城市道路路段拥挤交通流特性研究

第18卷　第1期2010年3月山东交通学院学报JOURNAL OF SHANDONG J I A OT ONG UN I V ERSI TY Vol . 18No . 1Mar . 2010DO I :10. 3969/j . issn . 1672-0032. 2010. 01. 004

城市道路路段拥挤交通流特性研究

李林波, 吴　兵, 潘　弘, 岑文骁

(同济大学道路与交通工程教育部重点实验室, 上海　201804)

摘要:通过现场调查, , 交通拥挤与明确交通拥挤实际状况。, 据采集, 在分析造成拥挤成因的基础上, , ,

并与非拥挤状态交通流进行比较, , 而车型在拥挤交通流中也是一

个重要的影响因素。

关　键　词:交通工程; 拥挤

. :A 文章编号:1672-0032(2010) 01-0013-04

, 由于交通流运行过程中受到信号灯的周期性阻滞作用, 所以交通流具有典型的时变性、非线性和间断性的特点, 这些不确定性因素增加了城市道路交通流的复杂性。国内外的交通工程研究者们大都致力于高速公路交通流的研究, 并建立了多种基于不同技术的算法来判别交通流的异常状态, 但对于城市道路交通流的研究相对较少

通拥挤[3][1-2]。正确分析城市道路拥挤交通流的特性是明确拥挤实况和客观评价交通拥挤的基础, 可以提供用户出行决策支持和交通管理组织依据有利于缓解城市道路交。考虑到任何一个交叉口的交通状况是由与其相连的路段上交通状况决定的, 本研究暂且以路

[4]段为单位来讨论道路拥挤交通流的特性。

1　拥挤交通流特性定性分析

相比自由流的交通运行状态, 交通拥挤时的车辆间隙很小, 车辆间的相互作用很大, 多处于紧急跟驰状态, 受到前后及侧向的干扰明显增大, 车流运行速度、密度等均有显著变化, 此时司机多处于一种紧张

[5]焦虑的状态, 驾驶倾向性(如冒风险、性别、年龄等的差异) 表现更为明显, 对交通流的影响也更大。

拥挤但车流相对稳定时, 不同车道上的车辆速度差异很少, 多以同步流向前行驶, 此时的换道动机不一定是为了提高速度, 可能是为了寻求更好的行驶空间, 车速在大家公认的可以接受范围之内, 只是速度和驾驶自由度受到严格约束, 舒适和便利程度低下, 交通量的少量增加都会造成运行状态的偏离。

拥挤且车流不稳定时, 交通量稍有增加, 或交通流内部有小的扰动就会产生较大的运行障碍, 甚至发生交通中断, 交通处于强制流状态, 车辆经常排成队, 走走停停, 在这种情况下, 交通量与速度同时由大变小, 直到零, 而交通密度则随交通量的减少而增大。当速度低于某一临界值时, 车辆会减速直至停车, 当与前车间距大于某一临界值后, 车辆才会加速启动。

对于拥挤流的车辆行为进行分析, 发现换道对周边车辆的行驶状态影响较大。当前间隙不足时, 有收稿日期:2009-12-02

基金项目:教育部博士点基金资助项目([1**********]0)

作者简介:李林波(1974—) , 男, 湖南岳阳人, 同济大学讲师, 工学博士, 主要研究方向为交通规划与管理.

14　　　　　　　　　　　　山东交通学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　2010年3月　第18卷换道意图的车辆会先减速以拉大间隙, 当后间隙不足时, 有换道意图的车辆会先向目标车道后车发出换道请求, 后车再选择是否减速让行。而非拥挤状况下, 由于目标车道前后车的间隙较大, 一般不存在这种减速行为, 此时换道对车辆间的影响较小。

