摘 要：偶發(fā)性擁堵因其在發(fā)生時(shí)間和位置上的不確定性，更容易通過(guò)擁堵傳播引發(fā)路網(wǎng)的級(jí)聯(lián)失效。為了研究偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通系統(tǒng)中的影響，結(jié)合北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)，以進(jìn)出T3航站樓的交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間為變量，仿真分析機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程。在此基礎(chǔ)上，以道路飽和度為依據(jù)，對(duì)偶發(fā)性擁堵在整個(gè)路網(wǎng)中的影響范圍以及影響范圍內(nèi)各路段受擁堵事件的影響程度進(jìn)行研究。結(jié)果表明，隨著交通需求的增加，偶發(fā)性擁堵在路網(wǎng)中的影響范圍有所增大，且更早地發(fā)生了相繼失效;隨著擁堵持續(xù)時(shí)間的增加，偶發(fā)性擁堵在路網(wǎng)中的影響范圍先逐漸增大后趨向穩(wěn)定，且在較低交通需求下，該影響范圍更早穩(wěn)定下來(lái)。明確偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍，對(duì)影響范圍內(nèi)各路段的影響程度進(jìn)行劃分，更加精細(xì)地描述了了路網(wǎng)中各路段和初始擁堵路段之間的強(qiáng)弱關(guān)系。

　　關(guān)鍵詞：交通工程 偶發(fā)性擁堵 級(jí)聯(lián)失效機(jī)場(chǎng)陸側(cè)交通影響范圍

　　“十四五”時(shí)期，我國(guó)正不斷推進(jìn)綜合交通運(yùn)輸體系發(fā)展，加快現(xiàn)代化交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)[1]。機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通系統(tǒng)作為銜接城市交通和機(jī)場(chǎng)空側(cè)的紐帶，其有效運(yùn)行是持續(xù)提升綜合交通運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)行效率的重要保障。隨著社會(huì)車輛保有量和民航旅客周轉(zhuǎn)量的逐年增加，機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通擁堵現(xiàn)象頻繁發(fā)生[2]。根據(jù)擁堵成因不同，交通擁堵可分為常發(fā)性擁堵和偶發(fā)性擁堵。常發(fā)性擁堵是指由于早晚高峰交通需求急劇增加大于道路通行能力，或道路瓶頸點(diǎn)致使道路通行能力下降引起的交通擁堵。而偶發(fā)性擁堵是指由于各類突發(fā)事件如交通事故、惡劣天氣等造成的交通擁堵[3]。相比于常發(fā)性擁堵，偶發(fā)性擁堵具有隨機(jī)性和不可預(yù)測(cè)性，一旦發(fā)生更容易通過(guò)擁堵傳播影響周邊路網(wǎng)中的其他路段的正常通行，是保障機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通有效運(yùn)行的重點(diǎn)和難點(diǎn)。研究偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響，明確擁堵事件在路網(wǎng)中的影響范圍以及影響范圍內(nèi)各路段的影響程度，為制定合理的擁堵管控措施提供理論基礎(chǔ)。這對(duì)于持續(xù)提升綜合交通運(yùn)輸協(xié)同運(yùn)行效率，建設(shè)交通強(qiáng)國(guó)具有重要意義。

　　分析國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)偶發(fā)性擁堵的影響研究可以發(fā)現(xiàn)，元胞自動(dòng)機(jī)、交通波模型等方法刻畫(huà)了擁堵的傳播機(jī)制，為偶發(fā)性擁堵的影響研究提供了基礎(chǔ)[4]。呂奇光等人[5]以車輛能源補(bǔ)給誘發(fā)的偶發(fā)性交通擁堵問(wèn)題為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建了基于開(kāi)放邊界條件下的能源供應(yīng)站點(diǎn)元胞自動(dòng)機(jī)模型，驗(yàn)證了需求車輛聚集程度與擁堵程度的正相關(guān)性;蔣陽(yáng)升等人[6]以城市軌道交通為研究對(duì)象，基于元胞自動(dòng)機(jī)建立城市軌道交通突發(fā)客流擁堵傳播模型，并分析了突發(fā)客流量對(duì)擁堵區(qū)域面積的影響;李維佳等人[7]以高速公路交通事故為背景，將考慮大型車輛混入率引入到傳統(tǒng)交通波模型中，從非干涉情景和干涉情景2個(gè)角度對(duì)事故影響進(jìn)行定量分析;WANG Z L等人[8]認(rèn)為事故影響范圍的關(guān)鍵在于影響范圍的形狀與交通流的波動(dòng)是否保持一致，為此提出了帶約束的BIP模型，可用來(lái)估計(jì)高速交通事故的影響范圍;孫建平等人[9]根據(jù)事故信息和事故路段流量數(shù)據(jù)，建立一種基于速度差異的擁堵判定模型，并量化了事故引起的偶發(fā)性擁堵時(shí)空影響范圍;丁宏飛等人[10]考慮了交通擁堵發(fā)生位置上游交通流的粘性耗散變化，提出了一種涵蓋時(shí)間域和空間域的快速路交通擁堵影響范圍預(yù)測(cè)模型。

