学文网摘要：本文分析了常发性瓶颈形成机理及特征，对三种常见的瓶颈分析理论的思路及方法进行了描述，对其优缺点和适用性进行了对比，可为瓶颈改善等研究提供基础性参考。
关键词：交通工程;交通瓶颈;交通波理论;累积车辆到达曲线
交通瓶颈是因为交通事件或通行能力限制导致道路服务水平下降的位置，可分为常发性瓶颈（如车道减少、交叉口瓶颈）和偶然性瓶颈（如交通事故、大型车移动瓶颈）两种。交通瓶颈是交通网络的薄弱环节，除了导致拥堵、道路服务水平下降、路网运行效率降低以外，还可能诱发诸多复杂交通现象。合理改善交通瓶颈可以有效提高路段通行能力、加快路网运行效率、节省油耗，对改善出行条件有重要意义。基于此，本文采用3种不同方法对常发通瓶颈进行分析，为瓶颈改善等研究提供基础性参考。
1常发通瓶颈形成机理及特征
城市道路交通流受到干扰时表现形式主要有以下两种：（1）干扰不稳稳定，即交通流受到干扰后可自行调节恢复稳态;（2）干扰不稳拥堵，即受到干扰后无法完成自我调节，以至拥堵。常发通瓶颈形成于第二种形式，干扰即为交通流供需的不平衡（如车道减少瓶颈处，通行能力降低、交通供给下降，无法满足行车需求;多路交通流汇合瓶颈处交通需求增大，与通行能力不匹配），而瓶颈处的道路条件、交通管控条件又无法完成自我调节的功能，结果是交通流状态失稳而拥堵。
常发性瓶颈区域交通运行具有以下普遍特征：
（1）运行速度慢，延误大;
（2）运行秩序乱，管理难度大;
（3）影响范围广，资源消耗大;
（4）车道有效利用率低，车道占有率高;
（5）拥堵时间段与空间范围相对固定。
2常发通瓶颈分析
（1）交通波理论
交通波理论即运用流体力学原理，模拟流体的连续性方程，建立车流的连续性方程，把车流密度的变化比拟为水波的起伏而抽象为车流波，当车流因道路或交通状况的改变而引起密度的变化时，就会在车流中产生交通波的传播。通过分析交通波的传播速度即可分析瓶颈处交通状态。
以车道数减少瓶颈为例，两种交通状态的车流在断面S处相遇：
***1 两种交通状态的车流相遇***2 两种状态下的交通波
交通波可以描述瓶颈前后两种交通状态的转换过程，波速则代表了转换的方向和过程。则波的传播方向与交通流运动方向相反;，则波面保持在原位置;，则波的传播方向与交通流运动方向相同。如***2，瓶颈处1、2两种交通状态相遇，连线的斜率即为波速，交通流从高密度、高流量、低速度区域向低密度、低流量、高速度区域运动，则产生一个与交通流运动方向相反的波，这个波导致了瓶颈前车流紊乱现象。
（2）累积车辆到达曲线法
累积车辆到达曲线***可表示路段上车流量随时间变化的规律，横坐标为时间，纵坐标为到达车辆数，斜率为流量。以车道数减少的常发性瓶颈为例，通过同时观测并记录断面1、2的车流量数据，可分别绘制其累积车辆到达曲线，两曲线的纵坐标差即为t时刻路段L上的车辆数，增大则L段内车辆数增加，反之则减少，根据的变化可将观测过程分为三阶段，故可由此判断路段拥挤状态。
***3 瓶颈路段累积车辆到达曲线
由于同时观测，而两断面相隔一段距离，两曲线代表的车辆队列不同，故对曲线***进行改进。假设一车队以自由流速度经过路段L，分别从头车经过断面1、2的时刻开始观测记录，则两曲线可代表同一对象车队。
***4 改进后累积车辆到达曲线
下面分析***中横坐标差、纵坐标差的物理意义。
假设在观测时间内无瓶颈出现，则断面2理想情况下的累积车辆到达曲线相当于将断面1曲线平移t1，t1的计算方法如下：
式5
式中： 为路段L的长度（m），为自由流车速（km/h），为车辆以自由流车速经过路段L的时间（s）。
式中t为拥挤情况下某车辆通过路段L的时间（s）。
则的长度为某车辆通过路段L的实际时间与理想时间之差，即瓶颈导致的延误时间。
式中、分别为理想和拥挤情况下某时刻通过断面2的车辆数。
则的长度即为瓶颈导致的延误总车辆数。
根据以上分析，改进后的累积车辆到达曲线的横坐标差为该车辆在路段L上的延误时间，纵坐标差为该时刻在路段L上的延误车辆数。
在实际的数据调查分析中，、数量级相差较大，故需对曲线作进一步改进，即断面处的累积到达车辆数减去一个背景车辆数，放大累积曲线细微变化，将更有利于观察瓶颈处的交通特征。
3常发通瓶颈分析方法对比
以上三种交通瓶颈分析方法在方案实施、数据获取及处理、实用性方面各有其优缺点。采用交通波理论分析瓶颈交通特征主要是通过计算瓶颈导致的交通波传播速度及方向，这种方法假设条件较多，在实际应用中可能产生较大偏差。车辆到达累积曲线法是通过观测瓶颈断面的交通量数据绘制曲线***，获取相关交通流特征数据，适用于高速公路瓶颈的研究。交通仿真分析法克服了前两种方法不能从一维拓展到二维的缺陷，具有良好的系统性和实用性，但采用静态数据无法实现真正的动态分析。
4结语
交通瓶颈是影响路网运行效率的重要因素之一。本文首先分析常发性瓶颈形成机理及特征，对三种常见的瓶颈分析理论的思路及方法进行了描述，对其优缺点和适用性进行了对比，三种理论在瓶颈分析方面都具有一定适用性，同时也受到一定限制，在瓶颈分析方面还有更多领域值得进一步探讨。
参考文献：
【1】何树林.运用供需平衡理论解析城市道路交通拥堵机理[J].中国人民公安大学学报（自然科学版）， 2012（02）.
【2】刘伟，黄丹，秦伟彬.城市道路瓶颈交通调节策略研究[J].交通标准化，2013（03）.
【3】贺寒辉.基于仿真技术的交通瓶颈研究[D].湖南大学，2006.
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