内容发布更新时间 : 2024/12/25 11:08:46星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

车道被占用对城市道路通行能力的影响

摘要

车道被占用是导致道路横断面通行能力降低的重要因素，本文利用视频一和视频二统计出的相关数据，研究车道被占用对城市道路通行能力的影响。

针对问题一，从视频一中可以明显看出在开始的4分钟内车辆运行流畅，在这段时间内道路的实际通行能力应为最大，4分钟以后由于碰撞事故导致车辆在事故点出现排队现象，此时道路的实际通行能力降低。另外，从事故发生前后的车流密度图可以看出，事故发生后车流密度明显变小，进一步说明事故发生后道路的实际通行能力降低。

针对问题二，我们利用matlab软件模拟出事故一和事故二发生前后的车流密度变化图，可直观看出发生事故二的车流密度变化比事故一发生时更为明显，此现象反映出发生事故二的道路通行能力稳定性较差，从而说明同一横断面交通事故所占车道不同对该横断面实际通行能力的影响有较大的差异；为了定量说明这一问题，运用流量-车道占用率关系模型分析出流量与车道占用率之间的关系。并且得出事故一和二的实际通行能力：

Qmax1?2492.88(辆/h?车道)?Qmax1?1930.78(辆/h?车道)。由此可知发生事故一

的道路实际通行能力比发生事故二的道路的实际通行能力更强。

针对问题三，我们从量化的角度上来分析事故所处不同车道上的通行能力。首先利用回归分析得出排队长度与上游车辆总数的相关性最高，其相关性系数为0.984。其他依次为事故持续时间和道路通行能力，交通事故所影响的路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系为：y?17.243?3.915x1?0.551x2?11.668x3；其次利用排队论模拟交通流可以得出当车辆数不断增加，即车辆排队长度不断加长时，车辆的停留时间越来越长，道路的实际通行能力越来越差，但道路系统不会轻易崩溃。

针对问题四，我们考虑到车辆在事故中的时空迁移变化，利用元胞自动机对事故交通流进行计算机模拟，得出当交通事故所处横断面距离上游路口变为140米，路段下游方向需求不变，路段上游车流量为1500pcu/h时，大概经过8分钟后车辆排队长度将达到上游路口。

关键字：通行能力 回归分析 排队论 MAEQLCP模型 元胞自动机

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一、问题重述

车道被占用是指因交通事故、路边停车、占道施工等因素，导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低的现象。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，也可能引起车辆排队，出现交通阻塞。如处理不当，甚至出现区域性拥堵。

车道被占用的情况种类繁多、复杂，正确估算车道被占用对城市道路通行能力的影响程度，将为交通管理部门正确引导车辆行驶、审批占道施工、设计道路渠化方案、设置路边停车位和设置非港湾式公交车站等提供理论依据。

视频1（附件1）和视频2（附件2）中的两个交通事故处于同一路段的同一横断面，且完全占用两条车道。请研究以下问题：

1. 根据视频1（附件1），描述视频中交通事故发生至撤离期间,事故所处横断面实际通行能力的变化过程。

2. 根据问题1所得结论，结合视频2（附件2），分析说明同一横断面交通事故所占车道不同对该横断面实际通行能力影响的差异。

3. 构建数学模型，分析视频1（附件1）中交通事故所影响的路段车辆排队长度与事故横断面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系。

4. 假如视频1（附件1）中的交通事故所处横断面距离上游路口变为140米，路段下游方向需求不变，路段上游车流量为1500pcu/h,事故发生时车辆初始排队长度为零，且事故持续不撤离。请估算，从事故发生开始，经过多长时间，车辆排队长度将到达上游路口。

二、问题分析

这是一个关于车道被占用对城市道路通行的影响的实际问题。

问题一要求描述视频一中交通事发生至撤离期间，事故所处横截面实际通行能力的变化过程。由于车道被占用是导致道路横截面通行能力降低的重要因素，因此我们首先需要得到车道占用率。根据相关信息了解到车道占用率的计算公式

1L?K（L为车的平均长度，m；K为车流密度，辆/km）为：O?。利用视1000频一统计出相关数据，再利用matlab软件模拟出流量与占用率之间的关系。从而得出通行能力的变化过程。

对于问题二，同理可得出通行能力的变化情况，采用回归分析得出事故一和

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事故二的通行量，比较其大小，数据越大说明通行能力越强，据此分析同一横断面交通事故所占车道不同对横断面实际通行能力影响的差异。

