城市高架路-匝道-地面交通的交互作用及交通流特性研究.pdf

1、汽車工業(yè)的迅速發(fā)展與道路建設(shè)的相對落后，已經(jīng)成為非常突出的世界性矛盾。為了解決“交通難”問題，國內(nèi)外許多大中城市興建了快速通行的高架道路。但高架道路往往在建成之后不久便出現(xiàn)頻繁的交通阻塞，究其原因，除了交通需求猛增因素之外，規(guī)劃設(shè)計的缺陷以及建成后的交通管理與控制不當這兩個因素也不可忽視。高架路、匝道與地面道路組成了城市的立體交通網(wǎng)絡(luò)，三者之間息息相關(guān)、密不可分。基于實際的交通觀測，本文利用交通流理論中的宏觀和微觀方法(即流體力學模型和

2、元胞自動機模型)對高架路、匝道和地面道路之間的交互作用開展研究，對匝道附近的高架路段和地面交叉口進行了數(shù)學建模以及數(shù)值模擬，分析了交通流的復雜動力學行為，并且定性地為交通規(guī)劃設(shè)計及交通管理控制提出了一些建議。本文的主要工作如下： (1)選取上海市高架道路系統(tǒng)的局部路段，采用人工測量和攝像技術(shù)相結(jié)合的手段進行了大量的交通觀測，掌握了高架道路交通流的主要特征。對實測獲取的大量數(shù)據(jù)進行處理和分析，得出了分別適用于稀疏交通流和擁擠交通流

3、的兩種速度－密度關(guān)系式，并據(jù)此給出了暢行速度與阻塞密度這兩個重要參量的數(shù)值。由實測數(shù)據(jù)得到的基本圖揭示了高架路上實際存在的幾種不同的交通相。 (2)以上海市內(nèi)環(huán)線高架的武寧路匝道作為典型案例，實際觀測并細致分析了下匝道附近交叉口的交通流，直觀地確認了地面相交主干道的右轉(zhuǎn)車輛對下匝道直行交通的“擠壓”效應(yīng)。基于一維管道流模型，在連續(xù)性方程中引入源項，運動方程中引入弛豫項，對右轉(zhuǎn)車輛干擾效應(yīng)進行了數(shù)值模擬，結(jié)果與實測數(shù)據(jù)基本吻合。從

4、模擬結(jié)果來看，“擠壓”效應(yīng)隨著右轉(zhuǎn)車輛的數(shù)目增多而加劇，是導致某些交叉口出流不暢的重要原因，而設(shè)置在繁華路口的高架路下匝道加劇了這種擁塞狀況。因此建議：在高架路的設(shè)計階段應(yīng)正確地選擇匝道位置，而在制定此類交叉口的交通管理措施時，設(shè)置右轉(zhuǎn)方向的專用交通燈是一種較好的解決方案。 (3)針對上海市高架道路系統(tǒng)存在的交通擁堵問題，論證了在上匝道處采用信號定時調(diào)節(jié)措施的可行性，并確定了合理的信號配時方案。從本課題組發(fā)展的各向異性的流體動力

5、學模型出發(fā)，在運動方程中計及匝道交通影響項，對上匝道附近的高架路段進行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，與無任何控制措施時相比，對上匝道實行定時調(diào)節(jié)，可以優(yōu)化高架道路上的交通流參數(shù)，改善高架道路的交通狀況。對設(shè)計的六種信號配時方案進行對比分析，找出了最合理的優(yōu)選方案。 (4)論證了上海市交通管理部門在高架路上匝道的合流處所實施的交替通行規(guī)則的合理性和可行性。以FI元胞自動機交通流模型為基礎(chǔ)，對實施交替通行規(guī)則前后的上匝道合流處分別建立合

6、理的交通流模型，并對其交通流狀況進行了數(shù)值模擬和分析，結(jié)果表明：當高架路主線和上匝道的來流車輛較多時，實施交替通行規(guī)則可以大大改善高架道路交通；當交通流比較稀疏時，實施該規(guī)則前后交通流狀況基本不發(fā)生變化。當車流較為暢通或比較擁堵的狀態(tài)下，主干線和上匝道兩股車流容易實現(xiàn)1：1的交替通行；而當車輛中速行駛時，更容易實現(xiàn)兩股車流2：1交替行駛的局面。 (5)高架道路上的交織區(qū)經(jīng)常成為交通瓶頸。本文以NS元胞自動機交通流模型為基礎(chǔ)，考慮

7、到換道因素，對高架路主線為單車道時的交織區(qū)路段進行了數(shù)值模擬和分析。結(jié)果表明：當交通流稀疏時，車流的交織行為對系統(tǒng)影響不大，即使加大交織區(qū)長度，整個系統(tǒng)的交通流參數(shù)也變化不大；當交通流擁擠時，交織行為會對系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，此時加大交織區(qū)長度，可以改善整個系統(tǒng)的交通流狀況。模擬結(jié)果顯示，交織區(qū)長度并非越大越好，工程設(shè)計中應(yīng)該選取一個適宜的中間值，整個系統(tǒng)就可以獲得很好的運行效果。 最后，對我國未來的交通流研究進行了展望，并提出了一