基于集散波动模型对车道占用交通影响的探究

郑桂桐

摘 要：随着经济水平不断发展，人民物质生活不断提高，城市生活中交通堵塞成了一大难题。尤其是交通事故的发生就会使车道被占用进而产生交通拥挤，还有道路修建等一些其他原因导致交通堵塞。该文利用交通流波动理论，通过对道路通行能力进行观察，建立了可以描述交通事故排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系的集散波动模型，并分析模型的优缺点，对模型扩展做了进一步讨论。

关键词：集散波动模型 通行能力 排队长度 消散时间

中图分类号：U491 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）09（c）-0243-01

1 研究背景

城市道路具有交通流密度大、连续性强、交叉口多等特点，使得城市道路的实际通行能力远低于其理想通行能力，因此，常会出现车辆排队导致交通阻塞，甚至区域性拥堵。面对日益严重的拥堵问题，集散波动模型综合城市道路的各种因素，探究车道占用对城市道路交通的影响。

2 实际道路通行能力

道路通行能力是指在理想的道路和交通条件下，当具有标准长度和技术指标的车辆，以前后两车最小车头间隔连续行驶时，单位时间内通过道路指定断面的最大车辆数[1]，其中最小车头间隔主要由刹车距离决定。

3 车流波动理论

对于排队长度的计算，一般采用传统的排队论通过需求量和通行能力的关系推算得到，但它忽略了车流波动的影响，时间上误差较大。现选用车流波动理论，推导交通事故所影响的路段车辆排队长度与实际通行能力、路段上游车流量间的关系式。根据车流波动理论[2]和速度-密度线性关系模型[3]，可以推导出波速与密度的关系：

（1）

Wx，y为集散波的波速；Qx、Qy为前后两种车流状态的流量；Kx、Ky为前后两种车流状态的密度。

4 集散波动模型求解事故发生后排队长度及消散时间

假设事故发生后，只阻塞了部分车道，事故发生位置横跨两车道之间，导致事故点只能通行一个车道宽度的车流。阻塞车道的通行能力为0，造成该车道断流，其上游车辆排队，发生交通拥挤堵塞。

为叙述简便，对所用符号说明如下：事故发生时，通行能力下降为C1；密度上升为KC1；被阻塞车道交通量为Q1，密度为K1；未被阻塞车道交通量为Q1；未被阻塞车道剩余通行能力为C1'；T0为交通事故处理所需时间；事故解除后到车队消散前通行能力回升为C1；车流密度下降为KC2；两波相遇时间为T，集结波速为W1，2，消散波速为W2，3。

假设上游路口交叉口红绿灯的影响，其红绿灯周期为30 s，被阻塞车道交通量将每隔30 s的作周期性变化。由此，

，

（2）

以30 s为一周期，两波相遇过程中经历了TN个周期。每一个周期代表信号灯变化一次。假定事故发生时信号灯为绿灯。

根据公式：

（3）

可解出本次事故引起的排队长X

（4）

5 模型的优点与不足

5.1 模型的优点

（1）集散波动模型，分析发生交通事故后路段上车辆排队的形成与消散过程，减小了时间误差。

（2）该文建立的集散波动模型对传统车流波动模型进行了改进，加入了不同车道之间的影响。

5.2 模型的不足

（1）在模型假设中，规定通行车道上的车辆享有通行优先权，然而在实际生活中，变道插车现象严重，也会导致通行车道通行能力降低。

（2）在建模过程中，直接假定事故发生时信号灯为绿灯，忽略了事故发生时信号灯为红灯的情况。

参考文献

[1] 李淑庆.交通工程导论[M].北京：人民交通出版社，2010.

[2] 过秀成.道路交通运行分析基础[M].南京：东南大学出版社，2010.

[3] 纪英，高超.道路赌塞时排队长度和排队持续时间计算方法[J].交通信息与安全，2009（S1）：47-49.