[论文解读] Dependence of Empirical Fundamental Diagram on Spatial-Temporal Traffic Patterns Features

Boris S. Kerner|arXiv (Cornell University)|Aug 31, 2003

Traffic control and management参考文献 5被引用 7

一句话总结

本文表明，高速公路交通的宏观 fundamental diagram中拥堵交通分支并非普适，而是关键取决于空间-时间模式类型（如同步流或宽移动 jams）以及测量数据所处的特定高速公路位置。拥堵分支的斜率从正值变化至出现最大值，并在高密度下渐近趋近于代表静止宽移动 jams 的 fundamental diagram 线 J。

ABSTRACT

It is shown that the branch of the empirical fundamental diagram for congested traffic strongly depends both on the type of the congested pattern at a freeway bottleneck and on the freeway location where the fundamental diagram is measured. Since the type of the pattern at the same bottleneck can depend on traffic demand, a qualitative form of the empirical fundamental diagram can strong depend on traffic demand also. At freeway locations where the average speed in synchronized flow is higher the branch of the fundamental diagram for congested traffic has a positive slope in the flow density plane as well the slope of the branch for free flow. In the upstream direction when the average synchronized flow speed inside the congested pattern decreases, first the slope of the branch for congested traffic decreases and then the branch can transform into the curve with a maximum. At freeway locations, where the average speed in synchronized flow further decreases the branch for congested traffic more and more tends to the line J which represents the stationary motion of the downstream front of a wide moving jam in the flow-density plane: The line J is an asymptote for the branch of congested traffic of the empirical fundamental diagrams at higher densities for those freeway locations where wide moving jams occur and propagate.

研究动机与目标

• 研究高速公路瓶颈处拥堵交通的经验基本图形状如何依赖于空间-时间交通模式的类型。
• 分析高速公路位置对流量-密度平面中拥堵交通分支形态的影响。
• 考察交通需求与基本图定性形态之间的关系。
• 确定拥堵交通分支是否渐近趋近于代表静止宽移动 jams 的特定直线 J。
• 阐明在不同同步流条件下及传播动力学下基本图的可变性。

提出的方法

• 基于高速公路瓶颈的真实交通数据进行实证分析，以识别不同的空间-时间交通模式。
• 根据速度与密度动态，将拥堵模式分类为同步流、宽移动 jams 等类型。
• 在瓶颈上游和下游不同位置测量流量与密度，以绘制基本图分支。
• 利用流量-密度平面可视化并比较不同模式类型与位置下的拥堵交通分支。
• 数学表征拥堵分支斜率及其在高密度下趋近渐近线 J 的特性。
• 应用三相交通理论框架，解释所观察到的模式类型与位置依赖关系。

实验结果

研究问题

• RQ1 高速公路瓶颈处，经验基本图中拥堵交通分支的形状如何随空间-时间交通模式类型而变化？
• RQ2 在高速公路沿线不同位置，对拥堵基本图分支形态的影响程度如何？
• RQ3 交通需求如何影响基本图中拥堵分支的定性结构？
• RQ4 基本图的拥堵分支是否渐近趋近于代表静止宽移动 jams 的特定直线？
• RQ5 同步流中的平均速度与流量-密度平面中拥堵分支的斜率之间存在何种关系？

主要发现

• 经验基本图中拥堵交通分支的形态强烈依赖于瓶颈处的拥堵模式类型（如同步流与宽移动 jams 的对比）。
• 在同步流速度较高的位置，拥堵分支具有正值斜率，类似于自由流分支。
• 随着上游同步流平均速度降低，拥堵分支的斜率减小，最终转变为具有最大值的曲线。
• 在同步流速度较低的位置，拥堵分支逐渐趋近于代表静止宽移动 jams 的渐近线 J。
• 线 J 在宽移动 jams 传播的位置，作为高密度下拥堵分支的极限曲线。
• 基本图的定性形态并非普适，而显著依赖于交通模式类型与高速公路位置。