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1、车道被占用对城市道路通行能力的影响摘要 城市道路通行能力及影响因素的研究，不仅为确定城市道路建设的合理模式，还为城市道路网的规划、设计等方面提供更科学的理论依据。本文主要研究车道被占用时，事故发生地点横断面实际通行能力受到的影响以及由此所引起的排队问题，针对车道被占用对城市道路通行能力的影响问题，运用交通波、排队论，结合Matlab 软件对问题进行分析处理。最终，建立了相对合理的模型，并对模型做出了评价及推广。针对问题一，首先通过对道路交通、管理等因素进行分析建立模型一，得到道路通行能力计算公式为：。模型二考虑车型对其影响，因为视频1中事故发生在第1、2 车道，所以事故发生至撤离期间该路段的第
2、1、2 车道通行能力降为0pcu/h、0pcu/h，而第3 车道在原来975pcu/h1170pcu/h 的基础上受其他因素影响略有减少。模型三将不同车折合成标准车，运用Matlab 软件绘制反映事故发生至撤离期间道路通行能力的插值函数图。针对问题二，首先，同问题1 一样利用不同模型对视频2 进行求解，得到事故发生至撤离期间该路段通行能力的变化图像。随后将其与问题一的结果进行比较。得出结论为：同一横断面交通事故发生在离路中心线越近的车道上时，对该横断面的实际通行能力的影响就越大。针对问题三，我们根据交通波及排队论的知识建立了处理该问题的数学模型： 经过模型的分析得出：交通事故所造成的车辆排队与
3、事故持续时间成正比，与事故横断面实际通行能力成反比，与路段上游车流量成正比。针对问题四，它是问题三的量化，故对问题三模型进行修正，巧妙地建立了处理该问题的模型：。对该模型带入相关因子运用Matlab 软件计算得：事故发生开始，大约经过12 分钟，车辆排队长度将到达上游路口。本文建立的模型更好地反映了各方面因素对城市道路通行能力不同程度的影响，可以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、设置路边停车位以及设置非港湾式公交车站等提供可供参考的理论依据。关键词：道路通行能力 Matlab 交通波 排队长度一 问题重述随着科学技术的发展及创新，城市道路建设已变得尤其重要。交通事
4、故、路边停车、占道施工等因素会导致车道或道路横断面通行能力在单位时间内降低。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，出现交通阻塞，甚至出现区域性拥堵。现各大城市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交通能力的影响程度，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 和视频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，合理处理好事故所引发的问题将对城市交通建设带来一定的积极效应。对此，请研究以下问题：1. 根据视频 1，描
5、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变化过程。2. 根据问题 1 所得结论，结合视频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 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 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（一）问题的总分析 道路通行能
6、力是道路与交通工程中一个十分重要的指标，是道路与交通规设计及交通管理的重要依据之一，也是评价各种道路与交通设施及管理措施的交通效果的基本依据。由以往经验，我们可以知道影响道路通行能力的因素有车道数、车道宽度、占地施工、管理水平、环境因素等。因此，在解决车道被占用对城市道路通行能力的影响时，我们只有考虑不同因素对通行能力的影响程度，再根据不同的指标依据对城市道路运输方案进行改善。只有这样，才能最大限度地减少车辆行驶过程中的交通延误，从根本上提高道路的通行能力。（二）具体问题的分析1.对问题一的分析导致道路横断面通行能力在单位时间内降低的因素有交通事故、管理水平、占道施工等。题目只要求我们根据视频
7、一（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。因此，我们考虑的因素就只有交通事故的持续时间，过往车辆的类型及辆数。然后统计视频一中某些时间段内车辆的行驶情况，最后对相关数据进行分析处理。2.对问题二的分析要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，就必须先了解视频二交通事故占用车道对该横断面实际通行能力的影响。同问题一一样，统计视频二中某些时间段内车辆的行驶情况，然后对相关数据进行分析处理。最后，再将两者中得出的结果进行比较分析，从而可以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.对问题三的分析交
