基于城市清潔車作業行為的移動瓶頸建模與仿真

姬　浩,徐寅峰,蘇　兵

(1.西安交通大學管理學院,陜西西安710049; 2.西安工業大學經濟管理學院,陜西西安710032; 3.機械制造系統工程國家重點實驗室,陜西西安710049)

基于城市清潔車作業行為的移動瓶頸建模與仿真

姬浩1,2,3,徐寅峰1,3,蘇兵2,3

(1.西安交通大學管理學院,陜西西安710049; 2.西安工業大學經濟管理學院,陜西西安710032; 3.機械制造系統工程國家重點實驗室,陜西西安710049)

基于我國城市交通中清潔車作業行為特征,運用交通元胞自動機方法和理論,建立模型,進行數值模擬,收集數據,繪制道路各車道流量圖,時空圖,車輛平均速度,車輛平均延誤,車流平均密度和道路通行效率曲線,分析清掃車和灑水車兩類清潔車作業行為對道路交通流的影響及演化規律.研究結果表明:兩類清潔車作業行為都會誘發明顯的移動瓶頸,對城市道路交通流產生顯著干擾,在上游形成較寬的車輛擁擠帶,并向上游迅速傳遞,且灑水車作業行為對道路交通流干擾更為明顯,得出當進車率較小時,兩類清潔車作業行為即會導致道路通行效率下降,當進車率進一步增大時,道路通行效率降幅最高超過50%.

移動瓶頸;城市道路;清潔車;作業行為;通行效率

1　引　言

城市清潔車作為美化城市,治污防霾的重要工具發揮著顯著作用.現實中,城市清潔車慢速,占用道路的作業行為特征,往往會對正常行駛車輛產生阻礙,具有明顯的”移動瓶頸”效應,加劇了城市交通擁堵.為此,市政管理部門制定了錯峰作業的調度措施,但多基于已有經驗,缺乏有效理論分析和依據,因此,研究城市清潔車作業行為誘發的移動瓶頸特征,以及對道路交通流的影響和演化規律,對于優化城市清潔車作業時間調度具有重要意義.

所謂移動瓶頸是指誘發交通擁堵點隨時間推移而移動的交通現象.國內外學者對交通“移動瓶頸”問題進行了廣泛研究.Gazis等[1]于1992年針對高速路中重型慢車引發車輛“成簇”慢行排隊問題,提出“移動瓶頸(moving bottleneck)”概念,建立模型進行分析,得出當慢車上游來車達到一定臨界狀態時,在該慢車上游附近及鄰道均形成一定長度的排隊車輛,導致道路通行能力和效率急劇下降.在Gazis等的研究基礎上,其他國外學者運用交通波,概率論和運籌學等理論,重點從兩個方面對移動瓶頸及對交通流的影響展開研究.一是移動瓶頸理論建模及求解算法研究.文獻[2,3]分別建立了KW-MB模型和基于移動坐標系的移動瓶頸理論分析框架與算法,奠定了移動瓶頸理論的研究基礎和框架,文獻[4,5]對KW-MB模型求解算法展開進一步深入分析;文獻[6,7]在對移動瓶頸實測的基礎上,建立Munoz-Daganzo理論模型,分析移動瓶頸對交通流參數的影響;文獻[8]構建瓶頸圖,力圖將其他學者的理論模型進行統一.二是移動瓶頸特征實測研究.重點針對多車道高速公路貨車進行實測研究[6,7,9],也有部分研究針對道路干路[10]環境下貨車,城市道路中公交車[4]導致的移動瓶頸進行理論和實測比較分析.另外還有學者對高速公路卡車道限制導致的移動瓶頸問題及對道路通行能力的影響進行研究[11].國內學者運用上述理論模型和框架,重點針對我國高速公路拐彎,上坡路段等情形下,貨車[12],重型車輛[13]產生的移動瓶頸,建立模型,研究對道路交通流的干擾效應和通行能力的影響;還有學者運用微觀仿真方法對高速公路移動瓶頸進行模擬和數值分析,文獻[14]根據貨車造成的移動瓶頸隨時間,空間動態變化的特點,提出在高速公路中每隔一定距離設置超車道的解決策略;文獻[15]選取若干交通穩定性衡量指標,以大型車輛混入率為對象,對高速公路上大型車輛造成的移動瓶頸影響效應及對交通流穩定性影響進行仿真分析;文獻[16]對雙車道高速公路中分別存在一輛和兩輛重型卡車情形下的交通流進行了模擬和數值分析.

