基于自组织临界性的近邻交织区承载力研究

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交织区是两股或两股以上的车流朝着同一个方向,在不受交通管控的情况下交织运行的区域,此区域内交通流不但会随着时间的变化而变化,而且还会受到空间因素的相互影响。在相互作用的多个近邻交织区内,随着车辆不断的输入、输出,交织区会达到一个临界拥堵状态,如果任其继续发展下去,将会造成节点拥堵,甚至蔓延到整个近邻交织区。因此,需要在达到临界拥堵态之前,对其扰动,使其恢复至自组织临界状态,在此临界拥堵状态下承载的车辆数,是近邻交织区有效利用的最佳承载量。明确这种运行质量下的近邻交织区车辆数量,能够维系系统稳定发展,保障快速路近邻交织区整体的运行质量。由于近邻交织区承载力可作为交通管理部门对路网提供管控、诱导措施的标准,因此结合近邻交织区运行特点,利用自组织临界理论研究近邻交织区承载力,具有重要的现实意义。
  首先,分析了近邻交织区结构,运用交通波理论分析自组织的传播过程,发现交通连环拥堵的发生跟近邻交织区能够容纳的车流量大小有关,根据近邻交织区二维相变演化过程,将近邻交织区的交通相划分为:畅通相、过渡相、拥堵相,设计了近邻交织区自组织临界特性的验证方法,验证了人和立交近邻交织区在交通流参数占有率方面具有自组织临界特性。
  其次,根据近邻交织区的自组织临界特性,明晰近邻交织区承载力的概念以及相关模型,通过分析内部和外部的扰动方式,探究了近邻交织区承载力的影响因素,并对各影响因素进行耦合分析和时空耗散分析。
  再次,通过建立近邻交织区交通流自组织三维模型,提出了近邻交织区自组织临界阈值方法,该方法选择自组织理论中的尖点突变理论,融入高斯混合模型,通过确定不同状态下车辆的速度、时间占有率、交通量的上下阈值,来判别近邻交织区各划分单元的交通状态;根据各交织区与系统的关系,设定近邻交织区状态分级阈值,定义了近邻交织区在达到拥堵之前的临界点为近邻交织区的自组织临界态;接着通过交通状态随时间变化的运行机理,构建了近邻交织区的自组织临界态阈值计算模型。针对近邻交织区结构、运行特点,将交通量变化量-占有率作用关系由单个交织区推至整个近邻交织区,通过计算不同时刻下近邻交织区占有率,并考虑近邻交织区划分单元车道长度以及相应的占有率变化情况,构建近邻交织区承载力计算模型。
  最后,以重庆市快速路人和立交西方向的近邻交织区为例,进行近邻交织区的实证研究。根据近邻交织区各个入口和断面平峰和高峰的调查数据进行近邻交织区车辆运行特征的分析,并计算各交织区的自组织临界态阈值,接着运用VISSIM仿真软件对该近邻交织区诱导前、诱导后的交通流量情况分别进行仿真实验,并对仿真结果进行交通流差异和承载力计算结果分析。最后用传统时空耗散法与本文方法的对比,得到本文方法与传统时空耗散法的区别与优劣并说明交织区间均匀的车辆分布可以提高近邻交织区的承载力。
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