交通擁擠機理形成分析

1、交通擁擠機理相關(guān)論文淺析Analysis of the papers related to traffic congestion mechanism 一、擁擠的定義二、交通擁擠分類三、擁擠產(chǎn)生的三類根源四、嚴(yán)重交通擁堵現(xiàn)象的形成與傳播過程大綱五、擁擠機理相關(guān)論文淺析一、擁擠的定義0日本建設(shè)省在對交通擁擠對策進行研究時，界定了交通日本建設(shè)省在對交通擁擠對策進行研究時，界定了交通擁擠，確定一般道路擁擠長擁擠，確定一般道路擁擠長1km1km以上或擁擠時長以上或擁擠時長lOminlOmin以以上的交通狀態(tài)為交通擁擠；城市高速公路以時速上的交通狀態(tài)為交通擁擠；城市高速公路以時速40km40kmh h以下

2、低速行駛或反復(fù)停車、啟動的車列連續(xù)以下低速行駛或反復(fù)停車、啟動的車列連續(xù)lkmlkm以上并以上并持續(xù)持續(xù)1515分鐘以上的交通狀態(tài)為交通擁擠。分鐘以上的交通狀態(tài)為交通擁擠。國外量化定義國外量化定義美國芝加哥運輸部對道路交通擁擠定義是國外經(jīng)常使美國芝加哥運輸部對道路交通擁擠定義是國外經(jīng)常使用的定義：認為用的定義：認為3030或更大的或更大的5 5分鐘車道占有率對應(yīng)分鐘車道占有率對應(yīng)的交通狀態(tài)都為交通擁擠。的交通狀態(tài)都為交通擁擠。車道占有率：車道占有率：空間占有率：即某一瞬時，單位長度路段上行駛的車輛總空間占有率：即某一瞬時，單位長度路段上行駛的車輛總長占該路段長度的百分比。長占該路段長度的百分比

3、。 時間占有率：單位觀測時間內(nèi)，車輛通過某一斷面的累計時間占有率：單位觀測時間內(nèi)，車輛通過某一斷面的累計時間所占單位觀測時間的百分比。時間所占單位觀測時間的百分比。 國內(nèi)量化定義國內(nèi)量化定義一、擁擠的定義我國我國20032003年發(fā)布的年發(fā)布的城市交通管理評價指標(biāo)體系城市交通管理評價指標(biāo)體系中有規(guī)定中有規(guī)定(1)(1)城市主干路上機動車的平均行程速度高于城市主干路上機動車的平均行程速度高于30km30kmh h的現(xiàn)象的現(xiàn)象 稱之為暢通；稱之為暢通；(2)(2)城市主干路上機動車的平均行程速度低于城市主干路上機動車的平均行程速度低于30km30kmh h，但高，但高 于于20km20kmh h的

4、現(xiàn)象為輕度擁擠：的現(xiàn)象為輕度擁擠：(3)(3)城市主干路上機動車的平均行程速度低于城市主干路上機動車的平均行程速度低于20km20kmh h，但高，但高 于于10km10kmh h的現(xiàn)象稱為擁擠了；的現(xiàn)象稱為擁擠了；(4)(4)城市主干路上機動車的平均行程速度達到低于城市主干路上機動車的平均行程速度達到低于10km10kmh h以以 下稱之為嚴(yán)重擁擠。下稱之為嚴(yán)重擁擠。1.2.發(fā)生的時間和地點都具有不確定性，還經(jīng)常由此而產(chǎn)生交通事故，造成交通擁堵、人員傷亡、財物損失等。 突發(fā)性交通擁擠二、擁擠的分類由于道路通行能力小于交通需求，擁擠產(chǎn)生的時間、地點都有一定的規(guī)律性，一般發(fā)生在交通高峰時段或道路

