城市高架路-匝道-地面交通的交互作用及交通流特性研究.pdf

1、汽車工業(yè)的迅速發(fā)展與道路建設(shè)的相對(duì)落后，已經(jīng)成為非常突出的世界性矛盾。為了解決“交通難”問題，國內(nèi)外許多大中城市興建了快速通行的高架道路。但高架道路往往在建成之后不久便出現(xiàn)頻繁的交通阻塞，究其原因，除了交通需求猛增因素之外，規(guī)劃設(shè)計(jì)的缺陷以及建成后的交通管理與控制不當(dāng)這兩個(gè)因素也不可忽視。高架路、匝道與地面道路組成了城市的立體交通網(wǎng)絡(luò)，三者之間息息相關(guān)、密不可分?；趯?shí)際的交通觀測，本文利用交通流理論中的宏觀和微觀方法(即流體力學(xué)模型和

2、元胞自動(dòng)機(jī)模型)對(duì)高架路、匝道和地面道路之間的交互作用開展研究，對(duì)匝道附近的高架路段和地面交叉口進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模以及數(shù)值模擬，分析了交通流的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)行為，并且定性地為交通規(guī)劃設(shè)計(jì)及交通管理控制提出了一些建議。本文的主要工作如下： (1)選取上海市高架道路系統(tǒng)的局部路段，采用人工測量和攝像技術(shù)相結(jié)合的手段進(jìn)行了大量的交通觀測，掌握了高架道路交通流的主要特征。對(duì)實(shí)測獲取的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出了分別適用于稀疏交通流和擁擠交通流

3、的兩種速度－密度關(guān)系式，并據(jù)此給出了暢行速度與阻塞密度這兩個(gè)重要參量的數(shù)值。由實(shí)測數(shù)據(jù)得到的基本圖揭示了高架路上實(shí)際存在的幾種不同的交通相。 (2)以上海市內(nèi)環(huán)線高架的武寧路匝道作為典型案例，實(shí)際觀測并細(xì)致分析了下匝道附近交叉口的交通流，直觀地確認(rèn)了地面相交主干道的右轉(zhuǎn)車輛對(duì)下匝道直行交通的“擠壓”效應(yīng)?；谝痪S管道流模型，在連續(xù)性方程中引入源項(xiàng)，運(yùn)動(dòng)方程中引入弛豫項(xiàng)，對(duì)右轉(zhuǎn)車輛干擾效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)基本吻合。從

4、模擬結(jié)果來看，“擠壓”效應(yīng)隨著右轉(zhuǎn)車輛的數(shù)目增多而加劇，是導(dǎo)致某些交叉口出流不暢的重要原因，而設(shè)置在繁華路口的高架路下匝道加劇了這種擁塞狀況。因此建議：在高架路的設(shè)計(jì)階段應(yīng)正確地選擇匝道位置，而在制定此類交叉口的交通管理措施時(shí)，設(shè)置右轉(zhuǎn)方向的專用交通燈是一種較好的解決方案。 (3)針對(duì)上海市高架道路系統(tǒng)存在的交通擁堵問題，論證了在上匝道處采用信號(hào)定時(shí)調(diào)節(jié)措施的可行性，并確定了合理的信號(hào)配時(shí)方案。從本課題組發(fā)展的各向異性的流體動(dòng)力

5、學(xué)模型出發(fā)，在運(yùn)動(dòng)方程中計(jì)及匝道交通影響項(xiàng)，對(duì)上匝道附近的高架路段進(jìn)行了數(shù)值模擬。模擬結(jié)果表明，與無任何控制措施時(shí)相比，對(duì)上匝道實(shí)行定時(shí)調(diào)節(jié)，可以優(yōu)化高架道路上的交通流參數(shù)，改善高架道路的交通狀況。對(duì)設(shè)計(jì)的六種信號(hào)配時(shí)方案進(jìn)行對(duì)比分析，找出了最合理的優(yōu)選方案。 (4)論證了上海市交通管理部門在高架路上匝道的合流處所實(shí)施的交替通行規(guī)則的合理性和可行性。以FI元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型為基礎(chǔ)，對(duì)實(shí)施交替通行規(guī)則前后的上匝道合流處分別建立合

6、理的交通流模型，并對(duì)其交通流狀況進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析，結(jié)果表明：當(dāng)高架路主線和上匝道的來流車輛較多時(shí)，實(shí)施交替通行規(guī)則可以大大改善高架道路交通；當(dāng)交通流比較稀疏時(shí)，實(shí)施該規(guī)則前后交通流狀況基本不發(fā)生變化。當(dāng)車流較為暢通或比較擁堵的狀態(tài)下，主干線和上匝道兩股車流容易實(shí)現(xiàn)1：1的交替通行；而當(dāng)車輛中速行駛時(shí)，更容易實(shí)現(xiàn)兩股車流2：1交替行駛的局面。 (5)高架道路上的交織區(qū)經(jīng)常成為交通瓶頸。本文以NS元胞自動(dòng)機(jī)交通流模型為基礎(chǔ)，考慮

7、到換道因素，對(duì)高架路主線為單車道時(shí)的交織區(qū)路段進(jìn)行了數(shù)值模擬和分析。結(jié)果表明：當(dāng)交通流稀疏時(shí)，車流的交織行為對(duì)系統(tǒng)影響不大，即使加大交織區(qū)長度，整個(gè)系統(tǒng)的交通流參數(shù)也變化不大；當(dāng)交通流擁擠時(shí)，交織行為會(huì)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，此時(shí)加大交織區(qū)長度，可以改善整個(gè)系統(tǒng)的交通流狀況。模擬結(jié)果顯示，交織區(qū)長度并非越大越好，工程設(shè)計(jì)中應(yīng)該選取一個(gè)適宜的中間值，整個(gè)系統(tǒng)就可以獲得很好的運(yùn)行效果。 最后，對(duì)我國未來的交通流研究進(jìn)行了展望，并提出了一