车道被占用对城市道路通行能力的影响

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1、车道被占用对城市道路通行能力的影响摘要本文针对城市道路车道被占后车辆被迫换道引起的交通集结、消散问题，根据交通流理论，建立了考虑横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量的车辆排队交通流数学模型，该模型反映出了道路被占后车辆换道过程中交通流的集结与消散过程，接下来通过在交通流模拟仿真中具有独特优势的元胞自动机交通流模型，模拟仿真出了城市主干路三车道被迫换道的交通流动态变化过程，最后将数学模型的计算结果与元胞自动机的仿真结果进行了对比分析，验证了所建立模型的科学性和合理性。对于问题1，根据视频1的影像资料，统计出了

2、交通事故发生前后事故路段的交通流量，结合该路段道路特征与交通流特性之间的关系，描述了视频中交通事故发生至撤离期间，事故所处横断面实际通行能力的变化过程，得出交通事故发生至撤离期间事故所处横断面实际通行能力随车流的变化而呈波动性变化，并且此期间道路交通量较少，车道一基本可满足车辆的通行需求的结果。对于问题2，根据分析同一横断面交通事故所占车道不同对该横断面实际通行能力影响的差异，考虑到事故发生的时间、车道位置以及上游到达车流在下游路口左转、直行和右转流量比例的不同，认为在该路段一、二车道发生事故时横断面处的通行能力比在二

3、、三车道发生事故时同一横断面的通行能力较高。对于问题3，首先根据交通流理论，建立了考虑横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量的车辆排队交通流数学模型，反映了被占道路车辆换道过程中交通流的集结与消散过程。对于问题4，考虑到道路通行能力受设计速度、车道数、道路横向净宽以及横向干扰等因素的影响，对道路通行能力进行一定修正，进而根据问题3中所建立的数学模型，得出了集结车辆排队长度到达上游路口所用的时间为124s左右，并通过所建立的元胞自动机交通流模型，仿真三车道被迫换道交通流集结与消散过程，得出了集结车辆排队长度到达

4、上游路口所用的时间为135s左右，在误差允许范围内，认为所建立的交通流数学模型是科学的，可对其进行推广和应用。关键词：城市道路；交通流；通行能力；元胞自动机；交通波-15-车道被占用对城市道路通行能力的影响1问题的提出和分析1.1问题的提出交通流问题的研究是近年来兴起的一个课题，是日益增长的交通建设和管理的需求。交通流系统属于复杂系统，它是存在自组织临界性和从自由运动相到阻塞相的相变行为。在车道被占用过程中，显示了车辆从自由运动相到局部堵塞相的变化。目前，城市道路基本都是多车道，当其中一条车道由于施工或交通意外被堵塞后

5、，就会发生车辆被迫换道现象。在此过程中，车辆的速度大大降低、道路的通行能力极大地减弱，特别容易导致车辆排队、车流密度增大、交通波向排队方向集聚等现象。因此，研究车道被占用条件下的道路车辆排队长、排队时间、排队车流消散时间、排队过程中交通波的传递及交通回波的传递等问题具有现实意义。国内外许多研究者一直致力于车流运行模型的研究，Daganzo提出了一种和流体力学LWR模型相一致的元胞传输模型，这种模型能用来模拟和预测交通流的时空演化，包括暂时的现象，如排队的形成、传播和消散。Heydecker和Addison通过研究车速和

6、密度的因果关系，分析和模拟了在变化的车速限制下的交通流。Jennifer和Sallissou提出了一种混合宏观模型，有效地描述了路网的交通流然而，拥挤也会由交通异常事件引起，交通异常事件定义为影响道路通行能力的意外事件，如交通事故车辆抛锚、落物短期施工等，从广义角度看，还应包括恶劣天气与特殊勤务等。异常事件往往造成局部车道阻塞或关闭，形成交通瓶颈，引起偶发性拥挤，这已经逐渐成为高速道路交通拥挤的主要原因，越来越多地受到研究者们的重视。例如M.Baykal-Gursoy等人提出了成批服务受干扰下的稳态M/M/c排队系统，

7、模拟了发生异常事件的道路路段的交通流。Chung依据韩国高速公路系统监测的准确记录的大型交通事故数据库提出了一种事故持续时间预测模型。当然，这些研究最终都是为了帮助缓解异常事件引起的交通拥挤。交通异常事件发生后，事发地段通行能力减小，当交通需求大于事发段剩余通行能力时，车辆排队，产生延误，行程时间增加，交通流量发生变化。1.2问题的分析本题研究的是车道占用对城市道路通行能力影响的问题。问题1中根据视频1的影像资料，统计出交通事故发生前后路段的交通流量，结合道路特征与交通流特性之间的关系，描述视频1中交通事故发生至撤离期

8、间事故所处横断面实际通行能力的变化过程。问题2是在问题1所得结论的基础上，结合视频2中的统计数据，考虑到时间段的不同，路段的右转、直行和左转流量比例的不同，分析并说明同一横断面交通事故所占车道不同对通行能力的影响的差异。在第3问中首先根据车流波动理论，建立路段车辆排队长度依赖于横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量的交通