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基于交通波理论的城市道路通行能力模型的研究

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摘要：分析车道被占用对城市道路通行能力的影响，受车道占用影响的车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量之间以交通波模型对实际数据进行了波动理论分析，并利用研究成果对一实际情况进行分析计算得到车辆排队长度达到上游路口的时间。

关键词：城市道路通行能力；交通波模型；波动理论；Excel

由于城市道路具有交通流密度大、连续性强等特点，一条车道被占用，也可能降低路段所有车道的通行能力，即使时间短，如处理不当，甚至出现区域性拥堵。本文通过优化交通波模型，通过计算和实际计数进行对比分析来得出车道被占用对城市道路通行能力的影响程度，为交通的各种意外状况和设置非港湾式公交车站等提供理论依据。[1-2]

1交通波模型的理论知识

车流波动理论是将交通流比拟为流体，车流波动理论就是假设车流因道路或交通状况的改变而引起车流密度的改变时，分析车流波的传播速度可寻求车流流量和密度同车速之间的关系的一种理论。这种理论把整批车辆作为考察对象，所以是一种宏观的分析方法。这种理论在“流”的状态较为明显的场合，[6]

分析瓶颈路段的车辆拥塞等问题有其独特的用途。本文利用原始的交通波模型进行流量计算的一般步骤：

步骤一：车流量虚线与运行轨迹的交点是运行状态发生变化的位置，设点所在时刻为，位置为x，由车流波动理论At可知波速为：

其中，s为等待队列车数??，t为事故发生后的时间??。步骤五：得出等待队列长度S??m为Ssk?j。（9）

得出结论当实际通行能力和路段上游通车辆恒定时，排队长度将会按照局部交通波浮动，整体线性增加的趋势增长。

2基于原始交通波模型的优化和求解

在基本的交通波模型中因为并未考虑事故持续时间和路段上游通行量之间的关系，所以测得的结果与实际有较大的误差，将初始模型按照上述两方面因素进行修正优化将原始交通波模型的公式进行改进。

其中，假设Q1的实际处理能力与下行能力保持不变，而Q1500pcu/h的处理能力改为。

当上游路口距离横断面为140m的时候，实际的排队等待队列区域增长为140m，这时，上游车辆的密度应由上有车辆流量得出。因为无论是120m还是140m车辆的饱和密度都是呈线性增加，故可以得出。

再次引入公式（6），（7）这时的i不再代表事故结束时间，T而是作为因变量代表到达路口时的时间。

因为刚刚进入时要考虑到前一个红绿灯中所加入的车流量的系数，根据视频一的数据统计，修正参数约为1.12。将如上数据代入上述式子进行运算，所得的Kj?33.73，将Q2比例系数进行加权之后代入?公式可得??0.763将比例系数代入Ti计算可得最后结果T。i=183.48s因为相位时间为绿灯时间延迟，考虑路口时外加3秒3s[15]车辆的增加量，通过资料查询引入相位递增系数公式：nat?()22?vat黄绿左左（10）

按照平时流量的0.85进行计算得出最后的时间为192.73s。综上可知：题中给出上游车流量1500pcu/h，以及路段下游的需求不变事故一直持续，可以认定期间的车辆的交通密度一定，引入相位递增系数并根据视频一，二统计求得边转弯车道车辆涌入加权系数1.13，带入修正过的公式进行计算，得出最后结果为192.73s。

参考文献：

[1]孙健，魏丽英，基于均值化主成分分析的交通安全评价方法研究[J]，交通信息与安全，2012，30（1）：90-98。

[2]纪荣芳，主成分分析法中数据处理方法的改进[J]，山东科技大学学报（自然科学版），2007，36（5）：95-98。

[3]薛毅，数学建模基础[M]，北京：科学出版社，2011。

[4]李德宜，李明，数学建模[M]，北京：科学出版社，2009。

[5]徐全智，杨晋浩，数学建模[M]，北京：高等教育出版社，2004。

[6]范金城，林长海，数据分析[M]，北京：科学出版社，2010。

基金资助：院级教改一般项目（2013JGY19）

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-全文完-