孔祥芬 王杰 劉敬赟 唐淑珍 趙安利

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。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

中圖分類號(hào)：U491文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Influence of Occasional Congestion on Airport Landside Road Based on Cascading Failure

KONGXiangfen*1WANGJie2 ?LIU Jingyun2 ?TANG Shuzhen2

ZHAO Anli2

（1.School ofTransportation Science and Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin， 300300 China; 2.School of Aeronautical Engineering， Civil Aviation University of China， Tianjin， 300300 China）

Abstract： Due to the uncertainty of occurrence time and location， sporadic congestion is more likely to cause cascade failure of road network through congestion propagation.In order to study the influence of occasional congestion on the airport's landside road traffic system， combined with the landside road traffic network of the Terminal 3 of Beijing Capital International Airport， taking the traffic demand in/out of the Terminal 3 and the congestion duration as variables， simulated and analyzed the cascading failure process of the airport's landside road traffic network.On this base， based on the road saturation， the influence scope of the occasional congestion in the entire road network and the level of influence of each road section within the influence scope by the congestion event are studied. The results show that with the increase of traffic demand， the influence range of occasional congestion in the road network increases， and the successive failures occur earlier. With the increase of the duration of congestion， the influence range of occasional congestion in the road network gradually increases first and then tends to be stable， and under the lower traffic demand， the influence range stabilizes earlier. The scope of influence of accidental congestion on the airport land-side road traffic network is clarified， the degree of influence of each road section within the scope is divided， and the strong and weak relationship between each road section in the road network and the initial congested road section is described in a more detailed way.

Key Words：Traffic Engineering; Occasional congestion; Cascading failure; Airport landside transportation; Influence scope

“十四五”時(shí)期，我國正不斷推進(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)國具有重要意義。

分析國內(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)性交通擁堵問題為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建了基于開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)過程即道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過程[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)載定義的問題，其本質(zhì)就是負(fù)載在網(wǎng)絡(luò)中的初始分配問題。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 。

e_ij=t_ij+d_ij ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

分別采用BPR路阻函數(shù)和Webster提出的交叉口阻抗函數(shù)模型計(jì)算得到節(jié)點(diǎn) 、 之間路段a的行程時(shí)間 和交叉口 至交叉口 相鄰進(jìn)口道的延誤 ，如公式（2）和公式（3）所示。

（2）

（3）

式中， 為鄰節(jié)點(diǎn) 、 之間路段a的自由流時(shí)間， 為鄰節(jié)點(diǎn) 、 之間路段a的交通量， 為阻滯系數(shù)，通常分別取0.15和4; 是交叉口 的信號(hào)燈周期， 是交叉口j的綠信比， 是交叉口 至交叉口 的交通量， 是交叉口 的飽和流量。

出行者在出發(fā)地與目的地之間更愿意選擇最短路徑，但實(shí)際中并不是總是選擇最短路徑，可能還選擇了其他路徑，被選擇的所有路徑稱為有效路徑，有效路徑的阻抗不應(yīng)超過用戶的承受范圍。定義最短路徑為OD間行程時(shí)間最小的路徑，由于節(jié)點(diǎn)間的阻抗隨交通量的變化而變化，有效路徑不是一成不變的。因此 根據(jù)每一時(shí)間步長(zhǎng)的交通量進(jìn)行更新。當(dāng)前時(shí)刻的有效路徑根據(jù)上一時(shí)刻的節(jié)點(diǎn)間阻抗確定的，相鄰節(jié)點(diǎn)間阻抗 迭代公式如式（4）所示。

（4）令 為訖點(diǎn)r，終點(diǎn)s的OD對(duì)，則t時(shí)刻D內(nèi)第k條有效路徑的阻抗 有

式中， 為決策變量，若相鄰節(jié)點(diǎn) 、 之間路段a在D內(nèi)的第k條有效路徑上，則 ，否則為0; 為t時(shí)刻D內(nèi)最短路徑的阻抗; 為閾值參數(shù)。

