部分道路瓶頸的交通流動(dòng)力學(xué)建模及復(fù)雜特性研究.pdf

1、近年來，城市交通問題日益突出，特別是交通擁堵已成為制約城市發(fā)展的重要因素之一，而道路瓶頸是其主要誘因。因此，通過構(gòu)建交通流動(dòng)力學(xué)模型來探討道路瓶頸誘發(fā)的交通流宏觀特征和交通擁堵現(xiàn)象的生成機(jī)理，并對(duì)交通系統(tǒng)進(jìn)行合理的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和有效的控制，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價(jià)值。本文在交通流微觀模型的基礎(chǔ)上，針對(duì)雙通道、非機(jī)動(dòng)車道與機(jī)動(dòng)車道的路內(nèi)泊車以及高速公路維護(hù)等道路瓶頸，建立了相應(yīng)的交通流動(dòng)力學(xué)模型，通過數(shù)值模擬和分析，研究了道路瓶頸對(duì)交通流

2、宏觀特征的影響，并探討了它誘發(fā)交通擁堵及交通事故的成因。此外，還為城市道路中路內(nèi)泊車的實(shí)施決策、設(shè)計(jì)和管理提出相關(guān)建議。
　　全文的主要工作如下:
　　(1)在Wahle雙通道模型的基礎(chǔ)上，引入多限速瓶頸，建立了多瓶頸效應(yīng)的雙通道元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型，并采用速度反饋控制策略，數(shù)值模擬和研究了瓶頸位置的對(duì)稱、非對(duì)稱性以及瓶頸長度等因素對(duì)雙通道交通流的影響，并對(duì)其誘發(fā)的交通堵塞機(jī)理進(jìn)行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在雙通道中

3、，瓶頸位置呈對(duì)稱分布時(shí)，能夠優(yōu)化道路的整體資源，道路使用效率較高;瓶頸位置呈非對(duì)稱分布時(shí)，瓶頸間距越大，系統(tǒng)的平均密度和平均速度差異越明顯，從而降低了雙通道的使用效率;此外，道路的瓶頸長度越小，系統(tǒng)的平均速度就越大，道路的暢通性就越好。以上研究結(jié)果可為道路通行能力的最優(yōu)化控制及固定瓶頸（如收費(fèi)站等）位置的合理設(shè)置提供有益的參考。
　　(2)考慮非機(jī)動(dòng)車道上設(shè)置有停車帶的情況，提出了一種考慮阻滯干擾作用的路內(nèi)泊車交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型

4、，數(shù)值模擬研究了有、無阻滯干擾，待停車輛比例以及停車帶數(shù)量等因素對(duì)路段交通流的影響，并對(duì)典型的時(shí)空動(dòng)力學(xué)特征進(jìn)行了討論。
　　研究結(jié)果表明:在中密度時(shí)，無阻滯干擾能夠提高道路的平均速度和流量;待停車比例的增大，會(huì)降低道路的平均速度和流量，但在停車位有限的情況下，它的增大將不再影響道路的通行能力;設(shè)置多個(gè)較小的停車帶，更有利于提高道路的平均速度和流量;以上研究結(jié)果可為路內(nèi)泊車的實(shí)施決策、停車帶的設(shè)計(jì)、道路通行能力的研究提供一定的理論

5、依據(jù)。
　　(3)在第二個(gè)工作的基礎(chǔ)上，將車輛在非機(jī)動(dòng)車道上的泊車擴(kuò)展到車輛在兩條機(jī)動(dòng)車道上的泊車，即考慮雙車道中路內(nèi)泊車對(duì)路段交通流的影響，提出了城市道路雙車道路內(nèi)泊車交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型，數(shù)值模擬研究了有、無阻滯干擾，待停車輛比例以及停車帶的數(shù)量等因素對(duì)雙車道交通流的影響，并對(duì)停車位與待停車數(shù)量之間的供求關(guān)系進(jìn)行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在道路上的不同位置劃分出多個(gè)小型停車帶，要比設(shè)置一個(gè)大型停車帶更有利于提高道路的通

6、行能力。此外，通過對(duì)比分析非機(jī)動(dòng)車道設(shè)置停車帶發(fā)現(xiàn)，在相同條件下，雙車道中路內(nèi)泊車的平均速度和流量均小于非機(jī)動(dòng)車道中路內(nèi)泊車的平均速度和流量。因此，在真實(shí)的交通中，將停車帶設(shè)置在非機(jī)動(dòng)車道內(nèi)要比設(shè)置在機(jī)動(dòng)車道內(nèi)更能減小阻滯干擾帶來的負(fù)面影響。
　　(4)將NaSch模型進(jìn)行拓展，針對(duì)路段封閉這種常見的維護(hù)手段，建立了高速公路含有道路瓶頸的雙車道交通流元胞自動(dòng)機(jī)模型。數(shù)值模擬研究了限速大小，限速區(qū)長度等因素對(duì)道路系統(tǒng)交通事故的影響，

7、并對(duì)交通事故易發(fā)生的位置和誘發(fā)交通事故的類型進(jìn)行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在限速區(qū)中，設(shè)置合理的限速值和長度能夠有效地減小交通事故;在中密度時(shí)，交通事故發(fā)生的概率較高，特別是在擁堵區(qū)和正常行駛交匯處，易發(fā)生追尾事故;車輛換道是誘發(fā)交通事故的主要原因，且在道路施工段前因換道引起的交通事故概率最大。因此，在高速公路施工路段，駕駛員不要盲目強(qiáng)行換道，以減少換道造成的交通事故，而在車輛從正常行駛區(qū)進(jìn)入堵塞區(qū)域時(shí)，要謹(jǐn)慎減速駕駛，可避免發(fā)