5、瓶頸處 常發(fā)性交通擁擠交通擁堵在網(wǎng)絡(luò)中的空間分布歸納為三種類型(談曉潔等，2003)：點擁堵、線擁堵、面擁堵。三、三類擁擠產(chǎn)生的根源（1 1）暫時性路障（特殊事件引起）暫時性路障（特殊事件引起）（2 2）網(wǎng)絡(luò)本身永久通行能力不足）網(wǎng)絡(luò)本身永久通行能力不足（3 3）需求在網(wǎng)絡(luò)中一個特定地區(qū)的隨即）需求在網(wǎng)絡(luò)中一個特定地區(qū)的隨即波動（如大型活動、節(jié)假日出行等）或波動（如大型活動、節(jié)假日出行等）或 是駕駛員行為的不規(guī)則性，導(dǎo)致排隊延是駕駛員行為的不規(guī)則性，導(dǎo)致排隊延伸或后溢。伸或后溢。四、嚴(yán)重交通擁堵現(xiàn)象的形成與傳播過程一般而言，可以分成以下三個階段：首先，擁堵最初發(fā)生在路網(wǎng)的關(guān)鍵部位，或僅在某些路

6、段 或交叉口相互獨立地出現(xiàn)交通堵塞；隨后，交通擁堵在網(wǎng)絡(luò)上進行傳播蔓延，影響到路網(wǎng)的其 他區(qū)域；最后，由于得不到及時有效的控制，就很有可能在路網(wǎng)結(jié) 構(gòu)中形成擁堵閉環(huán)(gridlock)，導(dǎo)致大范圍交通癱瘓。（點-線-面）五、擁擠機理相關(guān)論文淺析城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院（自然科學(xué)版）2006.3城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛）同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院（自然科學(xué)版）2008.5Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel何紅弟、盧偉真、董力耕 香港大學(xué)（COMMUN THEOR PHYS

7、 理論物理通訊 SCI 2011.11.15）五、擁擠機理相關(guān)論文淺析城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）（1）運用經(jīng)濟學(xué)理論和方法 說明城市交通擁擠與開發(fā)商 追求土地區(qū)位巨大的緩差效益有關(guān)；（2）微觀經(jīng)濟學(xué) 道路交通設(shè)施的外部效應(yīng)導(dǎo)致?lián)頂D；（3）博弈論 對交通擁擠問題及涉及交通問題的對策進行 了分析。綱要城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）1.交通和地價的關(guān)系理論地租與城市中心距離成反比，運費地租與城市中心距離成反比，運費與市中心距離成正比；與市中心距離成正比；地租地租Ld與運輸成本與運輸成本Ta之和為常數(shù)；之和為常數(shù)；地租消失點地租消失點D代表城市的邊界；代表城市的邊界；當(dāng)

8、交通設(shè)施改善之后，交通成本降當(dāng)交通設(shè)施改善之后，交通成本降低至低至Tb，地價相對提高至，地價相對提高至Lb,地租消失地租消失點在向遠離市中心方向移動，即點在向遠離市中心方向移動，即D-D。城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）1.交通和地價的關(guān)系理論城市交通和土地使用間聯(lián)系的本質(zhì)就在于運輸成本與地點租金(或土地價值) 間的互補。交通費用和場地租金是相互聯(lián)系的. 城市土地的價格取決于租金,租金取決于土地的區(qū)位,區(qū)位取決于交通可達性。地價(以租金表示) 與運輸設(shè)施(以運費表示) 具有某種程度的替代性,兩者的和稱為阻力成本城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）擁擠產(chǎn)生的必然性開發(fā)商對土地