以上研究多是針對高速公路環境下,分析大型貨車或者重型卡車等車輛造成的移動瓶頸對道路交通流的影響,未考慮城市交通環境下,特殊車輛行駛行為誘發的移動瓶頸問題.現實中,城市清潔車作業行為會誘發明顯的移動瓶頸,清潔車作業行為與高速重型車輛行駛特征有較大差異,且與高速公路相比,城市道路中車輛更多,速度更慢,使得清潔車作業行為對城市道路交通的影響更大.為此,本文通過對我國城市清潔車作業行為觀測,調研和分析,提煉特征,從微觀角度,建立交通流模型,通過計算機模擬,采集并計算道路車流量,道路通行效率,車輛平均速度,車輛平均延誤和車流平均密度數據,定量分析城市清潔車作業行為對道路交通流的影響及演化規律,以此為交通管理部門優化城市清潔車作業時間調度提供決策參考.

2　城市清潔車作業行為分析

2.1城市清潔車作業行為特征刻畫

現實中,城市清潔車主要有兩類:清掃車和灑水車.兩類清潔車作業行為及對道路交通流影響具有差異.

1)清掃車作業行為特征分析

清掃車作業行為會誘發以下交通現象.實景如圖1所示.

(a)清掃車作業時占用一個車道慢速行駛,阻礙車流,形成移動瓶頸,使后車延誤,造成車輛排隊;

(b)當后車受到阻礙,短時不能快速前行,就會強行換道超越清掃車,可能與鄰道后車發生沖突,進一步加劇延誤.

圖1　清掃車作業行為形成的移動交通瓶頸示意圖Fig.1 Moving traffic bottleneck caused by sweeping truck working behavior

根據清掃車作業實際情形進一步抽象,可以將道路劃分為車輛沖突區域和自由行駛區域(如圖2所示).

車輛沖突區域C位于清掃車上游附近.當清掃車作業時,其所在車道后車受到阻礙,導致排隊車輛增多,為了盡快超越清掃車,駕駛人更傾向于在相鄰車道行駛,一般都會提前減速,換道調整駕駛狀態,當短時不能換道成功,就會采取搶道,與鄰道直行車輛發生沖突.

自由行駛區域A和B分別位于C區域上游和清掃車下游,在該區域普通車輛自由行駛,換道.具體抽象如圖2所示.

圖2　清掃車作業行為抽象示意圖Fig.2 Abstract diagram of sweeping truck working behavior

2)灑水車作業行為特征分析

灑水車作業行為會誘發以下交通現象.實景如圖3所示.

(a)當灑水車作業時,占用一個車道慢速行駛,形成移動瓶頸,對后車造成阻礙,導致排隊;

(b)當灑水車作業時,其所噴灑水流會對本車道,鄰道后方一定區域造成影響,車輛通過該區域時明顯剎車,減速慢行,產生延誤;

(c)當后車受到阻礙,短時不能快速前行,就會強行換道超越灑水車,可能與鄰道后車發生沖突,進一步加劇延誤.

圖3　灑水車作業行為形成的移動交通瓶頸示意圖Fig.3 Moving traffic bottleneck caused by sprinkling truck working behavior

根據灑水車作業實際情形進一步抽象,可以將道路劃分為三類區域(如圖4所示):

灑水車作業影響區域W:該區域位于灑水車所在車道正后方和相鄰車道側后方,根據實測,該區域長度近似于等于兩輛普通車輛長度.由于受到灑水車噴灑水流的影響,L車道車輛一般不會駛入W區域,往往換道至R車道行駛,而R車道車輛通過W區域時,往往減速慢行,以遠小于車輛在自由行駛區域最大速度行駛,設為vw.