根據(jù)OD對(duì)間有效路徑的阻抗，采用多項(xiàng)式logit模型計(jì)算OD對(duì)r，s間第k條有效路徑的被選擇的概率 ，如公式（7）所示。

（7）

式中， 為t時(shí)刻D內(nèi)所有有效路徑的平均阻抗; 為分配參數(shù)，在道路交通網(wǎng)絡(luò)中通常取值在3.0-3.5之間。將所有OD對(duì)間的初始OD流量平均劃分成Z份，每加載一份流量后，重新更新式（7），直到流量全部加載，此時(shí)得到路網(wǎng)中路段的初始負(fù)載 。

1.2 負(fù)載的重分配

在路網(wǎng)中的某一路段m由于突發(fā)事件等發(fā)生偶發(fā)性擁堵，路段m在擁堵持續(xù)時(shí)間內(nèi)失去通行能力（即失效），在擁堵持續(xù)時(shí)間內(nèi)，結(jié)合多路徑概率下交通流分配模型將交通出行網(wǎng)絡(luò)中所有OD流量重新分配到路網(wǎng)中。路網(wǎng)中其他路段可能會(huì)發(fā)生相繼失效。如公式（8）所示，通過路段的負(fù)載與容量的比值，即道路飽和度來衡量路段m失效后，路網(wǎng)中其他路段a是否發(fā)生相繼失效。

（8）

若 ，則認(rèn)為該路段a發(fā)生相繼失效;若 ，則認(rèn)為路網(wǎng)中不存在路段a發(fā)生相繼失效。

在負(fù)載重分配的過程中，交通出行網(wǎng)絡(luò)中的OD流量不可能一次性加載到整個(gè)路網(wǎng)中。在有效路徑中，交通流經(jīng)過各個(gè)路段的先后時(shí)間差異，路網(wǎng)中各路段的流量加載存在延遲加載現(xiàn)象。定義每個(gè)路段a的傳播延誤為初始負(fù)載加載后的阻抗值 ，在有效路徑k中，n為路徑k的路段數(shù)，沿著交通流動(dòng)方向，在失效時(shí)間內(nèi)（ ），第l條路段的流量加載時(shí)間為：

（9）

在級(jí)聯(lián)失效過程中，若路網(wǎng)中存在路段a發(fā)生相繼失效，由公式（9）可確定路段a發(fā)生相繼失效的時(shí)間 。

結(jié)合多路徑概率下交通流分配模型將交通出行網(wǎng)絡(luò)中所有OD流量重新分配到路網(wǎng)中，對(duì)道路交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效仿真。具體步驟如下：

Step1：設(shè)置 ，確定初始失效路段的失效時(shí)間 ，在路網(wǎng)中刪除初始失效路段，更新路網(wǎng)。

Step2：確定初始時(shí)刻路網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)之間的阻抗，根據(jù)初始負(fù)載 ，得到路網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)之間的阻抗 。

Step3：重新分配出行網(wǎng)絡(luò)中的所有OD流量。結(jié)合公式（4）-（7），將交通出行網(wǎng)絡(luò)中所有OD流量重新分配到路網(wǎng)中，得到路網(wǎng)中其他各路段的流量 。

Step4：判定是否觸發(fā)相繼失效，若存在路段a發(fā)生相繼失效，在路網(wǎng)中刪除該路段，更新路網(wǎng)以及路網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)之間的阻抗，確定相繼失效發(fā)生的時(shí)間 ，返回Step3;若路網(wǎng)中并不存在路段a相繼失效，進(jìn)入Step5。

Step5：級(jí)聯(lián)失效過程結(jié)束，輸出發(fā)生相繼失效路段a以及各自發(fā)生時(shí)間 的集合、路網(wǎng)中各路段的流量 。