2　

路段交通流特性分析

利用录像机作为记录设备, 记录一定时间间隔或者

实际连续的交通流资料。调查地点一般选择平坦顺直、

离交叉口有一定距离、车速不易受到道路条件、信号灯控

制和行人过街影响的道路, 同时也不受公交停靠站公交

车出入主路的干扰等。基于以上要求, 本研究选择了上

海市区的典型主干道路斜土路作为研究对象, 并确定在

鲁班路与打浦路之间、西向东方向上、双车道的某路段作为最终研究对象, 路段示意图如图1图1, 、节假日等交通有异常时间段, 在回避风雨天气的基础上, 21h (16:30—17:30, 17:30—18:30) 。

速度, 为了保证道路交通流统计分达到样本要求, 取置信度为95%, 10/h,允许偏差为2km /h, 最小样本量为97。在采集数据时, 平峰、高峰时段分别采集了1h , 这个样本量远远大于精度所要求的最小样本量, 且能达到更高的精度要求。

2. 1　平峰时段路段交通流车速特性分析

随机选取150个具有代表性的地点车速样本, 车速分布如图2所示, 平均速度为37. 04km /h, 符合城市道路通畅情况的正常通行速度。车速样本的众数为36k m /h, 占50%以上, 表明在通畅的情况下, 由于自由流状态交通量很小, 使用者不受或基本不受交通流中其它车辆的影响, 有非常高的自由度来选择期望的速度, 大部分车辆能够以相同稳定的速度通行。

随机选取的150个具有代表性的地点车速样本, 统计并绘制行程车累计频率曲线, 如图3。由图3可以看出, 第85%位车速为36k m /h, 第15%位车速约为21. 6km /h, 中位车速约为28. 8km /h 。车速样本方差为19. 05, 标准差为4. 36, 极差为54k m /h, 考虑到路段上大车行驶状况与小车不同, 同时驾驶员面对突发情况的减速或者加速操作, 车速可能相对较大的偏离平均车速, 这是由于在顺畅情况下, 自由度高、车辆间相互影响制约因素小, 样本表现出离散特征

。

图2　平峰时段地点车速分布图3　平峰时段累计频率曲线

2. 2　高峰时段路段交通流特性分析

分别将2条车道中车辆通过固定位置的时间连续排列, 将后车通过该点的时间与前车通过该点时间相减, 得到车辆的车头时距并统计交通流量。采用与平峰时段同样的数据处理方法, 随机选取150个具

第1期　　　　　　　　　　　　　　　李林波等:城市道路路段拥挤交通流特性研究　　　　　　　　15有代表性的地点车速样本, 实测车速分组频率统

计, 绘制行程车累计频率曲线如图4。

样本平均车速为12. 6km /h, 而从车速分布

情况来看, 绝大多数车辆以10. 8～14. 4km /h 的

速度通过测速段, 同时也有相当部分车辆的速度

不到5k m /h,另外有较少数量的车辆以20k m /h

以上的车速通过测量路段。

由此可见, 交通拥挤使平均车速降低了约2/

3, 即使出现暂时恢复畅通的情况, 车速重新提高

到自由流状态水平, 但随着交通量增加, 车速又会

迅速返回拥挤状态。

2. 3　平峰时段与高峰时段交通流特性对比分析　图4　1) 1, 内侧与外侧车道车辆的平均车速差比通畅状态要大, , 这会造成恶性循环, , 左右2条车道车辆的车速差值为0. 72k m /h, ; , 24. 68km /h 。

, , 2条车道速度差很小, 车辆驾驶员并不会刻。而在拥挤情况中, 驾驶员在本车道前车迟迟不启动, 而旁边车道堵塞情况已经稍微得到缓解时, 容易采取见缝插针的突然变道措施, 这样即对行车安全造成了一定影响, 同时也使后车不得不紧急制动, 从而又对后续车辆的通行产生不良后果。