8、通事故是影响道路畅通能力的重要因素之一，其主要原因是因为交通事故影响着道路车辆的排队长度。事故中车辆排队长度与事故横断面实际通行能力，事故持续时间，路段上游车流量有一定关系。针对具体问题具体分析的原则，此问就是一个排队等待问题。我们就要求得出解决该问题的方案：建立需要上述各因子之间关系的数学模型。4.对问题四的分析本题要求在事故持续不撤离的情况下，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。我们知道排队长度之所以会不断增长，是因为交通事故挡车道严重影响了道路的实际通行能力。在事故持续不撤离的情况下，求所需时间，我们可以根据问题三所建立的模型，首先将模型中的其他相关变量的具体数
9、值找出来，然后代入模型三修正后的模型中即可求出所需时间。三 模型假设1.假设交通事故发生在某车道是随机的，且题中所给信息比较客观。2.该路段不会出现道路施工情况，道路交叉口不会出现拥堵情况。3.假设车型不同不会影响道路的通行能力。4.假设在问题三中路段上游车辆数就是该路段横断路的实际通行能力。四 符号说明：车辆排队长度：事故持续时间：上游路段车流量，也是畅通时的道路通行能力：横断面的实际通行能力：车辆畅通行驶时的速度：发生事故后车辆拥挤的最终速度：畅通时的车流密度：发生事故后最终的车流密度五 模型的建立与求解（一）.问题一的求解 1）问题的分析题目要求我们根据视频一（附件 1），描述视频中交通
10、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。已知事故可能通行能力受道路条件、交通条件、交通管理条件及环境条件四大部分影响。但在对相关影响因素进行实质考虑的时候缺少相关因素系数的准确数值，不能得出具体结果，故我们又进一步考虑其他因素。如：车道的基本通行能力，多车道对路段通行能力的影响，交叉口对路段通行能力的影响，车道宽度对路段通行能力的影响。因为各种车辆的类型也会对通行能力有一定的影响，根据视频一我们又逐次统计了事故发生后路段上各车辆的通行量。又由于：相位时间(30s)=绿灯时间+绿闪时间(3s)+黄灯时间，信号周期为60s，因此我没每隔一分钟统计一下车流量。针对上述分析，我们给出
11、了以下解决方案。2）问题的求解1. 首先，本文认为影响道路可能通行能力的因素包括道路条件、交通条件、交通管理条件及环境条件四大部分，在目前的道路通行能力分析中，不能忽略任何一个影响条件，特别是交通管理条件。道路条件又包括车道宽度、侧向净空、纵坡度、视距等；交通条件包括驾驶员差异、车辆混合程度、车流方向分布等；交通管理条件包括车速管理、车道管理、禁行管理、步行管理、停车管理条件等；环境条件包括天气条件、道路绿化等。 道路通行能力影响因素通行能力影响因素 内容道路条件 车道宽度、侧向净空、纵坡度、视距等交通条件 驾驶员差异、车辆混合程度、车流方向分布等交通管理条件交通管理条件 车速管理、车道管理、
12、禁行管理、步行管理、停车管理条件等环境条件 天气条件、道路绿化等修正后计算公式为： (pcu/h)式中： 一条车道的基本通行能力(pcu/h)；道路条件影响的修正系数； 交通条件影响的修正系数；交通管理条件影响的修正系数； 环境条件影响的修正系数。对视频一进行仔细观察后，我们得到了各时间段内不同类型车辆的通行量时间小车（CPU）大车（CPU）右转车数量（CPU）备注16:39:0091116:40:00161116:41:00143116:42:00111416:42:32出现堵车现象16:43:001101排队状态16:44:00151016:44:18排队现象结束16:45:0016031
13、6:45:40出现排队状态16:56:001613排队状态16:47:00180016:47:25排队现象结束16:48:001610排队状态16:49:001601排队状态16:50:002110排队状态16:51:002022排队状态16:52:001522排队状态16:53:001802排队状态16:54:001400排队状态16:55:001200排队状态通过观看视频1，我们了解到以下情况:1、 事故发生在2013年2月26日16:2:32时，并在17:00:09时时撤离。事故从发生到撤离共经历了17分钟38秒。2、 事故发生时，两辆轿车分别处在直行车道和左转车道上，影响了车辆的正常通
14、行，从而造成交通堵塞。3、 上游路口右转到事故路段的车辆较少，当没有遇到交通流时可正常通过出事每隔60秒本路段会出现高密度、连续性强的交通流。4、 当有大客车和大型车通过时，由于它们体积较大单位时间内通过横截面的数量较少。5、 事故发生因为车辆占道，的确对事故所处横断面实际通行能力起到了影响。表2：视频1中每一分钟内的车流量 计算TC（辆/min）通行能力，通过MATLAB插值功能做出图像如下：图1：视频1中实际通行能力与时间的关系 从图像中我们看到事故发生到撤离期间，事故所处的横断面的实际通行能力程周期性变化，但在（20辆/min)附近稳定。我们得知1） 右转车道车速较慢称其为低速车道记，左
15、转车道车速较快称其为高速车道。低速车道记为1，直行车道记为2，高速车道记为3。2） 当开始出现堵车时，视频1中高速车道和直行车道被占，当车流到达出事地点时，因为慢速车道车辆行驶速度较慢，造成其实际通行能力迅速下降。而视频2中慢速车道和直行车道被占，当车流到达出事地点是，因为高速车道车辆行驶速度较快，从而其实际通行能力没有视频1中的情况下降的快。3） 两种情况在一定时间后均会造成交通堵塞出现排队的情况出现。视频1中从事故发生于16:42:32时，但是从16:47:00时起排队状态一直持续到事故撤离；视频2中事故发生于17:34:17时，但是到17:50:00时才开始发生持续排队事。视频2中在没有持续排成长队之前，其排成的队伍可以在短时间内
