全国大学生数学建模竞赛A题车辆排队长度与事故持续时间道路实际通行能力路段上流流量间的关系Word格式.docx

1、 第一部分是事故发生到警察到达现场的时间T1; 第二部分是交通事故现场处理时间T2，由现场勘测、处理到事故族除、恢复交通; 第三部分是交通事故持续影响时间T3，这部分时间从恢复事故现场交通开始，到事故上游车辆排队不再增加，即排队开始减弱9。在T1内，事故现场保持原状，没有进行处理，这里分两种情况考虑: （ 1） 当交通事故占用部分车道时，这时事故点的剩余通行能力Qs0，交通事故越严重，则相应Qs越小。若事故点上游的交通需求Q Qs，则车辆以较低的速度通过事故点，上游不会形成车辆拥挤排队; 若Q Qs，则交通流可按事故点的剩余断面通行能力通过事故点，超过该通行能力的车流在事故点上游排队。（ 2）

2、 当交通事故十分严重时，事故点的剩余通行能力Qs = 0，造成事发路段断流，事故点上游车辆排队，发生交通拥挤堵塞，进而排队一直向上游延伸。在T2内，确认交通事故发生后，相关部门到现场处理异常事件，在此过程中，事故点交通可能会受到进一步影响，事故断面通行能力也随之发生变化5，一般会变小，甚至变为0（ 全封闭处理） ，视事件处理具体情况而定，事发点上游交通处于严重拥挤状态，车辆排队增加。由于在交通事故接警时间T1和处理时间T2阶段事故点上游交通车辆产生排队，若没有车辆排队，则T3 = 0; 若有车辆排队，则当事故处理完毕、道路恢复交通时，排队车辆开始消散。交通事故持续影响时间T3是事故处理完毕、道

3、路恢复交通至车辆排队不再增加这段时间，即交通流消散波从车辆排队队列的头部传到尾部这段时间9。2 事故路段车辆排队长度分析如图1 所示，设某高速公路基本路段长度为L（ m） ，单方向车道数为n，单方向车道宽度为D（ m） ，在道路上t = 0 时刻发生了一起交通事故，事故车辆占用道路宽度为b（ m） ，长度为a（ m） ，事故点上游路段长度为L。假设车辆的到达率为Q，在同级服务水平上事故发生断面通行能力为Qs，道路在正常条件下的单方向的通行能力为Qi。图1 发生交通事故的高速公路基本路段本文暂只考虑如图1 所示的基本路段内的车辆排队长度，这里不同于以往文献的“排队长度”，以往文献中的“排队长度”

4、没有区分不同的“阻塞行车道宽度”。这里的“阻塞行车道宽度”不只是事故车辆实际占用宽度，还包括虚拟占用宽度，比如事故发生位置横跨在两车道之间，导致事故点只能通行一个车道宽度的车流，那么此时“阻塞行车道宽度”为两个车道的宽度。设Q Qs，m（ Ti） 为Ti时间内事故点阻塞行车道宽度（ 本文把单个车道宽度和车辆宽度看作同宽） ，Lm（ t） 为t 时刻事故点上游路段L内车流以阻塞行车道宽度m 的排队长度，且w（ Ti） = uf 1 ki1 + ki （ ） 2k （ ） j为Ti时间内新产生的交通波10的速度，其中uf为该事故路段的自由流速度，即该路段的设计车速，可以通过城市地理信息平台GIS

5、得到道路基本数据; ki1、ki2分别为Ti内事故点上游、事故点瓶颈段的交通密度，可以由交通检测系统监测得到; kj为该路段的交通堵塞密度，由道路的基本数据可以计算得到9。2. 1 0 tT1（ 1） 若Lw（ T1） T1，则t L） 时，Lm（ T1） （ t） = w（ T1） t Lt L） 时，Lm（ T1） （ t） = LLm（ T2） m（ T1） （ t） = 0。（ 2） 若T1 L）Lm（ T1） （ t） = w（ T1） t，Lm（ T2） m（ T1） （ t） = 0，2. 2 T1 tT1 + T2时间内，事发点断面通行能力一般会变化，设变为QS，则m（ Ti）

