城市交通拥堵扩散速度模型构建

王峰来永春杨培建

摘要：本文在分析交通拥堵特性及其规律的基础上进行了城市交通拥堵扩散模型的构建，目的是通过对城市道路交通拥堵扩散速度模型的构建为城市道路交通拥堵的管理和控制以及疏散策略的制定提供一些理论和工程参考。

关键词：交通拥堵；扩散速度；通行能力

1交通拥堵扩散的时空特性

1.1城市道路交通拥堵的扩散过程

首先在单个路段的瓶颈点形成排队，拥堵首先在单个路段上扩散。随着时间的延续，排队向上游扩散，影响到上游的若干交叉口。

1.2不同等级的城市道路，其区域拥堵的扩散过程有所不同

城市主干道上平面交叉口的通行能力明显低于路段通行能力，是最常见固定瓶颈，也是多数常发性拥堵产生的源头。

1.3信号控制的存在是拥堵扩散中最为重要的时空特性

信号交叉口对车辆有三种控制形式，绿灯表示车辆可以通行；黄灯表示除已经不能停留在停车线以外的车辆可以通行，其余停止；红灯表示车辆禁止通行。这三种控制形式可以组成一个控制状态，一个控制状态称为一个相位。所有控制状态之和即为交叉口的信号周期。上下游相关联交叉口的信号配时关联性直接影响到交通拥堵扩散规律性。

2交通拥堵扩散的交通流特性

3城市交通拥堵扩散速度预测模型

本文将从道路交通流和网络交通流这两方面入手，从复杂性、随机性和动态性的角度，借助于交通数据采集技术，分析交通拥堵扩散态势演变规律，建立交通拥堵扩散速度模型。

3.1车辆排队上溯速度模型构建

考察一列在信号控制交叉口排队等待通过的车队。如果此时车队的车辆数，也就是车队的规模为n，平均车头间距l，那么估计车队长度为n1。假设绿灯相位刚刚开始，上游N1辆车加入了车队，而前面的N2辆车驶离车队，此时排队长度是[n+（N1-N2）]•l。然而，事实并非如此，因为绿灯刚刚开始时，无论N1和N2是否相等，排队长度都在发生变化。例如，如果N1=N2，那么有效排队规模仍为n，但是排队长度并不是n1。在信号控制交叉口中，车辆排队的起始位置并不一定是停车线。交叉口的车辆到达呈车队状到达，一般情况下，车辆从停车线开始向上游方向排队等待通过交叉口；另一种情况是，当上游车队到达排队车队队尾时，起动波波面未传递到排队车队队尾，则排队从车队队尾开始排队。

3.1.1当车辆排队的起始位置是停车线时，可分为两种情况讨论。（1）信号控制交叉口的滞留车辆在有效绿灯时间内清空，上游到达车辆从停车线开始排队。（2）当上游车队到达排队车队队尾时，起动波波面已传递到排队车队队尾，但有效绿灯时间内滞留车辆未清空，停车波波面未传递到排队车队队尾，则上游到达车辆需经历减速跟驰到减速停车的排队过程。

3.1.2当车辆排队的起始位置是前方排队车辆队尾时，也可分为两种情况讨论。（1）从到达车队的车辆在前方排队车辆队尾开始排队至到达车队的车辆完全排队的时间内，起动波波面未传递到到达车队的车辆形成的排队队尾，则到达车队的车辆完全排队时达到最大排队长度，随后可能会因起动波传递至队尾使得排队长度下降；（2）从到达车队的车辆在前方排队车辆队尾开始排队至到达车队的车辆完全排队的时间内，起动波波面传递到到达车队的车辆形成的排队队尾，则到达车队的车辆需经历部分车辆直接停车排队，随后起动跟驰行驶，后续车辆减速跟驰行驶，当停车波波面传递到达后，开始减速停车排队。

4结语

本文在系统研究拥堵扩散的时空特性与交通流特性的基础上，结合传统的交通波模型与理论，在考虑交通流的可压缩性和可扩张性的不稳定性前提下，建立了车辆排队上溯速度模型，提出了较为精确的拥堵扩散速度模型。希望通过对城市道路交通拥堵扩散速度模型的构建为城市道路交通拥堵的管理和控制以及疏散策略的制定提供一些理论和工程参考。

参考文献

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