9、優(yōu)位效開發(fā)商對土地優(yōu)位效益的追求無止境，而益的追求無止境，而交通設(shè)施條件改善余交通設(shè)施條件改善余地為有限地為有限 土地開發(fā)超過一定強度土地開發(fā)超過一定強度交通量交通量 可達性可達性擁擠交通設(shè)施外部性影響城市道路交通設(shè)施具有準(zhǔn)公共物品特性出行者對道路空間的使用特性出行者對道路空間的使用特性 當(dāng)交通密度逐漸上升時當(dāng)交通密度逐漸上升時, ,車與車之間出現(xiàn)相互車與車之間出現(xiàn)相互干擾增加干擾增加, ,使得每輛車的出行成本上升使得每輛車的出行成本上升, ,從而造從而造成道路上整個交通流的平均出行成本的上升成道路上整個交通流的平均出行成本的上升道路空間使用的外部效應(yīng)導(dǎo)致交通擁擠道路空間使用的外部效應(yīng)導(dǎo)致交通

10、擁擠 123城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）2.道路交通設(shè)施外部性對擁擠的影響擁擠出現(xiàn)人們從私人動機出發(fā)爭奪道路資源無良好交通城市交通擁擠機理的經(jīng)濟解析（張毅媚,晏克非）3.城市道路擁擠的博弈分析供給和需求博弈分析私人小汽車與公共交通競爭博弈分析 城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛 同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院）城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛 同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院）1.交通擁擠研究現(xiàn)狀（1）Kerner通過交通實測發(fā)現(xiàn)交通流有三種不同的相： 暢行相、寬運動阻塞相和同步相，認為交通之所以阻塞是發(fā)生了暢行相寬運動阻塞相的相變或是暢行相同步流寬運動阻塞相的相變

11、（2）張亞平用突變理論解釋交通擁擠機理由非擁擠狀態(tài)向擁擠狀態(tài)過渡不是一個漸進過程，而是一種突變.實際發(fā)生交通阻塞的臨界密度小于靜態(tài)阻塞密度，當(dāng)檢測到車流密度接近這一臨界密度時就應(yīng)該采取交通控制措施城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛 同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院）2.交通狀態(tài)劃分 對上海市快速路不同路段大量數(shù)據(jù)的分析和比較，將快速路交通流劃分為以下六個特征狀態(tài)狀態(tài)1 ：穩(wěn)定自由流狀態(tài)2：準(zhǔn)自由流狀態(tài)3：臨界流狀態(tài)4：擁擠流狀態(tài)5：嚴(yán)重擁擠區(qū)狀態(tài)6：剛駛出擁擠區(qū)城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛 同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院）3.快速路擁擠分析斷面斷面1 1和斷面和斷面2 2分別位

12、于距離快速路主線某入口匝道匯合區(qū)分別位于距離快速路主線某入口匝道匯合區(qū)上游上游100 m100 m左右和左右和l 000 ml 000 m左右，斷面左右，斷面3 3遠離匝道。遠離匝道。斷面斷面1頂部數(shù)據(jù)缺失，交通流明顯發(fā)生了狀態(tài)頂部數(shù)據(jù)缺失，交通流明顯發(fā)生了狀態(tài)2 狀態(tài)狀態(tài)4的跳轉(zhuǎn)；的跳轉(zhuǎn)； 斷面斷面2雖然也有狀態(tài)跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生，但頂部數(shù)據(jù)明顯增多；雖然也有狀態(tài)跳轉(zhuǎn)現(xiàn)象發(fā)生，但頂部數(shù)據(jù)明顯增多；斷面斷面3交通流則大部分處于暢通和臨界狀態(tài)。交通流則大部分處于暢通和臨界狀態(tài)。在一些匝道與主線匯合區(qū)，交通流常常來不及達到通行能力便在一些匝道與主線匯合區(qū)，交通流常常來不及達到通行能力便直接從暢通流變化到