2 基于道路飽和度的偶發(fā)性擁堵影響研究

2.1 影響范圍的確定

在道路交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效的仿真過程中，對(duì)于發(fā)生相繼失效的路段，可以認(rèn)為該路段受到了偶發(fā)性擁堵事件的影響;而對(duì)于并未發(fā)生相繼失效的路段，衡量其是否受到偶發(fā)性擁堵事件的影響并沒有一個(gè)明確的標(biāo)準(zhǔn)。

因此，本文結(jié)合交通影響評(píng)價(jià)中交通顯著影響的判定方法[18]，提出以道路飽和度為依據(jù)，對(duì)比級(jí)聯(lián)失效前后各路段道路飽和度的變化來衡量路網(wǎng)中各路段是否受偶發(fā)性擁堵事件的影響，進(jìn)而明確偶發(fā)性擁堵在路網(wǎng)中的影響范圍。道路飽和度是反映道路服務(wù)水平的重要指標(biāo)之一，如公式（8）所示，為路段交通流量與路段容量的比值，用 表示。道路飽和度的值越高，代表道路服務(wù)水平越低。在《城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范》中各等級(jí)的道路服務(wù)水平對(duì)應(yīng)的道路飽和度范圍如表1所示。

以道路飽和度為依據(jù)來衡量路段是否受偶發(fā)性擁堵事件影響更能體現(xiàn)該路段級(jí)聯(lián)失效演變前后服務(wù)水平的變化。具體方法如公式（10）所示：同一路段在級(jí)聯(lián)失效前后的服務(wù)水平不在同一等級(jí);同一路段在級(jí)聯(lián)失效前后的服務(wù)水平在同一等級(jí)，但二者飽和度的差值大于該等級(jí)服務(wù)水平飽和度上下界差值的一半。當(dāng)級(jí)聯(lián)失效發(fā)生前后路段飽和度滿足以上2種情況之一時(shí)，則認(rèn)為該路段受到影響，進(jìn)而確定交通擁堵在周邊路網(wǎng)中的影響范圍。

（10）

式中： 為級(jí)聯(lián)失效發(fā)生后路段服務(wù)水平等級(jí); 為級(jí)聯(lián)失效前路段的服務(wù)水平等級(jí); 為失效后道路飽和度; 為失效前道路飽和度; 為該等級(jí)服務(wù)水平的飽和度上下界的差值。

2.2 影響范圍內(nèi)各路段影響程度劃分

在公式（10）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)影響范圍內(nèi)路段的影響程度等級(jí)進(jìn)行劃分，其中影響程度等級(jí)越高，其受到的影響越顯著。

劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示，根據(jù)失效前后道路飽和度的變化，將影響范圍內(nèi)路段的影響程度劃分為4個(gè)等級(jí)。其中，影響程度等級(jí)為1的路段在級(jí)聯(lián)失效演變后，其道路飽和度降低，交通狀況更為通暢，影響較小;影響程度等級(jí)為2、3、4三個(gè)等級(jí)的路段在級(jí)聯(lián)失效演變后，其道路飽和度均表現(xiàn)增加，在影響程度等級(jí)為2的路段中，路段的道路飽和度雖然增加，但失效前后處于同一服務(wù)水平等級(jí);所受到的影響程度一般;在影響程度等級(jí)為3的路段中，路段的道路飽和度增加，且失效前后其道路服務(wù)水平等級(jí)發(fā)生變化，所受到的影響程度較大;在影響程度等級(jí)為4的路段中，該路段發(fā)生相繼失效，成為新的失效路段，所受到的影響程度顯著。

3 案例分析

3.1 路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與交通出行網(wǎng)絡(luò)

北京首都國際機(jī)場(chǎng)T3航站樓位于首都國際機(jī)場(chǎng)東側(cè)，總占地面積高達(dá)98.6萬平方米，承擔(dān)了首都國際機(jī)場(chǎng)大部分的旅客流量。以北京首都國際機(jī)場(chǎng)T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)為例，其實(shí)際道路網(wǎng)絡(luò)如圖1所示，路網(wǎng)中共有54個(gè)有向邊代表54個(gè)路段，19個(gè)節(jié)點(diǎn)代表19個(gè)交叉口。根據(jù)實(shí)際道路情況，對(duì)路網(wǎng)中的各路段a的容量進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如圖2所示，為了便于表示各路段，用圖1中各路段的下標(biāo)定義為各路段編號(hào)。

