度等值线图"

图5

有限理性交通分配结果(β=0.7)"

图6

有限理性交通分配结果(β=0.4)"

图7

有限理性异质用户交通分配结果(β=[0.6,0.2,0])"

图8

有限理性异质用户交通分配结果(β=[0.6,0.6,0.4])"

图9

仿真模型基本结构"

图10

离散仿真系统的时间步逻辑"

图11

变步长解算示意图"

图12

路网简化图"

图13

高峰小时交通量PPCU相对变化值"

图14

路面行驶质量指数RQI相对变化预测结果对比"

图15

2020年路面行驶质量指数RQI相对变化预测结果与实测值对比"

图16

2021年路面行驶质量指数RQI相对变化预测结果与实测值对比"

表2

路网运行状态预测精度"

2020年2月RQI2021年2月RQI2020年4月13日PPCU

不考虑耦合

预测精度/%

76.074.077.4

耦合仿真模型

预测精度/%

91.395.392.3
[1] Smith M J. The stability of a dynamic model of traffic assignment—an application of a method of lyapunov[J]. Transportation Science, 1984, 18(3): 245-252.
[2] Siri E, Siri S, Sacone S. A progressive traffic assignment procedure on networks affected by disruptive events[C]∥European Control Conference (ECC), St. Petersburg, Russia,2020: 130-135.
[3] 孙立军. 沥青路面结构行为学[M]. 上海: 同济大学出版社, 2013.
[4] 陈红, 马晓彤, 赵丹婷. 基于元胞自动机的破损路面车辆换道仿真[J]. 公路交通科技, 2018, 35(10): 117-125.
Chen Hong, Ma Xiao-tong, Zhao Dan-ting. Simulation of vehicle lane-changing behavior on damaged pavement based on CA model[J]. Journal of Highway and Transportation Research and Development,2018, 35(10): 117-125.
[5] Pei Y L, Mao C Y, Song M. Driving mode at pothole-subsidence pavement based on wheel path & speed[J]. Advanced Engineering Forum,2012, 5: 77-81.
[6] Chen X, Hudson S, Cumberledge G, et al. Pavement performance modeling program for Pennsylvania[J]. Transportation Research Record, 1995(1508): 1-8.
[7] Kumar A, Peeta S. A day-to-day dynamical model for the evolution of path flows under disequilibrium of traffic networks with fixed demand[J]. Transportation Research Part B: Methodological,2015, 80: 235-256.
[8] 殷珺, 陈辛波, 吴利鑫, 等. 滤波白噪声路面时域模拟方法与悬架性能仿真[J]. 同济大学学报: 自然科学版, 2017, 45(3): 398-407.
Yin Jun, Chen Xin-bo, Wu Li-xin, et al. Simulation method of road excitation in time domain using filtered white noise and dynamic analysis of suspension[J]. Journal of Tongji University (Natural Science), 2017, 45(3): 398-407.
[9] 刘帅, 杨轸. 基于MATLAB仿真的块石减速路面设计方法研究[J]. 交通科技,2023(4): 106-111.
Liu Shuai, Yang Zhen. Research on the design method of block stone deceleration pavement based on MATLAB simulation[J]. Transportation Science & Technology,2023(4): 106-111.
[10] 周荣贵, 钟连德. 公路通行能力手册[M]. 北京: 人民交通出版社, 2017.
[11] Yang Z, Zheng R, Wang G, et al. A dynamic road network model for coupling simulation of highway infrastructure performance and traffic state[J]. Sustainability, 2022, 14(18): No.11521.
[12] 杨进, 连萌, 陈长. 沥青路面使用性能预测模型研究[J]. 城市建设理论研究, 2011(25): 1-5.
Yang Jin, Lian Meng, Chen Chang. Research on performance prediction model of asphalt pavement[J]. Theoretical Research in Urban Construction, 2011(25): 1-5.