13、擁擠流，表現(xiàn)為流量一密度基本圖頂部數(shù)直接從暢通流變化到擁擠流，表現(xiàn)為流量一密度基本圖頂部數(shù)據(jù)缺失；而離入口匝道越遠，基本圖頂部數(shù)據(jù)越完整，擁擠的據(jù)缺失；而離入口匝道越遠，基本圖頂部數(shù)據(jù)越完整，擁擠的嚴(yán)重程度越低，持續(xù)時間也越短嚴(yán)重程度越低，持續(xù)時間也越短 。結(jié)論：距入口匝道和交織區(qū)越近，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)越可能發(fā)生，且結(jié)論：距入口匝道和交織區(qū)越近，狀態(tài)跳轉(zhuǎn)越可能發(fā)生，且發(fā)生時刻越早，發(fā)生時交通流越不可能達到理論通行能力。發(fā)生時刻越早，發(fā)生時交通流越不可能達到理論通行能力。 城市快速路交通擁擠分析及擁擠閾值的確定（郝媛 同濟大學(xué) 交通運輸工程學(xué)院）3.快速路擁擠分析路段差異 Daganzo指出，交通擁擠不

14、會在遠離交通瓶頸的地方自發(fā)產(chǎn)生； 快速路人口匝道或長度較短的交織區(qū)附近是最容易產(chǎn)生常發(fā)性交通擁擠的地點； 由于高峰期間交通需求的增長，這些路段的合流或交織變得更為紊亂，下游通行能力有限使得主線上游和匝道大量的交通需求得不到及時疏通從而發(fā)生擁擠，之后擁擠波向上游傳播。路段差異路段差異 DaganzoDaganzo指出，交通擁擠不會在遠離交通瓶頸的地方自發(fā)指出，交通擁擠不會在遠離交通瓶頸的地方自發(fā)產(chǎn)生；產(chǎn)生； 快速路入口匝道或長度較短的交織區(qū)附近是最容易產(chǎn)生常快速路入口匝道或長度較短的交織區(qū)附近是最容易產(chǎn)生常發(fā)性交通擁擠的地點；發(fā)性交通擁擠的地點； 由于高峰期間交通需求的增長，這些路段的合流或交織

15、變由于高峰期間交通需求的增長，這些路段的合流或交織變得更為紊亂，下游通行能力有限使得主線上游和匝道大量得更為紊亂，下游通行能力有限使得主線上游和匝道大量的交通需求得不到及時疏通從而發(fā)生擁擠，之后擁擠波向的交通需求得不到及時疏通從而發(fā)生擁擠，之后擁擠波向上游傳播。上游傳播。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15這篇文章是研究關(guān)于在港灣隧道里交通擁擠的形成和擴散。將隧道分為三部分（下坡、平地、上坡），且這三部分有不同的速度限制。隨著車流密度的增長，交通擁擠首先出現(xiàn)在上坡部分之前，然后擴散到下坡部分

16、。通過仿真獲得了速度和車頭間距在不同密度下的關(guān)系。這些結(jié)果清晰地闡釋了什么時候什么位置交通擁擠將在隧道中發(fā)生。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15運用最佳速度模型來研究隧道中的交通流 xi(t)=xi(t+1)-xi

17、(t)小汽車i在t時刻的車頭間距；a是敏感度（=1/延誤時間）；xs：安全距離。仿真：取敏感度a=3，為了研究交通擁擠是由于坡道引起的而非自發(fā)擁擠（自發(fā)性擁擠敏感度a2）Xs=3L1=L2=500m；L3=1000mVmax下坡、平坡、上坡分別取2、1.5、1m/sJam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了發(fā)現(xiàn)擁擠的擴散規(guī)律，繪制了一系列在不同密度-速度圖在低密度情況下 （=0.1），車輛以最大速度在隧道的三個不同部分行駛；Jam formation of traffic flow in Ha

18、rbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了發(fā)現(xiàn)擁擠的擴散規(guī)律，繪制了一系列在不同密度-速度圖隨著密度增加（=0.16），交通擁擠首先發(fā)生在平坡進入上坡之前的位置，交通擁擠波開始向后傳播。 Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了發(fā)現(xiàn)擁擠的擴散規(guī)律，繪制了一系列在不同密度-速度圖當(dāng)密度進一步增加（=0.28），交通擁擠波擴散到達隧道下坡和平坡的連接之處。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真