車輛沖突區域C:該區域位于灑水車作業影響區域W上游附近.當灑水車作業時,其所在車道后車受到阻礙,導致排隊車輛增多,為了盡快超越灑水車,駕駛人更傾向于在相鄰車道行駛,一般都會提前減速,換道調整駕駛狀態,當短時不能換道成功,就會采取搶道,與鄰道直行車輛發生沖突.

車輛自由行駛區域A和B:分別位于C上游和清掃車下游，在該區域,普通車輛自由行駛,換道.具體抽象如圖4所示.

圖4　灑水車作業行為抽象示意圖Fig.4 Abstract diagram of sprinkling truck working behavior

2.2車輛受阻跟隨行駛忍耐時間上限和清潔車作業行駛速度

現實中,當車輛受到前車阻擋,不能以期望速度行駛而跟隨行駛時間超過駕駛人忍耐極限時,駕駛人就會冒險強制換道至R車道以超越前車,這一過程中,可能與R車道直行車輛發生沖突,造成直行車輛延誤,影響道路通行效率.另外,清潔車往往以恒定速度勻速行駛開展作業.

通過實際調研,收集車輛受阻跟隨行駛忍耐時間上限和清潔車作業行駛速度數據,求算數平均值,得到表1所示數值.

表1　司機等待時間上限和清潔車平均速度Table 1 Upper limit of driver waiting time and clean truck average velocity

3　考慮城市清潔車作業行為的道路交通流模型和交通性能度量指標

本文以城市較為常見的單向雙車道道路系統為對象,研究清潔車作業行為對道路交通流的影響,所構建道路系統屬基本路段,無交叉口,非機動車和行人影響,道路線形條件良好.

3.1模型參數定義

根據元胞自動機理論并考慮城市道路中車輛速度較低特征,設定每輛普通車輛占用2個元胞,清潔車占用3個元胞.將每個時刻劃分為2個子時間步,在第1個時間步內,車輛按照定義好的規則進行換道;第2個時間步內車輛在各自所在車道,按照單車道情形下車輛位置更新規則進行更新.整個道路系統存在兩類車輛:普通車輛和清潔車輛,其中路段中有且僅有一輛清潔車.

3.2考慮城市清潔車作業行為的道路交通流模型

交通流模型由兩部分構成:一是清潔車作業時自身位置更新規則;二是普通車輛換道和位置更新規則.

1)清潔車更新規則

清掃車和灑水車在作業過程中不換道;除非遇到前車阻擋,否則以恒定速度行駛作業.兩類清潔車作業更新規則相同,具體如下:

2)普通車輛換道和更新規則

定義普通車輛換道規則時,要考慮普通車輛在不同區域行駛特征的差異.

通常情形下,普通車輛換道采用安全換道,但當遇到前車阻擋,短時不能前行時,往往也會采取強制換道.為了更加準確刻畫現實交通,本文運用彈性安全換道間距模型(F-STCA)[17]關于換道風險度ξ定義來設置換道規則安全距離

其中v表示車輛n換道一個時間步后后方車輛的相對速度,d表示換道一個時間步后車輛n與后方車輛的間距,并且證明為換道安全保障的充分條件.

換道規則要綜合考慮車輛類型,車道和所在區域三個因素,具體換道規則如下:

(a)清潔車作業情形下普通車輛換道規則

C1規則:自由換道.普通車輛位于A,B區域L和R車道.當tw≤ Tu成立,且滿足式(5)和式(6),即

則車輛自由換道,否則不換道.

C2規則:強制換道.普通車輛位于A,B區域L和R車道.當tw＞Tu成立,且滿足式(7),即

則普通車輛強制換道,否則不換道.