6、 也会相应发生变化。这里，还需要考虑一个时间，就是交通波w （ T2） 赶上） 的时间（ 设为T2） ，赶上之后车流以w（ T2） 的速度、m（ Ti） 的宽度继续排队。本文由于只考虑L内的排队长度，所以考虑在T2时间内且在L段内交通波w（ T2） 是否赶上w（ T1） ，即T若同时满足以下两个条件才需被考虑:Lm（ T1） （ T1） L，Lm（ T1） （ T1） + w（ T1） T2LT2T2。28 期 陈 诚，等: 交通事故影响下事发路段交通流量变化分析 69052. 2. 1 Lm（ T1） （ T1若Lm（ T1） （ T12 L且2 T2，则:当T2 （ L Lm（ T1） （

7、 T1） w（ T1） /w（ T2） + T时，Lm（ T1） （ t） = Lm（ T1） （ T1） + | w（ T1） | （ t T1） ，当t T1T时） | T2 + | w（ T2） |（ t T1 T） ，当t T1 TLm（ T2） m（ T1） （ t） = w（ T2） （ t T1当t T1L / w（ T2） 时Lm（ T2） m（ T1） （ t） = L，当t T1 L） 时当T2（ L） / w（ T2） +） ，当（ L| w（ T1| w（ T2） | + T2 t T1 tLm（ T1） （ t） = L，当（ L2 t T1t2Lm（ T2） m（

8、T1） （ t） = w（ T2Lm（ T2） m（ T1） （ t） = L） 时 。2 LLm（ T1） （ t） =Lm（ T1） （ T1） （ t T1当t T1 L Lm（ T1） （ T1 （ ） ） / w（ T1Lm（ T1） （ t） =L，当t T1 L若T2 T2当t T1 L Lm（ T1） （ T1 （ ） ） / w（ T12. 2. 2 Lm（ T1） （ T1） = L，2. 2. 3 T1 + T2 tT1 + T2 + T3这里同样要考虑交通波w（ T3） 赶上w（ T2） 、） 的时间T3 、T3 。） 追赶w（ T1） ，赶上之后以w（ T2） 的速度

9、向上延伸排队，w（ T3） 追赶前面两者，先赶上w（ T2） 后赶上w（ T1） （ 假如w（ T2） 还没赶上w（ T1） ） ，赶上之后排队不再增加，考虑在T3内L段内w（ T3） 是否赶上w（ T2） 、w（ T1） ，而w（ T3） 是消散波10，t 时刻排队长度为w（ T1） 、w（ T2） 到t 时刻为止产生的排队长度减去消散波w（ T3） 向上游传播延伸的长度L（ t） ，相关分析及计算式类似上述，不再赘述。3 不同时间段内不同路段的交通流量变化分析3. 1 QQs如果上游交通量需求低于剩余可通行车道的正常通行能力，那么，尽管事发路段存在通行能力瓶颈，但不会导致交通拥挤5，当上游

10、的流量到达瓶颈处，密度增大，车速降低，车辆以较低的速度通过瓶颈点，不会形成排队8，该事故路段的交通流量（ veh /h） 受影响很小，近似为Q （ veh /h） 。时间内，由于事故点断面通行能力可能进一步变为Qs需要重新判断Q 与Q的大小: 若QQ，则交通流影响不大，该基本路段流量（ veh /h） 仍与Q 相当;若Q Q，上游车辆排队，过程类似于Q Qs时T1内车流变化，见下面分析，不再赘述。3. 2 Q Qs此时事故点上游路段车流排队，如上文所述，6906 科 学 技 术 与 工 程 11 卷由于在事故发生后事故影响时间的不同时间段内车辆排队的不同变化，上游路段不同位置不同时刻的断面短时

11、交通流量会有所不同:设LP为上游断面P 距离事故点的长度，QP（ t）为断面P 在t（ s） 时刻的短时交通流量，则QP（ t） =Q，当LP Lm（ T1） （ t） ，LP Lm（ T2） m（ T1） （ t） 时QS，当LPLm（ T1） （ t） ，LP Lm（ T2） m（ T1） （ t） 时，当LPLm（ T1） （ t） ，LPLm（ T2） m（ T1） （ t） 时（ 0 tT1 + T2） ;（ t） Qi（ LPL（ t） ，T1 + T2 tT1 + T2 + T3） （ 即疏散波到达的断面排队消散，车流以最大的通行量前进） ; T1 + T2 + T3后整个路段恢