交通需求經(jīng)過分配、流動(dòng)等一系列過程在路網(wǎng)中形成交通流，進(jìn)而得到各個(gè)路段的初始流量，也就是其初始負(fù)載。設(shè)置16個(gè)OD對(duì)，構(gòu)建二緯路四緯路附近陸側(cè)道路交通的出行網(wǎng)絡(luò)，如圖3所示，圖中OD流量的單位為pcu/h。

在后續(xù)研究中，為了研究不同交通需求下偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響。將以T3航站樓（圖中的節(jié)點(diǎn)5）為起始點(diǎn)的OD對(duì)的OD流量設(shè)置為低和高（K=3/K=4）兩種不同的交通需求。根據(jù)公式（7），在K=3和K=4兩種不同交通需求情況下各路段的初始負(fù)載，如圖4所示。

由圖4可知，不同交通需求下，流量經(jīng)過分配后，各路段得到的初始負(fù)載有所變化。隨著交通需求的增加，路網(wǎng)中整體流量增加，大部分路段的初始負(fù)載呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)，而從節(jié)點(diǎn)15至節(jié)點(diǎn)5（T3航站樓）方向的路段a46、a52由于出行者有效路徑選擇的改變，其初始負(fù)載呈現(xiàn)出較為明顯的降低趨勢(shì)。

3.2 偶發(fā)性擁堵下機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效仿真

選取路段a25為偶發(fā)性擁堵發(fā)生的初始失效路段，在交通需求K=3下，設(shè)置擁堵持續(xù)時(shí)間td=5min進(jìn)行級(jí)聯(lián)失效仿真。得到負(fù)載重分配后的交通流量La（t）。為便于后續(xù)影響研究，計(jì)算出各路段的道路飽和度，對(duì)比級(jí)聯(lián)失效過程前后各路段的道路飽和度，如圖5所示。

圖5K=3，td=5min時(shí)，級(jí)聯(lián)失效前后各路段道路飽和度失效對(duì)比

在交通需求K=3，擁堵持續(xù)時(shí)間td=5min時(shí)，與初始失效路段a25在同一有效路徑中路段a15、a19、a24、a37、a47承載的流量減少，其道路飽和度降低;而初始失效路段a25在不同有效路徑中路段a21發(fā)生相繼失效，路段a2、a9、a20、a23、a35、a48、a51承載的流量增加，其道路飽和度增加。由此可見，從路網(wǎng)整個(gè)全局的角度出發(fā)，出行者面臨路網(wǎng)中發(fā)生偶發(fā)性擁堵時(shí)，在有效路徑的選擇上更加傾向于不包含初始失效路段a25的有效路徑。

3.3 偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍研究

在不同的交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間下，機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中各路段受偶發(fā)性擁堵事件的影響會(huì)有所不同。因此，在K=3和K=4兩種交通需求下，分別設(shè)置擁堵持續(xù)時(shí)間td=5min，10min，15min，20min，以路段a25為偶發(fā)性擁堵發(fā)生的初始失效路段，仿真分析北京首都機(jī)場(chǎng)T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)的級(jí)聯(lián)失效過程，在不同的交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間下對(duì)偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響進(jìn)行研究。

首先對(duì)影響范圍進(jìn)行研究。當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間td=5min，在交通需求K=3和K=4兩種情況下，以道路飽和度為依據(jù)，根據(jù)公式（10）確定路段a25的偶發(fā)性擁堵事件在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍。如表3所示。

