城市交通間斷流研究文獻綜述

廖杰

摘 要：為了降低城市交通擁堵程度、減少交叉口交通事故和為城市交通規劃提供重要依據，對于城市交叉口的交通間斷流的研究尤為重要，間斷流是指在有外部固定因素影響的周期性中斷交通流。本文基于對目前道路間斷流研究相關文獻的梳理，分析了國內外學者關于間斷流所建立的模型、算法、擁堵原理和相應解決方案的優缺點，明確了間斷流研究的核心問題是間斷交通流阻塞程度的量化及其計算方法，評述與研究間斷流聯合參數模型的難點和挑戰，并提出了研究展望：建立一種宏觀和微觀相結合、能夠較為直觀的描述城市道路交通流的現狀和準確預測交通量的間斷流模型。

關鍵詞：間斷流;交通流模型;控制算法;交通擁堵

0 引言

在我國經濟迅速發展，城市發展規模日益擴大的形勢下，交通擁堵問題愈發嚴峻，尤其是在具有大規模路網的城市。針對城市交通的擁堵現象，在交通流理論的基礎上，要從宏觀和微觀的角度研究分析信號交叉口和非信號交叉口中因外界因素導致交通流中斷的特點，通過展開對道路間斷流的模擬與仿真，建立合理的交通流模型并對間斷交通流進行解釋和演化，可以得出各個交通流參數之間的關系，展開對道路的擁擠程度評價，能夠更好地探索交通阻塞度的變化規律，從而為城市交通規劃和智能交通設施的應用提供參考依據，能有效地降低城市交通擁堵度。

間斷流和連續流相比，由于行駛車輛種類多，信號燈周期性變化和渠化區段分流等因素的影響，間斷流的特征表現出了極大的復雜性。目前國內外的大部分研究都是基于連續流交通量數據，這樣無法準確、直觀的反映出間斷流的特點，而且具有很大的局限性。在我國隨著車輛數的快速增加，道路交通流的影響因素錯綜復雜，因此展開對間斷流特性的研究迫在眉睫。近些年來，道路交通流理論不斷發展完善，對間斷流特點的研究也逐漸成為國內學者不斷重視的課題。本文將從間斷流的擁堵機理、擬合模型和模型算法、理論應用等方面對以往的文獻進行整理和歸納。

1 間斷流的擁堵機理的研究

任剛等提出了一種結合間斷交通流的運行和流量特性的綜合擁擠評價模型，該評價模型不僅能表征間斷交通流參數的變化對交通擁擠的影響，而且可以更加均衡的評價交通擁堵[1]。林瑜等通過應用模糊算法把車輛排隊距離占路段總長度的比例與行程速度兩個參數值的計算結果作為道路阻塞度判別指標，建立相應的間斷流阻塞度量化函數模型[2]。呂圣華的研究指出由快速路和城市常規道路不合理銜接所造成的間斷流設施交織區問題是造成城市道路擁堵問題的源頭之一[3]。

2 間斷流模型及其算法的研究

交通流理論中，流量q、速度μ和密度k這三個基本參數是交通流模型的核心內容，三者中的兩兩之間的關系在交通流中都具有重要意義，其中速度—密度關系得到了大量學者的關注。

殷越銘等在探究交通流的流量、車速和車流密度三個參數關系的過程中建立了路段車輛通行的一階擬線性的連續交通流模型，并在此基礎上推廣得到基于交叉路口通行規則的間斷交通流模型[4]。龍小強等把道路上行駛的車流視為一種可壓縮性的流體，通過研究計算得到可以描述連續交通流分布的方程，進而推導得出滿足間斷流分布特性的方程[5]。

