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        基于排隊(duì)論模型分析交通事故對城市道路通行能力的影響

        2016-03-28 18:12:06付南南
        2016年5期

        付南南

        摘要:本文以交通事故中的占用車道為例進(jìn)行研究,采用數(shù)據(jù)擬合和排隊(duì)論的思想分析得到了實(shí)際通行能力以及事故中車輛排隊(duì)長度與通行能力、事故持續(xù)時(shí)間、上游車流量間的關(guān)系,從而得出車道被占用對城市道路通行能力的影響。為解決日常生活中道路被占用而導(dǎo)致交通擁堵問題提出了建設(shè)性的意見。

        關(guān)鍵詞:實(shí)際通行能力;數(shù)據(jù)擬合;排隊(duì)論;交通事故

        道路通行能力也稱道路容量,是道路的一種性能,能度量道路疏導(dǎo)車輛的能力。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,城市已成為經(jīng)濟(jì)增長的重要地區(qū),機(jī)動車也隨之迅猛增多。道路上發(fā)生的交通事故、路邊停車、占道施工等行為使車道被占用而導(dǎo)致道路橫斷面通行能力在單位時(shí)間內(nèi)降低,若是不能及時(shí)得到解決,則會導(dǎo)致交通堵塞,影響人們的正常生活。合理的分析道路被占用的各個(gè)因素及其聯(lián)系,建立起相關(guān)模型,可以盡可能的解決道路被占用所帶來的困擾。我們以交通事故這一典型事例為代表,觀察分析視頻中兩次交通事故,研究了車輛被占用對對城市道路通行能力的影響,頗具代表性和合理性,這將為日后解決道路被占用而導(dǎo)致交通擁堵問題產(chǎn)生重大影響。以下是相關(guān)的實(shí)證分析。

        一、事故所處橫斷面的實(shí)際通行能力

        1.假設(shè)在理想的道路和交通條件下,當(dāng)具有標(biāo)準(zhǔn)長度和技術(shù)指標(biāo)的車輛,以前后兩車最小車頭間隔連續(xù)行駛時(shí),單位時(shí)間內(nèi)通過道路上指定斷面的最大車輛數(shù),記作N(輛/h)。

        2.車道寬度對路段通行能力的影響:道路的通行能力C是車道寬度b的函數(shù)。車道的寬度達(dá)不到要求必然影響車速,車速的降低則意味著通行能力的減小。車道寬度對道路的通行能力和行車的舒適影響很大:從保證通行能力的角度考慮,必需的車道寬度b=3.50m。當(dāng)車道寬度b大于3.50m時(shí),不影響通行能力;當(dāng)b小于3.50m時(shí),則車速下降,通行能力減??;車道寬為3.25m時(shí),通行能力修正系數(shù)a車道為0.94;車道寬為3.00m時(shí),通行能力修正系數(shù)a車道為0.85;車道寬為2.75m時(shí),通行能力修正系數(shù)a車道為0.77。

        3.多車道對路段通行能力的影響:在一些城市主干道上,同一行駛方向的車道往往不止一條,在多車道的情況下,同向行駛的車輛由于超車、繞越、停車等原因影響另一條車道的通行能力。一般越靠近路中心線的車道,其影響越小,因此在無分隔帶的同向車道上,靠近路中心線的車道通行能力為最大:靠近側(cè)石的車道,其通行能力為最小,其影響用修正系數(shù)a條來表示。據(jù)觀測,自路中心線起第一條車道的修正系數(shù)a規(guī)定為1.00,其余車道的修正系數(shù)依次為:第二條車道為0.80-0.89;第三條車道為0.65-0.78;第四條車道為0.50-0.65;第五條車道為0.40-0.52.為了統(tǒng)一數(shù)據(jù),我們在本論文中第一車道a條采用數(shù)值1,第三車道a條采用數(shù)值0.72。

        通過對圖一中兩折線圖的對比,我們可以清晰得出事故從發(fā)生到撤離期間事故所處橫斷面的實(shí)際通行能力的變化趨勢:在最開始的一小段時(shí)間內(nèi)由于剛開始車輛較少,通行能力變化不大,但已有車輛開始滯留,過了一段時(shí)間之后由于上游路段綠色信號燈的作用,車輛的不斷駛來,較多的車輛連續(xù)不斷往事故處擁擠,使得此處的通行能力急劇下降,之后隨著時(shí)間的推移,再加上上游信號燈固定的時(shí)間變化,事故處的實(shí)際通行能力開始回升,最后趨于相對平穩(wěn)的范圍內(nèi)波動。

        二、橫斷面車道三的實(shí)際通行能力.

