城市交通间断流研究文献综述

廖杰

摘 要：为了降低城市交通拥堵程度、减少交叉口交通事故和为城市交通规划提供重要依据，对于城市交叉口的交通间断流的研究尤为重要，间断流是指在有外部固定因素影响的周期性中断交通流。本文基于对目前道路间断流研究相关文献的梳理，分析了国内外学者关于间断流所建立的模型、算法、拥堵原理和相应解决方案的优缺点，明确了间断流研究的核心问题是间断交通流阻塞程度的量化及其计算方法，评述与研究间断流联合参数模型的难点和挑战，并提出了研究展望：建立一种宏观和微观相结合、能够较为直观的描述城市道路交通流的现状和准确预测交通量的间断流模型。

关键词：间断流;交通流模型;控制算法;交通拥堵

0 引言

在我国经济迅速发展，城市发展规模日益扩大的形势下，交通拥堵问题愈发严峻，尤其是在具有大规模路网的城市。针对城市交通的拥堵现象，在交通流理论的基础上，要从宏观和微观的角度研究分析信号交叉口和非信号交叉口中因外界因素导致交通流中断的特点，通过展开对道路间断流的模拟与仿真，建立合理的交通流模型并对间断交通流进行解释和演化，可以得出各个交通流参数之间的关系，展开对道路的拥挤程度评价，能够更好地探索交通阻塞度的变化规律，从而为城市交通规划和智能交通设施的应用提供参考依据，能有效地降低城市交通拥堵度。

间断流和连续流相比，由于行驶车辆种类多，信号灯周期性变化和渠化区段分流等因素的影响，间断流的特征表现出了极大的复杂性。目前国内外的大部分研究都是基于连续流交通量数据，这样无法准确、直观的反映出间断流的特点，而且具有很大的局限性。在我国随着车辆数的快速增加，道路交通流的影响因素错综复杂，因此展开对间断流特性的研究迫在眉睫。近些年来，道路交通流理论不断发展完善，对间断流特点的研究也逐渐成为国内学者不断重视的课题。本文将从间断流的拥堵机理、拟合模型和模型算法、理論应用等方面对以往的文献进行整理和归纳。

1 间断流的拥堵机理的研究

任刚等提出了一种结合间断交通流的运行和流量特性的综合拥挤评价模型，该评价模型不仅能表征间断交通流参数的变化对交通拥挤的影响，而且可以更加均衡的评价交通拥堵[1]。林瑜等通过应用模糊算法把车辆排队距离占路段总长度的比例与行程速度两个参数值的计算结果作为道路阻塞度判别指标，建立相应的间断流阻塞度量化函数模型[2]。吕圣华的研究指出由快速路和城市常规道路不合理衔接所造成的间断流设施交织区问题是造成城市道路拥堵问题的源头之一[3]。

2 间断流模型及其算法的研究

交通流理论中，流量q、速度μ和密度k这三个基本参数是交通流模型的核心内容，三者中的两两之间的关系在交通流中都具有重要意义，其中速度—密度关系得到了大量学者的关注。

殷越铭等在探究交通流的流量、车速和车流密度三个参数关系的过程中建立了路段车辆通行的一阶拟线性的连续交通流模型，并在此基础上推广得到基于交叉路口通行规则的间断交通流模型[4]。龙小强等把道路上行驶的车流视为一种可压缩性的流体，通过研究计算得到可以描述连续交通流分布的方程，进而推导得出满足间断流分布特性的方程[5]。

在国外相关研究中，G.H.Peng等提出一种新的网格交通流模型来描述存在交通中断概率影响的交通流，通过非线性分析得到了修正的Korteweg-deVries方程，并提出了交通中断概率可以稳定交通流。Tian Chuan建立了一种在考虑交通中断概率和两车道之间的相互影响下的高速公路间断交通流特点的宏观模型，该模型可以有效的反映出交通中断概率对双车道高速公路交通流行驶和变道行为的影响。

3 间断流理论应用的研究

沈国江等提出的一种包含了卡尔曼滤波模型和径向基函数两个子模型的短时交通流组合模型，可以用来预测非线性和不确定性较大的间断交通流的短时交通量。柏海舰等的研究指出公交车站点会由于上游交叉口的信号控制而导致多辆公交车排队间断进站和出站，基于公交汽车间断流特性采用排队论方法提出了减小站点拥堵的优化方法。侯正英建立以路段域行程时间、交叉口域行程时间和信号周期为关键影响因素的样条权函数神经网络模型可以较好的预测城市道路信号交叉口间断交通流路段的行程时间。

在国外学者的间断流理论应用研究中，Ali Louati等提出基于生物免疫理论而创新的TSCS（多种交通信号控制系统），该系统可以通过不断地通过学习案例来提高对信号交叉口间断交通流的监测和控制能力，这为解决阻塞通道和高流量的信号交叉口等极端情况下提供了一种新的解决办法。Chen Yu等提出的一种新的间断流速度密度模型可以准确、直观地描述城市道路交通状态，且该模型在预测和分析复杂信号交叉口的间断流交通方面可以发挥重要的作用。

4 总结与展望

通过阅读和学习国内外学者有关间断流交通的相关文献可以看出，我国对于间断流交通的研究涉及了多个方面和领域，各个学者也对道路间断交通流的拥堵机理、模型算法、相关的理论应用方面有自己的思考和建议。但总的来说还是缺乏对形成间断流拥堵微观层面上的考虑，且目前国内对于间断流的研究大多数还停留在系统分析、构建模型和优化算法的理论层面。针对当前我国间断流研究现状及问题的梳理，在今后的研究过程中应注重从以下方面展开探索。

（1）宏观和微观相结合。从现有的文献研究看，当前我国学者对于道路间断流的研究以宏观角度建模为主。城市道路交通本身就复杂多变，是在很多影响因素相互作用才呈现出可视的拥堵状态，宏观的连续交通流理论已不能具体描述间断交通流的现状，如何将人、车、路、环境等因素纳入分析体系，将宏观和微观参数相结合是今后城市道路间断流研究的重点。

（2）间断流模型的描述和预测功能相结合。目前国内的研究多数是以经典理论为基础，带入数据计算得到的间断流模型，在反映城市道路间断交通流实际运行状态上具有很大的局限性。国内学者应依据大量的真实路网数据并结合相应的交通流现象进行综合分析，在全面考虑各类交通要素的影响之后建立相应的交通流模型，探索在不同等级道路和不同类型交叉口的情况下模型的适用性，从宏观和微观的角度入手探索间断流模型再现复杂交通现象和预测短时交通量的实现途径。

参考文献：

[1]任刚，范超，华璟怡，等.城市道路间断交通流综合拥挤指标分析[J].东南大学学报（英文版），2014（1）：101-106.

[2]林瑜，杨晓光，马莹莹.城市道路间断交通流阻塞量化方法研究[J].同济大学学报（自然科学版），2007（3）：336-340.

[3]吕圣华.基于VISSIM仿真的间断流设施交织区组织研究[J].现代交通技术，2010，7（5）：84-86+98.

[4]殷越铭，包晓洁，黄雅纯.基于交通流模型的小区开放政策研究[J].中国商论，2016（30）：150-152.

[5]龙小强，晏启鹏.信号灯控制下的交通流模型[J].西南交通大学学报，2000（3）：301-305.