问题三要求分析出路段车辆排队长度与事故横截面实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量间的关系。我们将排队长度作为因变量，通行能力、事故持续时间、路段上游车流量视为自变量进行多元线性回归分析。因为在视频中得到的实测数据是有限的且不够精确，我们利用排队论进行模拟车辆数与公路通行能力并计算出每辆车离开上游路口的时刻、到达事故点的时刻和离开事故点的时刻。考虑到出现事故后由原先的三条车道变成了一条车道，出现了瓶颈现象、换道、车速减慢等情况，我们建立了MAEQLCP模型得出排队长度的变化率，以更好的分析出实际通行能力、事故持续时间、路段上游车流量对排队长度的影响。

问题四是当视频1中的交通事故所处横断面距离上游路口变为140米，其他量不变的情况下，估算从事故发生开始，经过多长时间，车辆排队长度将到达上游路口。由于事故发生后堵塞了车道，在车道二和三行驶的车辆必需换道。在换道的情况下，车辆缓慢前行或停滞，车辆流通是离散的且不断处于时空转移的状态，因此我们建立了元胞自动模型（CACF模型），此模型可以很好的模拟出交通意外事件所致紊乱交通流的规律，从而得出排队长度达到140米时所需的时间。

三、基本假设

（1）假设视频一、二中统计出的数据与实际相差不大； （2）假设视频中的时间真实无误；

（3）假设在一定的时间内，不同种车型的速度及性能是一致的； （4）假设路面状况良好且车辆运行除事故外无其他外界环境影响； （5）假设人行道、交叉口、街边商店，不许随意停车； （6） 在模拟车流量时，假设车辆的数辆服从负指数分布。

四、符号说明

?O?????????????????车道占用率

?L?????????????????车的平均长度 ?K?????????????????车流密度

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?Q?????????????????车流量

?v?????????????????车的平均速度

?N0?????????????????初始时刻上、下游断面之间的车辆数

?NU?t??????????????????时刻t通过上游断面车辆累计数

?ND?t??????????????????时刻t通过下游断面车辆累计数 ??N?t????????????????时刻t上、下游断面之间的车辆累计数

五、模型的建立

5.1 问题一和问题二的模型的建立与求解

5.1.1 流量-车道占用率关系模型的建立

车道占有率是指在某一瞬间，已知路段上所有车辆的长度总和与该路段之间的比值。根据车道占有率与车流密度的关系为：

1 O?L?K ?1?

1000式中，O为车道占用率；L为车的平均长度，m；K为车流密度，辆/km。

根据Greenshields速度-密度线性模型可以推知，高速公路上的车流量Q、速度v及密度K存在下列关系：

v?aK?b ?2?

Q?Kv?K?aK?b??aK2?bK ?3?

将式?1?代入式?3?，则有：

10002a21000bQ??O??O ?4?

LL2上式中的a、b为相应变量的系数，Q、v的单位分别为辆/?h?车道?和km/h。

5.1.2 数据来源

根据视频一、二中的情景，将整个过程分成两个阶段：事故前和事故后。由

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附件5可知，相位时间为30s；因此我们将30s为一个间隔统计事故前和事故后的电瓶车、小车、大型车的辆数。查找资料得到车的换算标准为：

表1：车的换算标准 车辆类型 换算系数 电瓶车 0.4 大型车 1.5

因而最终将视频转化为如表2和表3的数据：

表2 视频一中统计的数据

时间段 车辆总数 表3：视频二中统计的数据

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 9.1 7.9 5.4 11.4 11.1 9.7 10 20.6 11.5 13.5 8.8 8.4 8.6 9.9 10.2 6.8 9.7 12.2 10.4 9.8 14.6 8.3 11.2

依据上述两个视频中的数据我们利用matlab软件处理得到视频一、二中事故发生前后车流密度变化的情况以及事故发生的时刻的图象（编程见附录二），图如下：

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时间段

1 2 事故前 3 4 5 6 7 8 9 10 11 事故后 12 13 14 15 16 17 18 19 车辆总数 5.4 17.1 3 19.5 4.2 20.8 4.4 18.8 3.8 18.5 7.8 15.7 1.4 16.3 1.8 19.7 2.2 20 1 事故前 事故后