C3規則:搶道.普通車輛位于C區域L和R車道.由于C區域靠近清潔車,該區域L車道普通車輛具有強烈的第一時間換道至R車道行駛的愿望,以期盡快超越清潔車,避免長時間跟隨清潔車慢速行駛;而R車道普通車輛除非遇到極端情況,如在R車道上無法繼續行駛而只有變換車道后方可以繼續前行,否則更愿意在R車道行駛.具體換道規則如下:

同時定義pchange為普通車輛強制換道率[18],表示車輛冒險換道的可能性,根據車輛所處車道不同取不同值,具體如下,即

當滿足式(8),則L車道普通車輛以概率p0搶道至L車道,否則不換道,并且當行駛至Xc位置仍未換至R車道時,則跟隨清潔車慢速行駛,等待搶道時機;當滿足式(9)式時,R車道普通車輛才會以概率p1搶道至L車道.對比式(8),式(9)和pchange取值可以得出,車輛從R車道向L車道換道要苛刻的多,這也符合現實情形.

(b)清潔車作業情形下普通車輛更新規則

清掃車作業情形下普通車輛采用NS[19]規則更新;灑水車作業情形下普通車輛在A,C和B區域采用NS規則更新,在W區域,由于受到噴灑水流的影響,L和R車道車輛往往不會駛入或者換道至W區域L車道行駛,都選擇在該區域R車道以較慢速度vw行駛,具體更新規則如下,定義p4為隨機慢化率,表示車輛隨機慢化的可能性.

隨機慢化(以概率p4隨機慢化)

位置更新

定義p2為車輛自由換道概率,表示滿足換道規則時,車輛換道的可能性;p3為車輛強制換道率,表示滿足換道規則時,車輛強制換道的可能性.當滿足規則C1,C2和C3時,車輛以概率p2,p3和pchange變換車道.

3.3道路交通性能度量指標

選取和定義車道平均車流量,道路通行效率,車輛平均速度,車輛平均延誤率和車流平均密度5個方面指標反映道路交通性能和通行狀況,以分析清潔車作業行為對道路交通流的影響及演化規律,為此,在道路均勻分布設置6個虛擬探頭,收集相關數據并計算.

1)道路平均車流量和通行效率

2)車輛平均速度

某一時刻的車輛速度很難真實反映清潔車作業行為干擾下,路段整體交通狀態和行車條件,因此,采用給定時間段內平均速度來衡量路段總體交通運行狀況,具體定義如下,即

3)車輛平均延誤

采用車輛平均通行時間和平均延誤率兩個指標來進行延誤分析.其中車輛平均延誤率是指車輛由于受到城市清潔車作業干擾,而產生的額外平均通行時間與無城市清潔車作業干擾時車輛平均通行時間的比值.

其中Dav表示車輛平均延誤率,與分別表示無城市清潔車作業干擾和有清潔車作業干擾情形下,車輛在路段上的平均通行時間(h),Lr表示道路長度(km).

4)車流平均密度

車流平均密度是指單位道路長度上的平均車輛數(veh/km).

4　仿真模擬及結果分析

在前面所構建理論模型基礎上,運用MATLAB軟件編寫仿真程序,并收集數據,分析城市清潔車作業行為對道路交通流的影響和演化規律.構建單向雙車道道路系統,將道路劃分為1 000個元胞,每個元胞長度為3.75 m,對應道路長度為3 750 m,其中每個時間步為1 s,每輛普通車輛占據2個元胞,清潔車占用3個元胞,車輛最大速度vmax=5,vc=1和vw=2,對應車速分別為67.5km/h,13.5km/h和27km/h,與實測速度基本相近.對于清掃車作業情形,將道路劃分為兩類三個區域A,B和C,其中LC為6個元胞長度,LA和LB長度隨清潔車行駛位置更新而動態變化;對于掃水車作業情形,將道路劃分為三類四個區域A,B,C和W,其中LC長度取值同清掃車作業情形類似,LW長度為4個元胞,LA和LB長度隨灑水車行駛位置更新而動態變化.取車輛搶道率p1=0.9,自由換道概率p2=0.7,強制換道概率p3=0.8,隨機慢化率p4=0.3;為避免暫態的影響,前10 000個時間步模擬結果舍棄不用,對后10 000個時間步數據進行統計并分析.數值模擬采用開放性邊界條件,將L和R車道入口處6個元胞設定為發車區,模擬車輛進入道路,定義pin為單位時間步內車輛進入道路系統的概率,即當進車條件滿足時,車輛以概率pin進入L和R車道;出車概率pout=1,表示只要滿足出車條件,車輛就離開道路系統;另外,對照表1中車輛受阻跟隨忍耐時間上限,取Tu=3 s.