2) 平峰与高峰时段不同车型的车速对比如表2所示。大车与小车在拥挤状态下的速度差比通畅状态下要大, 也就是说车型在拥挤交通流中是一个重要的影响因素。由表2可知, 在通畅情况下, 城市道路尤其是在主次干道上, 小车由于受到道路限速、交叉口间距较短等制约, 车速只能控制在较低水平, 而这一速度是大车能够达到的, 因此, 车型对交通流速的影响并不大。大小车型的速度差值仅为4. 7k m /h, 大车比小车的车速仅少了10%。而一旦出现拥挤, 车辆不可避免的要面临匀速—减速—停车—加速—匀速的过程, 而不同车型对这一过程的反映是不同的, 小车在提速、制动等各方面优于大车。小车的车速可以达到20. 9km /h, 比大车快了7. 9k m /h 。

3) 拥挤状态下车辆的车速比较接近, 而在自由度较高的通畅情况下, 车速离散程度比较大, 极差也大, 几乎是高峰时段的1. 5倍, 样本方差为19. 05, 几乎是后者的3倍。

表1　平峰时段与高峰时段不同车道的车速对比

状态车道

外侧车道

内侧车道平均速度/(km ・h -1表2　平峰时段与高峰时段不同车型的车速对比状态车型小车大车平均速度/(km ・h ) 36. 7232. 04

4. 68-1) 方差18. 8020. 301. 50

4. 40

7. 30

2. 90标准差4. 304. 50方差18. 603. 7014. 906. 9024. 9018. 00通畅状态差值拥挤状态差值36. 7237. 440. 72通畅状态差值外侧车道内侧车道9. 7214. 404. 682. 102. 70拥挤状态差值小车大车20. 8812. 967. 92

3　结　论

目前, 大多用延误时间或滞留车队长度来表示交通状态, 这不能完全反映交通拥挤的本质, 也不能为

16　　　　　　　　　　　　山东交通学院学报　　　　　　　　　　　　　　　　2010年3月　第18卷改善拥挤提供正确的评价指标。本研究在对交通拥挤状态进行定性研究和行为分析的基础上, 通过数据调查, 利用交通流的一些指标特征进行对比分析, 发现拥挤情况下不同车道的车速呈现较大的差异, 导致车辆变道行为增加, 进一步加重了拥挤的蔓延。而大车的机动性差, 在拥挤情况下同样会导致拥挤的恶化, 因此在进行拥挤管理时, 应该严格约束拥挤情况下车辆的随意变道行为, 并根据高峰时段车速的变化情况, 在车速降低到相应门槛值以下时严格限制大车的进入。

参考文献:

[1]姜桂艳. 道路交通状态判别技术与应用[M].北京:人民交通出版社, 2004.

[2]孙勇. 城市干道交通流运动状态特性研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学, 2007.

[3]江龙晖. 城市道路交通状态判别及拥挤扩散范围估计方法研究[D].吉林:吉林大学交通学院, 2007.

[4]高超. 北京市主、次干道基本路段速度—流量关系模型研究[D].北京:北京工业大学, 2008.

[5]Sheu J B, R itchie S G, St ochastic . Modeling and Real 2Ti m e Predicti on of VehicularLane 2J on Research, 2001,

35B (7) :695-716.

Research cs of

ons of Ubran Road

L I L in 2bo, WU B ing, PAN Hong, CEN W en 2xiao

(Key Laboratory of R oad and Traffic Engineering of the M inistry of Education , Tongji U niversity, Shanghai 201804, China )

Abstract:Based on the field investigati ons, both qualitative and quantitative research on the congested traffic fl ow characteristics of the secti ons of urban r oad was made thr ough an objective evaluati on and knowledge on the urban traffic congesti on . Typ ical r oad secti onswere selected and VCR was made full use of observing t o do traffic survey and data collecti on . On the basis of analyzing the causes of congesti on, the survey data are p r ocessed fr om the l ocati on vel ocity, the travel vel ocity, traffic volume and other index . These indexes are compared with those of non 2congested traffic fl ow and finds that the traffic fl ow characteristics in the state of congesti on are significantly different and the vehicle model has an i m portant influence fact or on the congested traffic fl ow . Key words:traffic engineering; urban r oads; traffic fl ow characteristics; data analysis; congesti on

(责任编辑:谭旭翔)