汽车工业的迅速发展与道路建设的相对落后,已经成为非常突出的世界性矛盾。为了解决“交通难”问题,国内外许多大中城市兴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现频繁的交通阻塞,究其原因,除了交通需求猛增因素之外,规划设计的缺陷以及建成后的交通管理与控制不当这两个因素也不可忽视。高架路、匝道与地面道路组成了城市的立体交通网络,三者之间息息相关、密不可分。基于实际的交通观测,本文利用交通流理论中的宏观和微观方法(即流体力学模型和元胞自动机模型)对高架路、匝道和地面道路之间的交互作用开展研究,对匝道附近的高架路段和地面交叉口进行了数学建模以及数值模拟,分析了交通流的复杂动力学行为,并且定性地为交通规划设计及交通管理控制提出了一些建议。本文的主要工作如下: (1) 选取上海市高架道路系统的局部路段,采用人工测量和摄像技术相结合的手段进行了大量的交通观测,掌握了高架道路交通流的主要特征。对实测获取的大量数据进行处理和分析,得出了分别适用于稀疏交通流和拥挤交通流的两种速度一密度关系式,并据此给出了畅行速度与阻塞密度这两个重要参量的数值。由实测数据得到的基本图揭示了高架路上实际存在的几种不同的交通相。 (2) 以上海市内环线高架的武宁路匝道作为典型案例,实际观测并细致分析了下匝道附近交叉口的交通流,直观地确认了地面相交主干道的右转车辆对下匝道直行交通的“挤压”效应。基于一维管道流模型,在连续性方程中引入源项,运动方程中引入弛豫项,对右转车辆干扰效应进行了数值模拟,结果与实测数据基本吻合。从模拟结果来看,“挤压”效应随着右转车辆的数目增多而加剧,是导致某些交叉口出流不畅的重要原因,而设置在繁华路口的高架路下匝道加剧了这种拥塞状况。因此建议:在高架路的设计阶段应正确地选择匝道位置,而在制定此类交叉口的交通管理措施时,设置右转方向的专用交通灯是一种较好的解决方案。 (3) 针对上海市高架道路系统存在的交通拥堵问题,论证了在上匝道处采用信号定时调节措施的可行性,并确定了合理的信号配时方案。从本课题组发展的各向异性的流体动力学模型出发,在运动方程中计及匝道交通影响项,对上匝道附近的高架路段进行了数值模拟。模拟结果表明,与无任何控制措施时相比,对上