4.1各車道流量分布和道路時空演化圖

1)各車道流量分布

通過計算機程序模擬,采集道路車流量數據,繪制如圖5所示的車道流量分布圖,從圖中可以看出,流量曲線存在轉折點,將兩類清潔車作業情形下各車道交通流劃分為自由流和飽和流,車流量都是先呈線性增加后達到飽和并趨于穩定,進一步分析可以得到以下流量演化特征.

(a)特征1 當道路車輛較少時(pin≤ 0.3),隨著 pin的增加,L和 R車道流量基本都呈線性增加.當pin＜0.15時,有無清潔車作業情形下流量變化基本一致,無明顯差異;當0.15≤pin≤0.3時,清潔車作業情形下道路車流量仍然呈線性增加,但已經發生改變,較無清潔車作業情形下流量有所下降,且L和R車道流量變化已不再同步,R車道流量較L車道下降更快;

產生上述現象的原因在于:由于道路車輛較少(pin＜0.15),清潔車作業行為幾乎不會造成車輛延誤,對道路交通影響微乎其微;隨著pin的增加(0.15≤pin≤0.3),雖然車流量仍在增加,但清潔車作業行為已對正常行駛車輛產生干擾,延誤增加,導致車流量增幅下降.

(b)特征2隨著進車率pin(pin≥0.5)的進一步增加,兩類清潔車作業情形下各車道流量相繼達到飽和并保持穩定,車流變成擁擠狀態,此時飽和流量對應于清潔車作業形成的移動瓶頸的通行能力;同時飽和流量較無清潔車作業情形呈下降趨勢,且灑水車作業情形下車流量下降幅度要大于清掃車作業情形,R車道車流量下降幅度要大于L車道.兩種清潔車作業情形下,L和R車道流量分別下降了33.82%,36.18%和47.35%,50.00%.

產生上述現象的原因在于:當pin進一步增加時,清潔車作業行為造成的移動瓶頸效應凸顯,對道路車輛干擾大幅增加,造成更多L車道車輛向R車道強制換道或者搶道,使得換道車輛與R車道正常行駛車輛沖突增多,延誤增加,導致R車道飽和流量下降幅度要大于L車道飽和流量下降幅度,同時移動瓶頸對L車道和R車道都會產生影響,使得各車道飽和流量下降.

圖5　各車道流量示意圖Fig.5 Each lane traffic flux

2)道路時空演化圖

為了更為清楚描述和分析兩類清潔車作業行為對道路交通流影響特征和演化規律,繪制各車道時空圖,圖6,圖7,圖8和圖9分別給出了自由流狀態(pin=0.2,p4=0.3)和飽和流狀態(pin=0.5,p4=0.3)下道路時空圖演化圖.

圖6　系統各車道時空圖Fig.6 Space-time diagram of lane on traffic system

圖7　pin=0.5,p4=0.3時系統各車道時空圖Fig.7 Space-time diagram of lane on traffic system

圖8　系統各車道時空圖Fig.8 Space-time diagram of lane on traffic system

圖9　系統各車道時空圖Fig.9 Space-time diagram of lane on traffic system

(b)灑水車作業情形下道路時空圖

從圖8和圖9可以看出,灑水車作業情形下道路時空演化特征與清掃車作業情形整體相似,不同點在于灑水車作業情形下,移動瓶頸上游車流聚集帶寬度更寬,且隨時間推移寬度呈增長趨勢,對上游區域交通影響范圍更廣.

(c)兩類清潔車作業行為情形下道路時空特征分析

對比兩類清潔車作業行為情形下道路時空圖,可以得出具有以下異同特征:

第一,相同特征

特征1兩類清潔車作業行為都會誘發移動瓶頸;

特征2兩類清潔車作業行為情形下,在移動瓶頸上游附近都會形成車輛聚集帶,且隨著時間的推移寬度隨之增加,均造成車流擁擠.