        折線圖可以看出由于視頻一與視頻二所占車道不同,因而雖然是同一橫斷面,實(shí)際通行能力仍然存在著差異,這是由于在視頻一中,車禍將直行車道、左轉(zhuǎn)車道堵住,車輛只能從右轉(zhuǎn)車道通過。而堵住的兩個(gè)車道的流量比例占79%,處在這兩個(gè)車道的車必須插入右轉(zhuǎn)車道才能行使通過,由于被堵車道車多所以插入右轉(zhuǎn)車道時(shí)間會比較長,故車禍發(fā)生后道路通行能力馬上下降.道路通行能力減小到約為原來的三分之一,隨著上游不斷進(jìn)來的車,事故發(fā)生點(diǎn)開始堵車,道路通行能力為實(shí)際通行能力,一直處于波動階段,車禍撤離后恢復(fù)至原來的道路通行能力.在視頻二中車禍發(fā)生點(diǎn)在右轉(zhuǎn)車道與直行道處,直行、右轉(zhuǎn)車道的車需要插入左轉(zhuǎn)車道,由于左轉(zhuǎn)車道的流量比例為35%,比右轉(zhuǎn)車道高出很多,所以開始出現(xiàn)了不堵車的情況;當(dāng)越來越多的車插入右轉(zhuǎn)車道后才使得其通行能力下降使得道路被堵,直到車禍撤離后才緩解堵車現(xiàn)狀,恢復(fù)到以前的道路通行能力。

        三、實(shí)際通行能力和上游車流量與時(shí)間函數(shù)關(guān)系式的建立

        我們假設(shè)道路發(fā)生事故的排隊(duì)系統(tǒng)服從排隊(duì)論中的成批到達(dá)的MkM1排隊(duì)模型。這種模型是指上游車輛到達(dá)事故處為最簡單流,即由于上游信號燈的影響,車輛到達(dá)事故處的時(shí)間間隔是服從負(fù)指數(shù)分布的排隊(duì)系統(tǒng)。

        為確定每批車輛到達(dá)的時(shí)間間隔和等待時(shí)間分布的方法,一般是按照統(tǒng)計(jì)學(xué)方法,用理論分布去擬合實(shí)測資料并估計(jì)其參數(shù)值。本問題用到的輸入過程和理論分布分別是泊松流和負(fù)指數(shù)分布。

        1.該系統(tǒng)的輸入過程{M(t),t≥0}為Poisson流,平均到達(dá)速率為λ(單位時(shí)間內(nèi)的到達(dá)次數(shù),λ>0),但每隔一段時(shí)間到來的不是一輛車,而是一批車,設(shè)本問題中每批到達(dá)k輛車,車的數(shù)量為∞;

        2.對于每輛車在此路段的停留時(shí)間{vn,n=1,2,…}相互獨(dú)立并且都服從負(fù)指數(shù)分布,通過速率μ;

        3.系統(tǒng)容量為有限值x,當(dāng)有車輛到達(dá)該路段的時(shí)候,若該路段的通行能力正常,則該車輛可以正常通過,而當(dāng)此處發(fā)生交通事故時(shí),道路的實(shí)際通行能力下降,此時(shí)若有一批車輛從上游駛過來,則這些到達(dá)的車輛要在隊(duì)列中排隊(duì)等待行駛通過.

        我們設(shè)N(t)表示t時(shí)刻系統(tǒng)的排隊(duì)長度,由于系統(tǒng)容量為有限值,故N(t)的可能取值空間為I={0,1,2,…,x},N(t)的取值空間就是狀態(tài)空間,系統(tǒng)可在這些狀態(tài)之間變化,相鄰狀態(tài)就是相差不大于1的車輛數(shù).系統(tǒng)中下一時(shí)刻車輛的數(shù)目只可能增加一個(gè)、減少一個(gè)或保持不變,也就是該隨機(jī)過程的一步轉(zhuǎn)移只能發(fā)生在相鄰狀態(tài)之間,或者說,用“生”表示車輛增加一個(gè),“滅”表示車輛減少一個(gè)。

        假設(shè)某時(shí)刻系統(tǒng)中已經(jīng)有n輛車,此時(shí),當(dāng)有一個(gè)批量為k的車輛到來后,系統(tǒng)中的車輛立即增加到n+k個(gè),而事故處每次只能通行一輛車。

        該系統(tǒng)在一定條件下是存在平穩(wěn)分布的,即系統(tǒng)處于各個(gè)狀態(tài)的概率均存在.如果我們根據(jù)以前的方法,依據(jù)平衡狀態(tài)下流入流出量相等的原則列出等式,然后根據(jù)概率歸一化條件求出概率分布,最后根據(jù)定義求L等參數(shù)會異常復(fù)雜。因此,下面我們使用了較為簡單的方法求解。

        由上面過程我們可以得出交通事故所影響的路段車輛排隊(duì)長度:

        L=L0+L2-L1

        四、結(jié)束語

        本文通過對問題的分析,合理地將問題進(jìn)行模塊化處理,使問題明朗化,并在一定程度上將其進(jìn)行了簡化。所建立的模型不僅適用于本事故,對于一般的城市道路事故也可使用,以便來解決實(shí)際問題,更好的舒緩交通,方便大家的通行。

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