12、复到事故发生之前的交通流量。事故点和事故点下游路段各断面短时交通流量在事故发生后的不同时间段内变化基本一致: 0 tT1内，事故点和事故点下游的各断面短时交通流量相当于事故点的断面通行能力QS T1 tT1 + T2内，事故点和事故点下游的各断面短时交通流量相当于事故点的断面通行能力Q T1 + T2 tT1 +T2 + T3内，事故点和事故点下游的各断面短时交通流量相当于道路通行能力Qi后道路畅通，恢复到事故发生前的交通流量。4 仿真验证本文采用德国PTV 公司的交通微观仿真软件VISSIM11对上述分析进行仿真验证。仿真中建立如图1 所示的基本路段，路段长度L = 500 m，由单方向三车

13、道组成。事故车辆停靠的位置设在右车道L = 346 m 处，在上游路段均匀设置四个数据采集点，事故点断面设置一个采集点，下游路段均匀设置三个采集点。事故发生的时间设置在320 s 左右，即上述的t = 0 时刻，T1 = 280 s，T2 = 330 s。T2内是事故现场处理，仿真中采用信号灯控制的方式，信号灯设置在靠近事故点前方，考虑到事故处理时占用更多的车道，这里设置为控制右车道和中间车道，即阻断两车道进行事故处理。在600 s 时红灯亮，同时阻断右车道和中间车道进行事故处理， 930 s 时绿灯亮，事故处理完毕，两闭塞车道畅通，道路恢复，仿真时间设为3 600 s。仿真中，分别以6 00

14、0 veh /h 和800 veh /h 的流量进行道路车辆到达率输入（ 输入车辆类型比例为重型货车 小汽车= 0. 02 0. 98） :图2 事故点上游不同断面短时交通流量变化图3 事故点断面短时交通流量变化4. 1 车辆输入为6 000 veh /h 时各数据采集点每隔30 s 采集一次断面车辆通过量数据，图2图6 为不同断面每隔30 s 交通量变化图，横坐标表示的是180 s1 200 s 共34 个30s 的时间间隔，纵坐标表示在相应的30 s 内通过该断面的交通量（ veh（ 30 s） 1 ） ， ser01 ser08 表示 交通事故影响下事发路段交通流量变化分析 6907图1

15、 所示的8 个数据采集点断面，观察各图可以看出这样几点: 事故点断面和下游各断面流量变化较一致，曲线较重合，在事故发生后，下游断面流量和事故点相同; 事故点上游各断面流量变化趋势大体一致，越接近事故点的断面流量变化趋势越提前;各断面流量变化都经历这样一个过程: QQSQQiQ。图4 事故点下游不同断面短时交通流量变化图5 事故点及其下游不同断面短时交通流量变化4. 2 车辆输入为800 veh /h（非随机）时各数据采集点每隔3 600 s 采集一次断面车辆通过量数据，VISSIM 中道路输入流量是以veh /h 来计的，输入车辆类型为大货车、小汽车，而且车辆进入路段服从泊松分布，所以在车辆输

16、入量较小的情况下，数据波动较大，采取短时间（ 30 s） 内采集各断面数据是不准确的。这里采取3 600 s（ 一小时） 的间隔从200 s 时开始采集小时交通量来考察。仿真得到从上游到下游各断面到3 800 s 时流量分别为796 veh /h、795 veh /h、794 veh /h、794 veh /h、794veh /h、793 veh /h、793 veh /h、793 veh /h，说明车辆到达率较小时，交通事故对该路段的交通流量影响不大，可认为交通流量不变。5 结论本文主要考虑了不同时间段内不同阻塞行车道宽度的车辆排队长度，对交通事故影响下不同时间段内交通流量变化进行了分析，为

17、以后的异常事件下的交通流预测奠定基础，下一步的工作是考虑非参数回归法在交通事故等异常事件影响下的交通流量预测算法。图6 事故点及其上游不同断面短时交通流量变化参考文献1 Daganzo C F. The cell transmission model: A dynamic representationof highway traffic consistent with the hydrodynamic theory. TransportationResearch Part B，1994; 28B（ 4） : 2692876908 科 学 技 术 与 工 程 11 卷2 Heydecker B

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22、matics，College of Information Science and Technology，Jinan University，Guangzhou 510632，P R China）Abstract Taking a traffic accident，one of unusual traffic incidents，as an example，it analyzed time in effectsof the accident，vehicles queue length，and variation in traffic flow of different cross-sections in different time slicesin effects of the accident in basic freeway segments. Employing the traffic wave theory，it provided vehicles queuelength with various widths of the blocked lanes in different time slices in effects o_