[1] 潘福全,牛远征,张丽霞,杨金顺,陈秀锋,陈德启. 智能网联环境下无信号交叉口车辆通行控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 1948-1962.
[2] 赵红专,吴泽健,张鑫,石胜文,李文勇,展新,许恩永,王佳明. 基于密度离散度和信息传输延迟的网联商用车弯道格子模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 2015-2029.
[3] 赖元文,陈艳生,王书易,张宇龙,朱新运. 考虑公交与地铁换乘需求的公交时刻表优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 2030-2037.
[4] 何庆龄,裴玉龙,侯琳,刘静,潘胜. 混合策略改进WOA-BiLSTM的快速路出口匝道车速预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(6): 2038-2049.
[5] 潘义勇,徐家聪,尤逸文,全勇俊. 网约车出行需求影响因素多尺度空间异质性分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(5): 1567-1575.
[6] 周成栋,宋菲,赵小梅,姚俊杰. 基于多模式双动态演化的拥堵收费模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1319-1327.
[7] 张河山,范梦伟,谭鑫,郑展骥,寇立明,徐进. 基于改进YOLOX的无人机航拍图像密集小目标车辆检测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1307-1318.
[8] 孟祥海,王国锐,张明扬,田毕江. 基于选择集成的山区高速事故预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1298-1306.
[9] 宋现敏,湛天舒,李海涛,刘博,张云翔. 考虑用户成本和泊位利用率的停车预约分配模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1287-1297.
[10] 卢凯明,陈艳艳,仝瑶,张健,李永行,罗莹. 数据驱动的信号交叉口排队尾车驶离状态预测[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1275-1286.
[11] 岳昊,常笑,刘建业,曲秋莳. 引入车辆窗的定制公交线路优化[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1266-1274.
[12] 吴文静,邓淳淳,贾洪飞,孙舒航. 内涝影响下路网畅通可靠度评估及关键路段识别[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1250-1257.
[13] 秦严严,肖腾飞,罗钦中,王宝杰. 雾天高速公路车辆跟驰安全分析与控制策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1241-1249.
[14] 张文会,付博,周舸,乔晓田. 城市公共汽车全生命周期碳排放测算[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(4): 1232-1240.
[15] 潘义勇,徐翔宇. 数据不平衡的MobileViT网络交通事故严重程度预测模型[J]. 吉林大学学报(工学版), 2025, 55(3): 947-953.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 刘韶,桑爱军,陈贺新,陈强. 基于YC子阵的彩色图像三维矩阵变换压缩编码[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 569 -573 .
[2] 宗芳,隽志才 . 基于活动的出行方式选择模型与交通需求管理策略[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 48 -53 .
[3] 金宁,隽志才 . 基于顾客满意度的城市公交服务水平[J]. 吉林大学学报(工学版), 2008, 38(增刊): 63 -0066 .
[4] 彭亚平,郭英男,黄为钧,谭满志,董磊,王志伟 . 乙醇燃料均质压燃的燃烧循环变动[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(02): 301 -0306 .
[5] 肖献强,李欣欣,杨志刚,程光明 . 基于运动估计和图像匹配的视觉控制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(03): 655 -0659 .
[6] 崔向红, 姜启川,王树奇, 李俊义. 精铸模具钢热锻模的应用及寿命的提高[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(06): 567 -0572 .
[7] 付宏 , 董劲男 , 于建群. 基于CAD模型的离散元法边界建模方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2005, 35(06): 626 -0631 .
[8] 张宏壮,程光明,赵宏伟,曾平,杨志刚. 压电双晶片型二维惯性冲击式精密驱动器[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(01): 67 -0071 .
[9] 赵继,陈德祥,张富,詹建明,张恩忠. SiC悬浊液超光滑表面加工技术[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(04): 518 -522 .
[10] 何慧龙, 王太勇, 胥永刚, 秦旭达, 王双利 . 面向设备管理的网络化机械设备故障
诊断系统的实现
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(05): 691 -0695 .