部分道路瓶頸的交通流動力學建模及復雜特性研究.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)建交通流動力學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)象的生成機理，并對交通系統(tǒng)進行合理的規(guī)劃、設計和有效的控制，具有重要的現(xiàn)實意義和應用價值。本文在交通流微觀模型的基礎上，針對雙通道、非機動車道與機動車道的路內(nèi)泊車以及高速公路維護等道路瓶頸，建立了相應的交通流動力學模型，通過數(shù)值模擬和分析，研究了道路瓶頸對交通流

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)泊車的實施決策、設計和管理提出相關(guān)建議。
　　全文的主要工作如下:
　　(1)在Wahle雙通道模型的基礎上，引入多限速瓶頸，建立了多瓶頸效應的雙通道元胞自動機交通流模型，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稱、非對稱性以及瓶頸長度等因素對雙通道交通流的影響，并對其誘發(fā)的交通堵塞機理進行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在雙通道中

3、，瓶頸位置呈對稱分布時，能夠優(yōu)化道路的整體資源，道路使用效率較高;瓶頸位置呈非對稱分布時，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（如收費站等）位置的合理設置提供有益的參考。
　　(2)考慮非機動車道上設置有停車帶的情況，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機模型

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)量等因素對路段交通流的影響，并對典型的時空動力學特征進行了討論。
　　研究結(jié)果表明:在中密度時，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;設置多個較小的停車帶，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)泊車的實施決策、停車帶的設計、道路通行能力的研究提供一定的理論

5、依據(jù)。
　　(3)在第二個工作的基礎上，將車輛在非機動車道上的泊車擴展到車輛在兩條機動車道上的泊車，即考慮雙車道中路內(nèi)泊車對路段交通流的影響，提出了城市道路雙車道路內(nèi)泊車交通流元胞自動機模型，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)量等因素對雙車道交通流的影響，并對停車位與待停車數(shù)量之間的供求關(guān)系進行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在道路上的不同位置劃分出多個小型停車帶，要比設置一個大型停車帶更有利于提高道路的通

6、行能力。此外，通過對比分析非機動車道設置停車帶發(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動車道中路內(nèi)泊車的平均速度和流量。因此，在真實的交通中，將停車帶設置在非機動車道內(nèi)要比設置在機動車道內(nèi)更能減小阻滯干擾帶來的負面影響。
　　(4)將NaSch模型進行拓展，針對路段封閉這種常見的維護手段，建立了高速公路含有道路瓶頸的雙車道交通流元胞自動機模型。數(shù)值模擬研究了限速大小，限速區(qū)長度等因素對道路系統(tǒng)交通事故的影響，

7、并對交通事故易發(fā)生的位置和誘發(fā)交通事故的類型進行了探討。
　　研究結(jié)果表明:在限速區(qū)中，設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，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)進入堵塞區(qū)域時，要謹慎減速駕駛，可避免發(fā)