19、、董力耕)2011.11.15為了發(fā)現(xiàn)擁擠的擴散規(guī)律，繪制了一系列在不同密度-速度圖當(dāng)密度持續(xù)增加（=0.33），交通擁擠繼續(xù)向后傳播，整個隧道將會最終擁擠。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了發(fā)現(xiàn)擁擠的擴散規(guī)律，繪制了一系列在不同密度-速度圖當(dāng)密度持續(xù)增加（=0.33），交通擁擠繼續(xù)向后傳播，整個隧道將會最終擁擠。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了更好地理解在港灣隧道里擁擠的形

20、成，取為了更好地理解在港灣隧道里擁擠的形成，取=0.25=0.25和和=0.33=0.33下下對應(yīng)位置對應(yīng)位置- -車頭間距的圖示來進一步分析。車頭間距的圖示來進一步分析。=0.25,0.25,擁擠出現(xiàn)在上擁擠出現(xiàn)在上坡之前，并有坡之前，并有x1長度的長度的擁擠距離。擁擠距離。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15為了更好地理解在港灣隧道里擁擠的形成，取值為了更好地理解在港灣隧道里擁擠的形成，取值=0.25=0.25和和=0.33=0.33下對應(yīng)車頭間距的圖示來進一步分析。下對應(yīng)車頭間距的圖示

21、來進一步分析。當(dāng)密度進一步增加，當(dāng)密度進一步增加，到到=0.33=0.33，擁擠擴散，擁擠擴散到下坡部分，并保持到下坡部分，并保持有有x2長度的擁擠距離。長度的擁擠距離。總的擁擠距離為總的擁擠距離為x2與與L2之和。之和。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15密度密度- -流量關(guān)系圖流量關(guān)系圖V Vmaxmax=2=2、V Vmaxmax=1.5=1.5、V Vmaxmax=1=1分別表示分別表示下坡、平坡、上坡對應(yīng)的流量下坡、平坡、上坡對應(yīng)的流量- -密密度圖。其中，度圖。其中，C C點表示

22、上坡處流量點表示上坡處流量最大時的點。對于這一流量，做一最大時的點。對于這一流量，做一水平直線，找出穿過另兩條曲線的水平直線，找出穿過另兩條曲線的其余四點，分別為其余四點，分別為a a、b b、d d、e e?？伞？梢?，見，a a、e e表示下坡位置，表示下坡位置，b b、d d表示表示平坡位置。平坡位置。在未擁擠之前，在未擁擠之前，較小時，流量隨較小時，流量隨密度的增大而增大，當(dāng)密度達到密度的增大而增大，當(dāng)密度達到=0.25=0.25時，流量均達到最大，擁時，流量均達到最大，擁擠開始產(chǎn)生，隨著擠開始產(chǎn)生，隨著繼續(xù)增加，流繼續(xù)增加，流量開始下降。量開始下降。隨著隨著的增加，擁擠首先擴散到平坡位

23、置，產(chǎn)生擁的增加，擁擠首先擴散到平坡位置，產(chǎn)生擁擠長度為擠長度為x x1 1; ;隨著隨著的增加，擁擠擴散到下坡位置，的增加，擁擠擴散到下坡位置，此時平坡?lián)頂D長度即為整個平坡長度，下坡?lián)頂D長此時平坡?lián)頂D長度即為整個平坡長度，下坡?lián)頂D長度為度為x x2 2。Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15Jam formation of traffic flow in Harbour Tunnel(何紅弟、盧偉真、董力耕)2011.11.15a=0.11,b=0.145,c=0.25, d=0.355,e=0.395;根據(jù)車頭間距與密度之間的關(guān)系 x=1/ 可以計算出，對應(yīng)密度下的理