26
公
路与 汽运
H ig h w a y s A Autom otive A p p lica tio n s
总第190期
傅成红凌新和2 !李博洋1
(1.福建工程学院交通运输学院，福建福州
350118&.福州市规划设计研究院，福建福州
350118)
摘要：分析了经典交通流模型的特点与适用性；以福州市快速路及主干道为对象构建仿真路 网模型，引
入中观交通流模型，利用仿真软件DynuStudio 对路网进行交通分区、O D 交通量估计、交通流模型主要参数标定，对快速路进行动态交通分配仿真分析％结果表明，福州市三环快速路 交通服务水平稳定且通畅，但二环快速路情况复杂，高峰时段拥堵严重，与现实情况基本一致％ 关键词：城市交通；快速路；动态交通&中观模型&方真分析
中图分类号：U 491.2
文献标志码：A
文章编号：1671 — 2668(2019 #1 — 0026 — 0!
交通拥堵导致市民出行时间、能源消耗、污染物 排放急剧增加，严重制约城市的可持续发展。而且
近年来城市交通拥堵已由点到面蔓延，演变成路网 层面的交通问题，交通管控措施必须关注到城市（区 域)路网，以最大限度改善城市路网通行能力。以前的交通流模型主要关注路段交通运行规 律，如速度一密度线性关系模型、Greenberg 模型、 Underwood 模型、Pipes 模型等。该文引人中观仿 真（Anisotropic Mesoscopic Simulation ，A M S )模 型，利用中观层次的交通仿真软件DynuStudio 对福 州市主城区骨干路网交通进行仿真研究。1 交通流模型简介
!1
经典交通流模型
交通流理论的速度一密度一流量模型用于描述 宏观交通流的基本规律。1933年，GreenshieldsB . D .等提出速度一密度线性关系模型[见式(1)]，该模 型适用于交通流密度较大的情况。
式中：-、々分别为交通流的速度和密度；u <；为自由 流状态下的行车速度（km /h )
为堵塞状态下的车
流密度。
后来学者们对Greenshields 模型进行改进，先 后提出了 Greenberg 模型[见式（2)]、Underwood 模型[见式（3)]和Pipes 模型[见式（4)]等。其中： Greenberg 模型、Underwood 模型在密度特别小时
(趋近零）速度无限大，不符合实际，因而不适用于密
度较小的情况；Pipes 模型的幂参数n 可调整，其适 用范围比Greenshields 模型广，n = 1时即为Green - shields 模 型 。
D ；
u =Ufln (^~)
(2)
U=Uf ( 一 D >)
⑷
1#中观仿真模型
沿用Greenshields 模型的基本思路，Y . C . Chiu 等提出A M S 模型：
一
D U 一-0 = (uf 一-0) 1一 (^)
L D 」
式中U 0为交通流接近阻塞时的最大速度；！、/?为可调整参数。
理论阻塞速度应为零。但实践中，当阻塞导致 速度低于某个值时，如-0=5 km /h ，则认为是阻塞。针对快速路、城市干道交通流的特点，A M S 模 型有单阶段、两阶段两种形式（见图1)。单阶段模 型适用于主干道，其最高行驶速度因车流过大不能 达到自由流速度；两阶段模型适用于快速路，当车流 密度很小时，其速度通常受到路段限速、车辆技术速 度的限制而有一个最高值，即自由流速度。2
道路网的仿真处理
2.1道路的主要属性
仿真路段的主要属性包括道路等级(快速路、主
!基金项目
：福州市社科规划项目（2017FZB 1
5)福建省自然科学基金项目（2016J 01725)福建工程学院科研发展基金项目
(G Y — Z 160133；G Y — Z
160123)
2019年第1期傅成红，等：基于中观模型的福州快速路动态交通仿真研究27
干道、次干道、支路"车道数、长度和限速（见表1) %
图1两种形式的A M S模型曲线
表！路段的主要属性
道路等级车道数/条限速/((+ •h”
快速路2,3,460,80,100,120
主干道2，55 70
次干道245,5
支路1，30
交叉口（点）采用多时段固定相位方式，根据其 交通流特征，相位分为多个阶段设置，2!h最多分 为8个阶段，其中早、中、晚3个高峰时段独立设置。
2.2路段及交叉口的处理
2.2.1 路段通行方向
仿真路段用有起止点的有向曲线表示，根据需 要，设置为单向或双向通行。快速路、干道的主线路 段，车辆分方向行驶，路段仅允许单向通行&夬速路 出人口、交叉口左右转向路段只允许车辆按规定方 向单向通行[见图2(a)]；支路一般路宽有限，允许 车辆双向通行，用一条路段表示[见图2(b)]。
(a)路段分开表示单向通行
(b)路段合并表示双向通行
图2路段通行方向示意图
2.2.2 路口交叉
为实现在仿真路网的路口（交叉点）设置红绿灯 相位控制，对路口交叉进行处理。如果相交的两条路段均为图2(b)的形式，则直接在交叉口设置通行 相位。对于路段仅允许单向通行的双向道路交叉 口，需作如下处理：对图3所示井字交叉口进行处 理，使其表现为十字交叉口；对图！所示T字交叉 口也作类似处理；处理后的交叉口相位控制设置在 交叉点处。处理完成后的路网见图5。
3交通小区划分与O D数据准备
3.1交通小区划分
该文研究对象为福州市快速路，路网构建只关 注快速路、干道等级层次，即骨干路网。福州市骨干 路网主要由二环快速路、三环快速路、接二连三（二、三环连接路段）和“五纵七横”的干道构成。以骨干 路网的道路为分界线，将研究区域分为40个交通小 区，其中1!16号小区在二环内，17!28号小区在二、三环之间，29!40号小区居于三环外（见图
