道路上不断增加的交通流经常导致拥挤。拥
挤产生延误、降低流率、带来燃油损耗和负面的环 境影响。为了提高道路系统的效率，国内外许多研 究者一直致力于车流运行模型的研究。Daganzo［1］ 提出了一种和流体力学LWR 模型相一致的元胞传 输模型，这种模型能用来模拟和预测交通流的时空 演化，包括暂时的现象，如排队的形成、传播、和消 散。Heydecker 和Addison［2］通过研究车速和密度的 因果关系分析和模拟了在变化的车速限制下的交 通流。Jennifer 和Sallissou［3］提出了一种混合宏观 模型有效地描述了路网的交通流。
然而，拥挤也会由交通异常事件引起。交通异
常事件定义为影响道路通行能力的意外事件［4］，如 交通事故、车辆抛锚、落物、短期施工等，从广义角 度看，还应包括恶劣天气与特殊勤务等。异常事件 往往造成局部车道阻塞或关闭，形成交通瓶颈，引 起偶发性拥挤，这已经逐渐成为高速道路交通拥挤 的主要原因［5］，越来越多地受到研究者们的重视。 例如M. Baykal-Gursoy［6］等人提出了成批服务受干 扰下的稳态M/M/c 排队系统模拟了发生异常事件 的道路路段的交通流。Chung［7］依据韩国高速公路 系统监测的准确记录的大型交通事故数据库提出 了一种事故持续时间预测模型。当然，这些研究最 终都是为了帮助缓解异常事件引起的交通拥挤。 交通异常事件发生后，事发地段通行能力减
小，当交通需求大于事发段剩余通行能力时，车辆 排队，产生延误，行程时间增加［8］，交通流量发生变 化。本文以高速公路基本路段发生交通事故为例， 主要分析了交通事故发生后不同时间段内事故点 及其上游下游路段交通流量的变化，用于以后进一 步的突发事件下交通流预测工作。
1 交通事故影响时间分析
由于从交通事故发生到检测到事故、接警、事
故现场勘测、处理、清理事故现场恢复交通，以及恢 复交通后车辆排队不再增加都需要一定的时间。 这部分时间主要由三部分构成: 第一部分是事故发 生到警察到达现场的时间T1 。 第二部分是交通事故 现场处理时间T2
，由现场勘测、处理到事故族除、恢
复交通。 第三部分是交通事故持续影响时间T3 ，这
部分时间从恢复事故现场交通开始，到事故上游车
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辆排队不再增加，即排队开始减弱［9］。 在T1
内，事故现场保持原状，没有进行处理，这
里分两种情况考虑: ( 1) 当交通事故占用部分车道 时，这时事故点的剩余通行能力Qs≠0，交通事故越 严重，则相应Qs
越小。若事故点上游的交通需求 Q ＜Qs
，则车辆以较低的速度通过事故点，上游不会 形成车辆拥挤排队。 若Q ＞Qs ，则交通流可按事故点
的剩余断面通行能力通过事故点，超过该通行能力 的车流在事故点上游排队。( 2) 当交通事故十分严 重时，事故点的剩余通行能力Qs = 0，造成事发路段 断流，事故点上游车辆排队，发生交通拥挤堵塞，进 而排队一直向上游延伸。 在T2
内，确认交通事故发生后，相关部门到现
场处理异常事件，在此过程中，事故点交通可能会 受到进一步影响，事故断面通行能力也随之发生变 化［5］，一般会变小，甚至变为0( 全封闭处理) ，视事 件处理具体情况而定，事发点上游交通处于严重拥 挤状态，车辆排队增加。 由于在交通事故接警时间T1 和处理时间T2 阶
段事故点上游交通车辆产生排队，若没有车辆排
队，则T3 = 0。 若有车辆排队，则当事故处理完毕、道 路恢复交通时，排队车辆开始消散。交通事故持续 影响时间T3
是事故处理完毕、道路恢复交通至车辆
排队不再增加这段时间，即交通流消散波从车辆排 队队列的头部传到尾部这段时间［9］。
2 事故路段车辆排队长度分析
如图1 所示，设某高速公路基本路段长度为L
( m) ，单方向车道数为n，单方向车道宽度为D( m) ， 在道路上t = 0 时刻发生了一起交通事故，事故车辆 占用道路宽度为b( m) ，长度为a( m) ，事故点上游 路段长度为L'。假设车辆的到达率为Q，在同级服 务水平上事故发生断面通行能力为Qs ，道路在正常
条件下的单方向的通行能力为Qi。
图1 发生交通事故的高速公路基本路段
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本文暂只考虑如图1 所示的基本路段内的车辆
排队长度，这里不同于以往文献的“排队长度”，以 往文献中的“排队长度”没有区分不同的“阻塞行车 道宽度”。这里的“阻塞行车道宽度”不只是事故车 辆实际占用宽度，还包括虚拟占用宽度，比如事故 发生位置横跨在两车道之间，导致事故点只能通行 一个车道宽度的车流，那么此时“阻塞行车道宽度” 为两个车道的宽度。设Q ＞Qs ，m( Ti ) 为Ti 时间内
事故点阻塞行车道宽度( 本文把单个车道宽度和车 辆宽度看作同宽) ，Lm
( t) 为t 时刻事故点上游路段
L'内车流以阻塞行车道宽度m 的排队长度，且 w( Ti
) = uf 1 －ki1 + ki ????2 k
????
