基于集散波動模型對車道占用交通影響的探究

鄭桂桐

摘 要：隨著經(jīng)濟水平不斷發(fā)展，人民物質(zhì)生活不斷提高，城市生活中交通堵塞成了一大難題。尤其是交通事故的發(fā)生就會使車道被占用進(jìn)而產(chǎn)生交通擁擠，還有道路修建等一些其他原因?qū)е陆煌ǘ氯?。該文利用交通流波動理論，通過對道路通行能力進(jìn)行觀察，建立了可以描述交通事故排隊長度與事故橫斷面實際通行能力、事故持續(xù)時間、路段上游車流量間的關(guān)系的集散波動模型，并分析模型的優(yōu)缺點，對模型擴展做了進(jìn)一步討論。

關(guān)鍵詞：集散波動模型 通行能力 排隊長度 消散時間

中圖分類號：U491 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（c）-0243-01

1 研究背景

城市道路具有交通流密度大、連續(xù)性強、交叉口多等特點，使得城市道路的實際通行能力遠(yuǎn)低于其理想通行能力，因此，常會出現(xiàn)車輛排隊導(dǎo)致交通阻塞，甚至區(qū)域性擁堵。面對日益嚴(yán)重的擁堵問題，集散波動模型綜合城市道路的各種因素，探究車道占用對城市道路交通的影響。

2 實際道路通行能力

道路通行能力是指在理想的道路和交通條件下，當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)長度和技術(shù)指標(biāo)的車輛，以前后兩車最小車頭間隔連續(xù)行駛時，單位時間內(nèi)通過道路指定斷面的最大車輛數(shù)[1]，其中最小車頭間隔主要由剎車距離決定。

3 車流波動理論

對于排隊長度的計算，一般采用傳統(tǒng)的排隊論通過需求量和通行能力的關(guān)系推算得到，但它忽略了車流波動的影響，時間上誤差較大?，F(xiàn)選用車流波動理論，推導(dǎo)交通事故所影響的路段車輛排隊長度與實際通行能力、路段上游車流量間的關(guān)系式。根據(jù)車流波動理論[2]和速度-密度線性關(guān)系模型[3]，可以推導(dǎo)出波速與密度的關(guān)系：

（1）

Wx，y為集散波的波速；Qx、Qy為前后兩種車流狀態(tài)的流量；Kx、Ky為前后兩種車流狀態(tài)的密度。

4 集散波動模型求解事故發(fā)生后排隊長度及消散時間

假設(shè)事故發(fā)生后，只阻塞了部分車道，事故發(fā)生位置橫跨兩車道之間，導(dǎo)致事故點只能通行一個車道寬度的車流。阻塞車道的通行能力為0，造成該車道斷流，其上游車輛排隊，發(fā)生交通擁擠堵塞。

為敘述簡便，對所用符號說明如下：事故發(fā)生時，通行能力下降為C1；密度上升為KC1；被阻塞車道交通量為Q1，密度為K1；未被阻塞車道交通量為Q1；未被阻塞車道剩余通行能力為C1'；T0為交通事故處理所需時間；事故解除后到車隊消散前通行能力回升為C1；車流密度下降為KC2；兩波相遇時間為T，集結(jié)波速為W1，2，消散波速為W2，3。

假設(shè)上游路口交叉口紅綠燈的影響，其紅綠燈周期為30 s，被阻塞車道交通量將每隔30 s的作周期性變化。由此，

，

（2）

以30 s為一周期，兩波相遇過程中經(jīng)歷了TN個周期。每一個周期代表信號燈變化一次。假定事故發(fā)生時信號燈為綠燈。

根據(jù)公式：

（3）

可解出本次事故引起的排隊長X

（4）

5 模型的優(yōu)點與不足

5.1 模型的優(yōu)點

（1）集散波動模型，分析發(fā)生交通事故后路段上車輛排隊的形成與消散過程，減小了時間誤差。

（2）該文建立的集散波動模型對傳統(tǒng)車流波動模型進(jìn)行了改進(jìn)，加入了不同車道之間的影響。

5.2 模型的不足

（1）在模型假設(shè)中，規(guī)定通行車道上的車輛享有通行優(yōu)先權(quán)，然而在實際生活中，變道插車現(xiàn)象嚴(yán)重，也會導(dǎo)致通行車道通行能力降低。

（2）在建模過程中，直接假定事故發(fā)生時信號燈為綠燈，忽略了事故發(fā)生時信號燈為紅燈的情況。

參考文獻(xiàn)

[1] 李淑慶.交通工程導(dǎo)論[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 過秀成.道路交通運行分析基礎(chǔ)[M].南京：東南大學(xué)出版社，2010.

[3] 紀(jì)英，高超.道路賭塞時排隊長度和排隊持續(xù)時間計算方法[J].交通信息與安全，2009（S1）：47-49.