當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間為5min，在交通需求較低即K=3的情況下，路網(wǎng)中屬于影響范圍內(nèi)的路段數(shù)目為10個(gè)，其中包括1個(gè)發(fā)生相繼失效的路段、2個(gè)飽和度降低的路段和7個(gè)飽和度增加的路段;隨著交通需求的增加，在K=4時(shí)，該影響范圍內(nèi)的路段數(shù)目為增加到14個(gè)，其中包括1個(gè)發(fā)生相繼失效的路段、6個(gè)飽和度降低的路段和7個(gè)飽和度增加的路段。由此可見，當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間為5min時(shí)，在較高的交通需求（K=4）下，路網(wǎng)中受偶發(fā)性擁堵事件影響的范圍有所增大，且更早地發(fā)生了相繼失效。

當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間由td=5min增加至td=10min，15min，20min時(shí)，在交通需求K=3和K=4兩種情況下，研究路段a25的偶發(fā)性擁堵事件在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍，如圖6所示。

在路段a25偶發(fā)性擁堵的事件發(fā)生初期，隨著擁堵持續(xù)時(shí)間和交通需求的增加，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受擁堵事件影響的范圍相應(yīng)地?cái)U(kuò)大;當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間大于10min，在交通需求K=3時(shí)，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受路段a25偶發(fā)性擁堵事件影響其道路飽和度增加的路段個(gè)數(shù)不再增加，穩(wěn)定在11個(gè)，而在交通需求K=4，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受路段a25偶發(fā)性擁堵事件影響其道路飽和度增加的路段個(gè)數(shù)由11增加至12個(gè)，仍有少量增加;當(dāng)擁堵持續(xù)時(shí)間大于15min以后，在交通需求K=3時(shí)，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受路段a25偶發(fā)性擁堵事件影響其道路飽和度降低的路段個(gè)數(shù)不再增加，穩(wěn)定在6個(gè)，而在交通需求K=4，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受路段a25偶發(fā)性擁堵事件影響其道路飽和度降低的路段由9個(gè)增加至10個(gè)，仍有少量增加。

由此可見，在偶發(fā)性擁堵發(fā)生初期，擁堵事件在T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍增長(zhǎng)明顯，隨著擁堵持續(xù)時(shí)間的推移，該影響范圍增長(zhǎng)逐漸緩慢，在一定擁堵持續(xù)時(shí)間后趨向穩(wěn)定，且相比于較高交通需求（K=4），在較低交通需求（K=3）下，偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍更早穩(wěn)定下來。

3.4 偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍研究

為更明確路段a25的擁堵事件在T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響，根據(jù)表2中的影響程度等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)影響范圍內(nèi)各個(gè)路段受到的影響程度等級(jí)進(jìn)行劃分。以K=4，擁堵持續(xù)時(shí)間為15min為例，劃分結(jié)果如表4所示。

在交通需求K=4，擁堵持續(xù)時(shí)間td=15min的情況下，T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中受路段a25偶發(fā)性擁堵事件影響的路段共有21條。如表4所示，其中影響等級(jí)為4的路段a2、a21、a23由于路段a25級(jí)聯(lián)失效的演變，承擔(dān)的流量增加，且大于其容量，發(fā)生相繼失效，受到的影響程度顯著;影響程度等級(jí)為3的路段中，路段a13、a14、a17、a29、a35、a51由于路段a25級(jí)聯(lián)失效的演變，承擔(dān)的流量增加且小于其容量，其道路飽和度增加，且道路服務(wù)水平等級(jí)發(fā)生變化;影響程度等級(jí)為2的路段a20、a45、a48由于路段a25級(jí)聯(lián)失效的演變，承擔(dān)的流量增加且小于其容量，其道路飽和度增加，但其道路服務(wù)水平等級(jí)未發(fā)生變化;影響程度等級(jí)為1的路段a19、a27、a39、a49、a54、a1、a15、a37、a47由于路段a25級(jí)聯(lián)失效的演變，承擔(dān)的流量減少，其道路飽和度降低，道路服務(wù)水平有所提高，道路交通狀況相比級(jí)聯(lián)失效演變前更為暢通。