6)。
28公路与汽运2019年1月
图'福州市主城区骨干路网交通小区划分示意图
3.2 O D估计
受条件限制，无法获得实际〇〇交通量。采用 已有的2012年福州主要路口交通调查数据，借助 2012—2017年常住人口密度、车辆保有量统计数 据，采用增长系数法估算O D交通量为11!3万辆(见表2"其中车型比例=大型车：小型车=1:9。
表2交通小区O D交通量辆
小区编号1O D小区编号|O D 1103749620211131611084
221767215962247735075
324950224802341774295
42076321429241670915586
51583816970252246921468
670907256262623724109
763805851271222111256
81809416455281500413705
9716272532992379764
1010248109343050285065
11576159523139643944
1238866351613272206931
1334990355143367246854
144154543468341132110861
152132920795351303312083
161222312122361252612165
1711919114653762756886
18769382423862795989
1926952272933956145565
2027305266834059186339
3.3模型参数取值
A M S模型中，改变a和^的值会使A M S曲线 的斜率发生变化。《值越大，曲线斜率越小，即当路 网车流密度增大时，车辆速度损失相对缓慢；相反，
值越大，曲线斜率越大，路网会变得相对“脆弱”一 些，车流密度稍有增大，速度就会很快下降。
通过实地(杨桥东路冰心故居路段、浦上大道西 二环黎明路段、西三环洪塘水闲路段)调查获得路段 交通流数据。为简化，设定^ =1，采用回归方法标 定主干道cu=8.5、二环路a2=55、三环路a3=3.9。
4仿真结果分析
4.1 三环快速路
选取福州市三环快速路8个路段断面进行观 察，其24h流量见图7；以5m in为间隔，将24h划分为288个时段，各时段车流平均速度见图8。
120
110
^100
•S90
m7〇
卜
50
4〇I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288
12 36 60 84 108 132 156 180 204 228 252 276
时段
图8三环快速路24h平均速度
福州三环快速路分为东、北、西、南四段，全长约 50 km，全程不设红绿灯。东、北三环主路限速120 km/h、隧道限速100km/h；西、南三环路限速80 km/h。由图7、图8可知：三环快速路车流行驶速 度较稳定，除个别路段在早晚高峰时段稍受影响外，其余时间能达到畅通的行驶状态。
4#二环快速路
二环快速路路网条件和交通需求情况均较复
+东三环+南三环
—西三环 —^北三
湖南张家界旅游攻略
环
2019年第1期傅成红，等：基于中观模型的福州快速路动态交通仿真研究29
杂，全长约28 km，主路限速70km/h，隧道限速50 km/h。选取有代表性的西二环、南二环路段进行观 察，其车流平均速度见图9、图10%
时段
图10南二环的平均车速
由图9、图10可知：西二环北段（象山隧道）的车流在早晚高峰时段的平均速度相对缓慢&中段南 向北方向在高峰时段的车流平均速度处于较低水 平，已达到中度拥堵程度。南二环中段较畅通，最低 速度达30km/h；西段（尤溪洲大桥）车流在早晚高 峰时段的平均速度处于很低的水平，只有15km/h 左右，已达到严重拥堵程度。
北二环由北环西路、北环中路和北环东路构成，根据仿真结果，北环西路高峰期车辆行驶状态最好，能达到基本畅通的水平；北环中路早高峰较拥堵；北 环东路东向西路段高峰期持续时间较长，但对车流 平均速度的影响不是很大，高峰时段能达到基本畅 通的水平。
东二环路段在高峰期车流受到的影响较小，能 达到基本畅通的水平。
4.3仿真结果评析
总体而言，福州市三环快速路在高峰时段的平 均车速处于较平稳的状态；早晚高峰时段由于车流 密度增大会对车流速度有所影响，但影响并不大，依 旧能达到自由流的水平。
二环快速路的情况较复杂，高峰期基本处于饱
和甚至过饱和状态。出现这种状况的路段多集中在
西二环和南二环的部分路段，如象山隧道段、西二环
中路、尤溪洲大桥在高峰时段堵塞较严重，东二环和
北二环的部分路段在高峰期会出现轻微拥堵。
将上述仿真结果与2018年！月16—20日（工作日）高德地图报告的路网交通状况进行比较，两者显示的二、三环快速路主要路段拥堵趋势基本一致。5结语
该文引人中观A M S模型，利用D y n u S tu d io仿真软件对福州市骨干路网的动态交通进行仿真，从仿真结果观察到的快速路交通状况与实际交通状况
基本一致，表明基于中观A M S模型的D yn u S tu d io 动态交通仿真能较好地接近实际。但仿真所加载的〇•〇交通量估算较粗略，模型参数标定也偏简单，进一步的研究中需改进O D估算方法或结果，并详细、准确地标定仿真参数。
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