j
为Ti
时间内新产生的交
通波［10］的速度，其中uf 为该事故路段的自由流速
度，即该路段的设计车速，可以通过城市地理信息 平台GIS 得到道路基本数据。 ki1、ki2 分别为Ti 内事
故点上游、事故点瓶颈段的交通密度，可以由交通 检测系统监测得到。 kj
为该路段的交通堵塞密度，由
道路的基本数据可以计算得到［9］。 2. 1 0 ＜t≤T1 ( 1) 若L' w( T1 ) ＜T1 ，则 t ＜L' w( T1
) 时，Lm( T) ( t) = w( T1 ) t ＜L'。 t≥L' w( T1
) 时，Lm( T) ( t) = L'。 Lm( T) －m( T) ( t) = 0。
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( 2) 若T1≤L' w( T1 ) ，则
Lm( T) ( t) = w( T1
) t，Lm( T) －m( T) ( t) = 0， 2. 2 T1 ＜t≤T1 + T2 在T2
时间内，事发点断面通行能力一般会变 化，设变为Q'S ，则m( Ti
) 也会相应发生变化。这里，
还需要考虑一个时间，就是交通波w ( T2 ) 赶上 w( T1
) 的时间( 设为T'2
) ，赶上之后车流以w( T2 ) 的
速度、m( Ti
) 的宽度继续排队。本文由于只考虑L' 内的排队长度，所以考虑在T2 时间内且在L'段内交 通波w( T2
) 是否赶上w( T1 ) ，即T'2
若同时满足以下 两个条件才需被考虑: Lm( T) ( T1
) ＜L'，Lm( T) ( T1 ) + w( T1
) T'2≤L'。 T'2≤T2。
28 期陈诚，等: 交通事故影响下事发路段交通流量变化分析6905
2. 2. 1 Lm( T) ( T1 ) ＜L' 若Lm( T) ( T1 ) + w( T1
) T'2 ≤L'且 T'2 ≤T2 ，则:
当T2 ＜( L' －Lm( T) ( T1 ) －w( T1 ) T'2 ) /
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w( T2 ) + T'2 时，
Lm( T) ( t) = Lm( T) ( T1 ) + | w( T1 ) | ( t －T1 ) ，
当t －T1≤T'2 时
Lm( T) ( t) = Lm( T) ( T1 ) + | w( T1
) | T'2 + | w( T2 ) |
( t －T1 －T'2
) ，当t －T1 ＞T'2 ????????????时 。
Lm( T) －m( T) ( t) = w( T2 ) ( t －T1 ) ，
当t －T1≤L' / w( T2 ) 时
Lm( T) －m( T) ( t) = L'，当t －T1 ＞L' / w( T2
)
??
时
。
当T2≥( L' －Lm( T) ( T1 ) －w( T1 ) T'2
) / w( T2 ) + T'2 时，
Lm( T) ( t) = Lm( T) ( T1 ) + | w( T1 ) | ( t －T1 ) ，
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