　　上述方法主要通過(guò)研究偶發(fā)性擁堵在當(dāng)前或鄰近路口/路段交通流的演變規(guī)律，能夠很好地反映擁堵對(duì)微觀交通流的影響。然而，對(duì)于機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)而言，仍需從宏觀的角度研究偶發(fā)性擁堵在整個(gè)路網(wǎng)中的影響范圍以及影響范圍內(nèi)各路段的影響程度，這對(duì)于及時(shí)采取合理的擁堵管控措施，防止擁堵在路網(wǎng)中進(jìn)一步擴(kuò)散具有重要的現(xiàn)實(shí)意義;同時(shí)，在不同的交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間下，擁堵事件對(duì)整個(gè)路網(wǎng)的影響范圍和路網(wǎng)中各路段受影響的程度會(huì)有所不同，需考慮交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間這兩個(gè)關(guān)鍵變量在研究中的影響。

　　道路交通網(wǎng)絡(luò)中的級(jí)聯(lián)失效現(xiàn)象描述了擁堵事件在整個(gè)路網(wǎng)中的演變過(guò)程[11]。面對(duì)偶發(fā)性擁堵事件，對(duì)機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程進(jìn)行仿真，能夠從宏觀的角度研究擁堵事件在整個(gè)路網(wǎng)中的影響。因此，本文在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上，結(jié)合北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng)T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)，仿真分析機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程，以道路飽和度為依據(jù)，在不同交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間的情況下，對(duì)偶發(fā)性擁堵在整個(gè)路網(wǎng)中的影響范圍以及影響范圍內(nèi)各路段受擁堵事件的影響程度進(jìn)行研究。

　　1 偶發(fā)性擁堵下道路交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效仿真

　　在道路交通網(wǎng)絡(luò)中，某個(gè)路段或交叉口由于交通事故、惡劣環(huán)境等原因發(fā)生失效，失效會(huì)通過(guò)路段、交叉口間的相互關(guān)聯(lián)引起周邊其他路段或交叉口相繼失效，從而形成連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致道路交通網(wǎng)絡(luò)全部或者局部崩潰，這個(gè)過(guò)程即道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過(guò)程[12]。偶發(fā)性擁堵由于其具有隨機(jī)性和不確定性，一旦發(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致路網(wǎng)發(fā)生級(jí)聯(lián)失效。

　　道路交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效過(guò)程常采用負(fù)載-容量模型[13]進(jìn)行分析，主要需要解決兩個(gè)方面的問(wèn)題：如何定義路網(wǎng)中的初始負(fù)載以及面臨失效路段/交叉口，如何將路網(wǎng)中的負(fù)載進(jìn)行重新分配。路網(wǎng)中初始負(fù)載定義的問(wèn)題，其本質(zhì)就是負(fù)載在網(wǎng)絡(luò)中的初始分配問(wèn)題。常用的分配方法有用戶均衡分配[14]、最短路徑分配[15]和多路徑分配[16]。用戶均衡分配和最短路徑分配要求所有出行者對(duì)最短路徑的選擇是一致的，實(shí)際中，所有出行者的路徑選擇準(zhǔn)則和對(duì)路網(wǎng)中阻抗的認(rèn)知均有所差異;多路徑分配方法在最短路徑的基礎(chǔ)上定義了有效路徑，能夠較好的反映出行者在路徑選擇過(guò)程中的差異。面臨失效路段/交叉口，路網(wǎng)中的負(fù)載可以從局部或全局的角度重新分配。從局部角度分配適用于路網(wǎng)中路況信息傳遞不及時(shí)的情況，出行者在到達(dá)失效路段/交叉口的鄰近路段/交叉口重新規(guī)劃路徑[17]。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，出行者在路徑選擇時(shí)對(duì)路網(wǎng)的信息已經(jīng)具備一定程度的了解，更傾向于從路網(wǎng)全局的角度選擇出行路徑。

　　因此，本文基于多路徑概率下交通流分配模型從全局的角度對(duì)道路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效仿真。

　　1.1 初始負(fù)載的定義

　　在實(shí)際道路交通網(wǎng)中，路段的初始負(fù)載即為初始交通流量，它是初始交通需求在路網(wǎng)中分配的結(jié)果。道路交通網(wǎng)絡(luò)具有雙層網(wǎng)絡(luò)特性，可將其劃分為兩個(gè)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：上層為交通出行網(wǎng)絡(luò) ，其中 表示出發(fā)點(diǎn)的集合， 表示目的地的集合， 表示起點(diǎn) 到終點(diǎn) 的交通需求量;下層為實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)G_x={V，Y，e_ij }，其中 和 分別表示路網(wǎng)中路段的集合和交叉口的集合， 表示相鄰交叉口 、 之間的阻抗。

　　在交通出行網(wǎng)絡(luò)和實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)的共同作用下，路網(wǎng)上流量增加的同時(shí)，路網(wǎng)中阻抗也會(huì)相應(yīng)的增加。因此本文以阻抗為定義初始負(fù)載的依據(jù)，采用多路徑概率下增量加載的方法將交通出行網(wǎng)絡(luò)中各OD對(duì)的OD流量初始分配至實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)中，得到路網(wǎng)中各路段的初始負(fù)載 。

　　相鄰交叉口 、 之間的阻抗 ，采用相鄰節(jié)點(diǎn)之間的行程時(shí)間來(lái)表示。如公式(1)所示， 包括節(jié)點(diǎn) 、 之間路段a的行程時(shí)間 和交叉口i至交叉口j相鄰進(jìn)口道的延誤 。