在國外相關研究中，G.H.Peng等提出一種新的網格交通流模型來描述存在交通中斷概率影響的交通流，通過非線性分析得到了修正的Korteweg-deVries方程，并提出了交通中斷概率可以穩定交通流。Tian Chuan建立了一種在考慮交通中斷概率和兩車道之間的相互影響下的高速公路間斷交通流特點的宏觀模型，該模型可以有效的反映出交通中斷概率對雙車道高速公路交通流行駛和變道行為的影響。

3 間斷流理論應用的研究

沈國江等提出的一種包含了卡爾曼濾波模型和徑向基函數兩個子模型的短時交通流組合模型，可以用來預測非線性和不確定性較大的間斷交通流的短時交通量。柏海艦等的研究指出公交車站點會由于上游交叉口的信號控制而導致多輛公交車排隊間斷進站和出站，基于公交汽車間斷流特性采用排隊論方法提出了減小站點擁堵的優化方法。侯正英建立以路段域行程時間、交叉口域行程時間和信號周期為關鍵影響因素的樣條權函數神經網絡模型可以較好的預測城市道路信號交叉口間斷交通流路段的行程時間。

在國外學者的間斷流理論應用研究中，Ali Louati等提出基于生物免疫理論而創新的TSCS（多種交通信號控制系統），該系統可以通過不斷地通過學習案例來提高對信號交叉口間斷交通流的監測和控制能力，這為解決阻塞通道和高流量的信號交叉口等極端情況下提供了一種新的解決辦法。Chen Yu等提出的一種新的間斷流速度密度模型可以準確、直觀地描述城市道路交通狀態，且該模型在預測和分析復雜信號交叉口的間斷流交通方面可以發揮重要的作用。

4 總結與展望

通過閱讀和學習國內外學者有關間斷流交通的相關文獻可以看出，我國對于間斷流交通的研究涉及了多個方面和領域，各個學者也對道路間斷交通流的擁堵機理、模型算法、相關的理論應用方面有自己的思考和建議。但總的來說還是缺乏對形成間斷流擁堵微觀層面上的考慮，且目前國內對于間斷流的研究大多數還停留在系統分析、構建模型和優化算法的理論層面。針對當前我國間斷流研究現狀及問題的梳理，在今后的研究過程中應注重從以下方面展開探索。

（1）宏觀和微觀相結合。從現有的文獻研究看，當前我國學者對于道路間斷流的研究以宏觀角度建模為主。城市道路交通本身就復雜多變，是在很多影響因素相互作用才呈現出可視的擁堵狀態，宏觀的連續交通流理論已不能具體描述間斷交通流的現狀，如何將人、車、路、環境等因素納入分析體系，將宏觀和微觀參數相結合是今后城市道路間斷流研究的重點。

（2）間斷流模型的描述和預測功能相結合。目前國內的研究多數是以經典理論為基礎，帶入數據計算得到的間斷流模型，在反映城市道路間斷交通流實際運行狀態上具有很大的局限性。國內學者應依據大量的真實路網數據并結合相應的交通流現象進行綜合分析，在全面考慮各類交通要素的影響之后建立相應的交通流模型，探索在不同等級道路和不同類型交叉口的情況下模型的適用性，從宏觀和微觀的角度入手探索間斷流模型再現復雜交通現象和預測短時交通量的實現途徑。

參考文獻：

[1]任剛，范超，華璟怡，等.城市道路間斷交通流綜合擁擠指標分析[J].東南大學學報（英文版），2014（1）：101-106.

[2]林瑜，楊曉光，馬瑩瑩.城市道路間斷交通流阻塞量化方法研究[J].同濟大學學報（自然科學版），2007（3）：336-340.

[3]呂圣華.基于VISSIM仿真的間斷流設施交織區組織研究[J].現代交通技術，2010，7（5）：84-86+98.

[4]殷越銘，包曉潔，黃雅純.基于交通流模型的小區開放政策研究[J].中國商論，2016（30）：150-152.

[5]龍小強，晏啟鵬.信號燈控制下的交通流模型[J].西南交通大學學報，2000（3）：301-305.