城市道路交通拥堵扩散速度演化分析

城市道路交通拥堵扩散速度演化分析
摘要：随着汽车保有量的增加，一系列城市交通问题随之显现，我国城市交通
发展的当务之急缓解和预防交通拥堵，交通拥堵问题关系到我国城市的可持续发展。

探索道路交通拥堵传播规律是预防和缓解城市交通拥堵的基础性工作，本文
通过对交通拥堵以及交通拥堵发生机理的研究，对交通拥堵扩散速度的演化进行
简单分析。

关键词：交通拥堵;拥堵特性;拥堵机理;拥堵扩散速度
1交通拥堵概述
（1）交通拥堵定义
交通拥堵直观表现为一种车多拥挤且车速缓慢的现象，通常在假日或上下班
高峰等时刻出现。

此情形常出现于世界上各大都市区、连接两都市间的高速公路，及汽车使用率高的地区。

交通拥堵目前没有统一的定义，专家学者主要从交通需
求与交通供给的关系来描述交通拥堵的概念。

所谓的交通拥堵是指在某一段时间内，由于交通需求的增加，通过道路中的某条路段或交叉口的总的车流量大于道
路的交通容量时，导致道路上的交通流无法畅行，超过部分交通流滞留在道路上
的交通现象。

（2）交通拥堵研究现状
交通拥堵的研究可以从定性和定量两个方面来分析。

从定性的角度讲，交通
拥堵是指城市中某条道路或某一区域交通运行状况的整体表现，与驾驶员和乘客
的实际感受有关。

因此在交通拥挤的定量度量和判别上，不同的国家有不同的判
别标准。

主要包括参数阈值法、数值分析法以及模式识别方法等。

2城市道路交通拥堵特性
城市道路是由错综复杂的路段和交叉口组成的，不同时间、地点的交通流组
成和流量有差异，交通拥堵产生的原因、发生地点、影响范围也不一样，表现出
明显的时间和空间分布特性。

（1）交通拥堵时间分布
拥堵时间分布特征是指交通拥堵随时间的变化而变化的特性。

交通系统是一
个实时的系统，实时都在发生着变化。

（2）交通拥堵空间分布
交通拥堵发生的位置及在整个城市路网中的分布状况为交通拥堵的空间特性。

按交通拥堵涉及的范围以及交通流的关联性，交通拥堵具有“点、线、面”的空间
特征。

点拥堵主要指的是多个相对独立的道路单元的拥堵，如独立交叉口、独立瓶
颈路段等。

作用范围较小，影响较小。

当发生交通拥堵时，只对与其相连接的路
段产生影响，不影响与其相邻的其他交叉口、路段的交通状况。

线拥堵多指主干道路上的拥堵。

指由于局部点交通发生拥堵时没有及时疏散，或在一段时间内交通需求的激增，使得车辆在路段上向上蔓延，致使多条路段出
现拥堵，呈线形拥堵状态，常出现在路段相互关联的城市主干道路上。

线拥堵通常指主干道路上的拥堵。

指由于局部点交通发生拥堵时没有及时疏散，或在一段时间内交通需求的激增，使得车辆在路段上向上蔓延，致使多条路
段出现拥堵，呈线形拥堵状态，常出现在路段相互关联的城市主干道路上。

面拥堵即区域性拥堵。

指交通拥堵分布在城市路网的某一个区域，该区域内
路段和交叉口相互关联，各个部分交通流之间相互影响，使得交通流在一定时间
内没有有效的畅通途径，从而形成区域性的拥堵或堵塞。

3拥堵过程的机理分析
交通拥堵的实质即交通供给和交通需求两者缺乏平衡性所引发的后果。

在供
求缺乏平衡性的作用下，道路交通流出现了两大变化趋势：趋势一，从干扰到失
去稳定性到稳定；趋势二，从干扰到失去稳定性到拥堵。

第一大变化趋势即位于供需缺乏平衡性的背景下，促使道路交通流出现不稳
定状况，经由道路本身的调节功能或者进行疏导，位于相应时限可变回以往的稳
定状态；第二大变化趋势即供需缺乏平衡性期间，经由道路自身调节或进行交通
管控以后依旧无法将拥堵的交通情况改善，促使道路交通流运行缺乏稳定性，引
发交通拥堵。

交通拥堵刚开始在道路某一点形成，该点即拥堵的关键点，在此点
滞留的车辆依据自身调节功能难以消散，或在交通管理人员的管控、疏导下依旧
难以处理问题，拥堵现象便会逐步朝着相应路段扩张，滞留的车辆相继出现于邻
近路段与交叉路口，伴同时间的累积效应，点拥堵开始转换成主干道上的线拥堵。

这一期间，道路车流彼此干扰，假设无法对其合理管控，交通状况势必急剧恶化，导致局部交通流近乎饱和，于区域中产生闭环，使得该区域交通流被“锁死”，交
通拥堵开始从局部朝着区域性拥堵发展，引发了严重的交通瘫痪现象。

4交通拥堵扩散速度演化
日常生活中，当一个节点发生拥堵后，该节点处的车流行驶速度将会减慢，
后续车流会减速等待在队列中，队列向后延伸，大量的车辆处于等待队列之中，
因此排在队列后端的车辆很可能无法及时通过路口。

由于此条道路上车辆数量的
不断增加，同时道路的容量是有限的，这就使得上行道路要驶入此条道路的车辆
数量受到影响。

同样的情况延续至上游道路，会导致交通网络中的多处出现拥堵
状况，这就是城市道路交通网络中道路拥堵的传播过程。

当发生交通拥堵时，道路上游和下游的交通流发生明显的变化。

在上游路段，通行能力下降，车流密度不断上升，道路的占有率不断增加，行车速度下降，通
过道路断面的交通流量不断减少，车辆延误增大，从而使到达目的地的行程时间
增加，交通参数的变化趋势如图 4-2 所示。

随着时间的推移，拥堵节点处的车流
速度逐渐下降。

从时间上看，拥堵过程可分为4个阶段：拥堵产生、扩散、消散和结束。

当
到达车流量超过瓶颈通行能力时，拥堵产生并逐渐扩散；当到达车流量小于离去
车流量时，拥堵从扩散转为消散。

从空间上看，道路出现拥堵后，通行能力下降
的截面会随着车辆排队的增加向上游运动当拥堵的冲击波从瓶颈处向上游扩散时，更多路段的通行能力和速度也随着截面的运动而下降。

结语：
城市发展极为迅猛，城市交通系统是城市繁荣、有序和高速发展的主要支撑
条件之一，通畅的城市交通对城市的经济和社会发展具有重要的促进作用，为预
防和缓解城市交通拥堵，需要对交通拥堵的形成及在路网上传播与消散的规律进
行更深入的研究。

参考文献：
[1]黄艳国.城市道路交通拥堵机理及控制方法研究[D].广州：华南理工大学，2015
[2]龙建成.城市道路交通拥堵传播规律及消散控制策略研究[D].北京：北京交
通大学，2009
[3]谢琛.城市交通网络拥堵产生及传播的动态模型研究[D].上海：上海交通大学，2007
[4]冮龙晖.城市道路交通状态判别及拥挤扩散范围估计方法研究[D].长春：吉林大学，2007。