第二,不同特征

兩類清潔車作業行為造成的車輛聚集帶寬度不同:清掃車作業行為造成的車輛聚集帶寬度要小于掃水車作業行為造成的車輛聚集帶,掃水車作業行為對上游區域交通影響范圍更廣.

4.2車輛平均速度分析

根據所收集仿真數據,計算兩類清潔車作業行為情形下車輛平均速度,并繪制如圖10所示曲線.通過對圖10曲線分析,可以得到車輛平均速度呈現以下演化特征:

特征1當pin較小時(pin≤0.3),清潔車作業情形下各車道車輛平均速度呈下降趨勢,且R車道車輛平均速度下降幅度要略大于L車道;無清潔車作業情形下各車道車輛平均速度幾乎沒有明顯降幅;

特征2當進車率pin進一步增加(pin≥0.5)時,各車道車輛平均速度保持穩定,且兩車道車輛平均速度相近.清掃車和掃水車作業情形下各車道車輛平均速度較無清潔車作業情形分別下降了49.89%,51.75%和63.05%,64.01%;

特征3清掃車作業情形下車輛平均速度降幅要小于灑水車作業情形.

圖10　車輛平均速度Fig.10 The average velocity of vehicles

4.3車輛平均延誤分析

根據所收集仿真數據,計算兩類清潔車作業行為情形下車輛平均通行時間和平均延誤率,并繪制如圖11所示曲線.

通過對圖11(a)和圖11(b)的分析,可以得到車輛平均延誤呈現以下演化特征:

特征1當pin較小時(pin≤0.3),兩類清潔車作業情形下,車輛平均通行時間和平均延誤率呈現較大幅度線性增加,延誤也同步增大;無清潔車作業情形下車輛平均通行時間則無顯著變化;

特征2當進車率pin進一步增加(pin≥0.5)時,兩類清潔車作業情形下,車輛平均通行時間和平均延誤率保持穩定,且R車道車輛平均通行時間和平均延誤率增加幅度要略大于L車道,清掃車和掃水車作業情形下L和R車道車輛平均通行時間較無清潔車作業情形通行時間由0.064 h分別增加到0.131 h,0.134 h和0.171 h,0.177 h,延誤率分別為104.69%,109.38%和167.19%,176.56%;

特征3清掃車作業情形下車輛平均延誤要小于灑水車作業情形.

圖11　車輛平均通行時間和延誤率Fig.11 The vehicle travel time and vehicle average delay rate

4.4車流平均密度分析

根據所收集仿真數據,計算兩類清潔車作業行為情形下道路車流平均密度,并繪制如圖12所示曲線.

圖12　清潔車上下游各車道車流平均密度變化示意圖(pin=0.5,p4=0.3) Fig.12 Average density nearby clean truck(pin=0.5,p4=0.3)

通過對圖12曲線分析,可以得到清潔車上下游附近車流平均密度呈現以下演化特征:

特征1在清潔車上游附近區域,車流平均密度明顯增大,且R車道車流平均密度略大于L車道車流平均密度;

特征2當逐漸靠近清潔車時,車流處于擁擠狀態,R車道車流平均密度呈增加趨勢,且在緊靠清潔車附近平均車流密度發生陡增,這主要是因為搶道車輛增多,清掃車和灑水車作業情形下車流平均密度最大分別達到0.53和0.61;而L車道車流平均密度在靠近清潔車時呈小幅下降,這是因為當L車道車輛靠近清潔車時,為了盡快超越清潔車,都會在第一時間搶道至R車道,導致車流密度略有下降,這與現實情形相一致,兩種情形下L車道車流平均密度也分別達到0.42和0.50;

特征3在清潔車下游附近區域,車流平均密度明顯大幅降低,隨著車輛駛離清潔車,兩車道車輛平均密度趨于一致,并保持穩定.