圖7K=4，td=15min時(shí)，影響范圍內(nèi)各影響程度等級(jí)的路段分布

根據(jù)影響范圍內(nèi)各路段的影響等級(jí)，作出交通需求K=4，擁堵持續(xù)時(shí)間td=15min時(shí)影響范圍內(nèi)各影響程度等級(jí)的路段分布圖，如圖7所示。在交通需求K=4，擁堵持續(xù)時(shí)間為15min的情況下，路段a25發(fā)生交通擁堵導(dǎo)致失效后，路網(wǎng)中的路段a21、a23、a2受到的影響顯著，在偶發(fā)性擁堵事件發(fā)生初期，如果不對(duì)其及時(shí)采取分流管控措施，隨著路段a25擁堵時(shí)間的推移，會(huì)相繼失效，成為新的失效路段。對(duì)影響范圍內(nèi)各路段的影響等級(jí)進(jìn)行劃分，能夠明確機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中各路段與擁堵發(fā)生路段之間的強(qiáng)弱關(guān)系。面對(duì)偶發(fā)性擁堵，根據(jù)影響范圍內(nèi)各影響程度等級(jí)的路段分布對(duì)交通流進(jìn)行合理的疏導(dǎo)，為擁堵發(fā)生后的精細(xì)化交通管理提供了理論基礎(chǔ)。

4 結(jié)語

本文提出了基于級(jí)聯(lián)失效的了機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路偶發(fā)性擁堵影響研究方法。首先，構(gòu)建機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)級(jí)聯(lián)失效模型，以描述偶發(fā)性擁堵在路網(wǎng)中的傳播過程;然后，以道路飽和度為依據(jù)，確定了偶發(fā)性擁堵在路網(wǎng)中的影響范圍，并將影響范圍內(nèi)各路段的影響程度劃分為4個(gè)等級(jí)。以北京首都國際機(jī)場(chǎng)T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)為例，在不同交通需求和擁堵持續(xù)時(shí)間下，進(jìn)行仿真分析，結(jié)果表明：

（1）在交通需求K=3，擁堵持續(xù)時(shí)間td=5min的情況下，除擁堵路段a25外T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中53個(gè)路段中，共有10個(gè)路段受到偶發(fā)性擁堵的影響。其中影響程度等級(jí)為4的路段a21在tc=2.13min時(shí)發(fā)生相繼失效，受到的影響程度顯著;影響程度等級(jí)為3和2的路段a2、a9、a20、a23、a35、a48、a51承擔(dān)流量明顯增加，其道路飽和度增加;影響程度等級(jí)為1的路段a15、a47承擔(dān)流量明顯減少，其道路飽和度降低。

（2）在偶發(fā)性擁堵發(fā)生初期，擁堵事件在T3航站樓陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍增長(zhǎng)明顯，隨著擁堵持續(xù)時(shí)間的推移，該影響范圍增長(zhǎng)逐漸緩慢，在一定擁堵持續(xù)時(shí)間后趨向穩(wěn)定;相比于較高交通需求，在較低交通需求下，偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍更早穩(wěn)定下來。

本文提出的方法確定了偶發(fā)性擁堵在整個(gè)機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響范圍，并將影響范圍內(nèi)各路段的影響程度劃分為4個(gè)等級(jí)，明確了機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中各路段和偶發(fā)性擁堵發(fā)生路段之間的強(qiáng)弱關(guān)系。面對(duì)偶發(fā)性擁堵，對(duì)于影響程度顯著的路段，在擁堵發(fā)生初期及時(shí)采取合理的交通管控，防止相繼失效的發(fā)生，能夠有效降低偶發(fā)性擁堵在機(jī)場(chǎng)陸側(cè)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的影響。本文研究為第一時(shí)間采取相關(guān)交通管控措施提供理論依據(jù)，對(duì)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)國具有重要意義。

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