交通事件下排队车辆数和总延误计算模型研究
时间：2021-05-11 04:01:07 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：为描述交通事件后导致拥挤交通流中的排队现象，分析预测交通流的时空影响。根据流量守恒定律和交通波波速公式，提出了排队车辆数和车辆总延误定量计算的一个新模型。将事件后交通流的发展划分为三个时间阶段，推导出道路堵塞时各相应时间段交通变量动态计算公式。同时分析了交通事件影响因素除了事件本身的严重性外，事件的清理时间是决定事件瓶颈处车辆排队第二位的影响因素;以及交通事件时空发展模型与事件自动检测两者之间相互影响、互为因果的关系。最后用应用算例对该模型的有效性进行验证，结果表明，数据符合实际情况，排队车辆数随着事件持续时间增加呈分段线性变化，而所有排队车辆的总延误随着交通事件处理时间的增加呈二次平方变化。此模型可作为交通管理控制部门对交通事件发生后制定合理救援措施的理论依据。
关键词：交通事件;影响因素;交通流;排队车辆数;总延误;模型分析
中图分类号：TP399
文献标识码：A
1 引言
近年来，由于我国机动车越来越多，人、车、路等矛盾也越来越突出。在高速道路上，交通事故、车辆故障、货物散落、大货车占道、修路养路、路边停车、流量激增等交通事件是造成偶发性交通拥堵的主要原因，尤其是在节假日，事件发生后导致车辆排队现象在交通运输系统中随处可见。交通事件发生后，原交通流的车流量会发生改变，车流量的波动甚至会传播到其它相邻的道路上去。因此，交通事件对交通流的定量影响一直是一个倍受各方关注的问题。特别是事件发生后，排队车辆数和总延误随时间如何增长，与事件特性如交通流量、车道数、事件处理效率等有何关系，对交通流预测、事件预警以及交通管理和控制都有重大意义[1]。
国内外很多研究者一直致力于排队现象的分析和交通流参数预测。上世纪70年代，日本Akaike提出的Akaike信息准则（Akaike Information Crite-na，AIO经过各国大量实践证明，对交通流的预测精度在70%-800/0。阿里巴巴的Wanli Min[2]采用半鞅理论、网络交通模型、基于高德地图实时数据和历史数据对交通流预测准确率稳定在91010以上。Guo Huan[3]等人研究成果为基于灰色模型的短时交通流预测方法，充分考量了交通流的非线性以及延迟特征。Hani S.Mahmassani[4]等人研究探讨了在大规模复杂城市严重堵塞街道网中交通流极限关系性能，包括“死锁”的形成、传播、恢复、大小等。此拥堵现象的特点暂时很少人关注，是比较新颖的一个问题。Treiber M.、Kesting A[5]提出了一个新的跟车理论动力学模型，微观与宏观变量相结合，该模型可以很好地模拟交通流拥堵、拥堵疏散、走走停停现象和幽灵幻象等状况。王殿海[6]等人针对双向两车道路内停车路段，分流量较大和较小两种情况建立了相应的延误影响模型，并利用VISSIM仿真软件模拟数据对模型进行了验证。张晶晶[7]用交通波理论研究交通事故直接影响范围，用节点联系强度建立事故上游车辆绕行计算模型来研究间接影响范围。曹志远[8]等人基于交通事故下采取限、分流措施分析了交通波的影响，得到了交通流演变过程中的扩展时区、稳定时区、启动时区，三个时区的时空影响范围。胡继启等[9]利用海量收费数据有效计算出相邻两个收费站之间路段上的拥堵初发点位置和初发时刻，此文研究属于事件检测范畴，与本文交通事件时空发展模型相互影响、互为因果的关系。
综上所述，道路发生交通事件导致拥堵后，很多学者只是定性分析交通变量，而事件具体的发展过程如何，与事件特性、事件处理效率等因素有何关系，相关受影响的变量随时间变化的定量规律等很少有研究者关注，目前极其缺少此类问题的解决方案。因此，本文以道路公路基本路段（一條道路）和收费站匝道与一条主干道（两条道路）发生交通事件为例，分析事件具体的发展过程与影响，以及交通事件发生后不同时间段内事件点各交通变量动态计算模型，分析事件发生与事件检测两者之间有何关系，用于以后进一步的突发事件下交通流预测工作。
2 交通事件影响的三个时间阶段分析
由于交通事件的发生时间和发生地点是随机的、不可预测的，因此很难采取控制交通需求或提高道路通行能力等对策来处理，解决问题的重点在于及时发现事件，准确评估事件性质，迅速实施应对措施，并立即向其他司机通告事件情况，从而对事件实现快速、高效、恰当的处理[10]。
交通事件发生后，对于较小的事件，如只是轻微的刮擦，在不对交通运行造成影响的前提下可不进行处理，节约人力物力，以免在处理的过程中由于救援车辆的占道使事件影响更严重或增加车辆排队和延误。而对于较严重的交通事件可进行快速理赔的原则，确定责任后双方快速撤离现场，节约事件的清理时间，减小排队车辆数和车辆延误。而对于严重的交通事件可进行报案由交通管理部门处理，不过它可能需要耗费很长的处置时间，自报案到交警抵达事件现场，再到完成问题处理、恢复道路交通，不仅耽误双方时间，还会加大事件的影响力，增加车辆排队和延误。所以发生交通事件后，需要实施适当的救援措施，倘若方法不正确，很可能造成二次事件，加重交通拥堵状况。而倘若方法过当，那么极有可能产生交通资源浪费。通过以上分析可知，除了事件本身的严重性外，事件的清理时间也影响着车辆排队。
交通事件后，因为自发生交通事件开始，历经事件检测、核实情况、交警处置、清理结束、恢复交通、消除排队等环节，都要耗费相应时间。因而可将整个事件分为3个时间阶段：第一阶段时间指从事件产生至交警抵达现场进行时间处理这个期间，事件确认接警时间以T表示。第二阶段时间指从开始处理事件至交通开始恢复这一期间，对应的事件处理时间以T1表示。第三阶段时间指自现场交通恢复开始，直至事件上游车辆排队不继续增加，再到最后完全消散[11]，对应的排队消散时间以T2表示。交通事件时间组成示意图如图1所示。
在T时间内，事件现场维持不变，尚未开始处理，此时可分成两中类型进行分析：（1）交通事件占据部分车道，事件位置的剩余通行能力Qs≠0，若交通事件愈重，那么Qs愈小。当上游的交通需求Q