4.5道路通行效率分析

根據所收集仿真數據,計算兩類清潔車作業行為情形下道路通行效率,并繪制如圖13所示曲線.

圖13　清潔車作業情形下的道路通行效率比較示意圖Fig.13 Road efficiency diagram of different clean truck working behavior

通過對圖13的分析,可以得到清潔車作業情形下道路通行效率呈現以下演化特征:

特征1隨著進車率pin的變化,兩類清潔車作業情形下,道路通行效率都是先保持不變,然后下降,再保持穩定;

特征2清掃車作業情形下道路通行效率下降幅度小于灑水車作業情形,且兩車道通行效率略有差異,R車道通行效率下降幅度較大;流量飽和狀態下,清掃車和灑水車作業情形下L和R車道通行效率分別為0.67,0.64和0.53,0.50,通行效率最大降幅分別為33.00%,36.00%和47.00%,50.00%.

5　結束語

針對我國城市清潔車作業行為特征,構建元胞自動機交通流模型,運用仿真方法分析清掃車和掃水車作業行為對道路交通流的影響和演化規律.通過數值模擬和分析可知,兩類清潔車慢速,占用道路的作業行為具有明顯的移動瓶頸效應,使得在清潔車上游區域形成車輛擁擠帶,車流平均密度增大,車輛延誤增加,道路車流量,車輛平均速度和道路通行效率都大幅下降,對道路交通產生顯著影響,但影響程度存在差異,整體而言,灑水車作業行為對道路交通影響更大,在上游區域形成的車輛擁堵帶較清掃車更寬,影響范圍更廣,持續時間更長.并得出當0.15≤pin≤0.3時,清潔車作業行為即會對道路交通流產生影響,而當pin≥0.5時,清潔車作業行為對道路交通產生嚴重影響,使道路通行效率大幅下降,最大降幅超過50%.因此,市政管理部門在制定,優化清潔車作業時間時,要充分考慮道路車流量,分時段,路段建立靈活的清潔車作業時間調度機制,在美化城市環境的同時,減少交通擁堵,提高道路通行效率.

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Moving bottleneck model and simulation based on urban clean truck working behavior

Ji Hao1,2,3,Xu Yinfeng1,3,Su Bing2,3
(1.School of Management,Xi’an Jiaotong University,Xi’an 710049,China; 2.School of Economics and Management,Xi’an Technological University,Xi’an 710032,China; 3.State Key Lab.for Manufacturing Systems Engineering,Xi’an 710049,China)

Based on the characters of urban clean truck working behaviors,this paper builds a cellular automaton model to simulate and analyze the characteristics of traffic flows.According to the simulation data, the paper draws flow diagrams,space-time diagrams,average velocity diagrams,delay diagrams,density diagrams and traffic efficiency diagrams to analyze the effect of two-clean-truck working behaviors and evolution of traffic flows.The results show that the two-clean-truck working behavior can cause notable traffic moving bottleneck and notable congestion zone on the upper road.At the same time,congestion spreads to the upper road rapidly.The working behavior of the sprinkling truck has more effects on traffic flow than that of the sweeping truck.When the probability of clean truck entering a road is small,the working behavior of the clean truck causes road capacity to decline.With increase of probability of clean truck entering road,road capacity falls more than 50%.

moving bottleneck;urban road;clean truck;working behavior;traffic efficiency

C935,U121

A

1000-5781(2016)05-0676-13

10.13383/j.cnki.jse.2016.05.012

2015-04-09;

2015-10-15.

國家自然科學基金資助項目(71071123;61221063);長江學者和創新團隊發展計劃資助項目(IRT1173);國家社會科學基金資助項目(13BGL156);陜西省科技廳資助項目(2015KRM142).

姬浩(1978—),男,陜西榆林人,博士生,研究方向:交通運輸管理,Email:wwwjihao-78@126.com;

徐寅峰(1962—),男,吉林遼源人,博士,教授,研究方向:運籌與控制,Email:yfxu@mail.xjtu.edu.cn;

蘇兵(1970—),女,山西大同人,博士,教授,研究方向:交通運輸管理,Email:subing684@sohu.com.