对于高速公路和封闭式的城市快速道路,当车流密度较低时,驾驶员选择速度的自由度很大,车间距较大。随着密度的增加,选择速度和驾驶的自由度减小,跟车变得越来越多,平均车速随之降低。这时候,只要车辆到达率小于通行能力,车辆就能够以较低的速度稳定行进。然而,当车辆到达率大于通行能力时,瓶颈路段上游就会出现排队,交通状况随之迅速恶化。
从我国高速公路和城市快速路的运行特点来看,造成交通流不稳定的主要原因是车头时距小、车速离散性大和交通扰动频繁。而交通流不稳定时就会发生车辆在队列中停停走走的拥挤现象,甚至是严重的拥堵。
国内外对高速公路和城市快速道路的观测数据显示,交通流的密度存在一个临界值,大于该值,车速离散性很大,容易引起更多的交通扰动,造成交通流不稳定。而车速离散性增大正是由车头时距离散性增大引起的,因此也存在一个“临界平均车头时距”,小于该值车速离散性和车头时距离散性都变得很大。这样,当密度大于临界密度值时,就会造成车头时距小、车速离散性大,交通扰动频繁等结果,从而引起交通流的不稳定。结合以上的分析,可以概括出需求所致拥挤的控制策略:
(1) 确定道路的临界密度的大小;
(2) 当密度超过临界密度值时,减小限速值;
(3) 当密度继续增大时,进一步减小限速值。
即临界密度的确定,是一项重要的基础工作。国内大多数高速公路和城市快速路都埋设了环形线圈等检测器用以检测流量、速度和占有率等交通参数,积累了大量数据,这就为确定临界密度提供了条件。
当密度小于临近密度时,可以简单地用85%位车速作为限速值,但是当密度超过临界密度时,由于车速分布的离散性过大,就需要降低限速值,以防止车速分布的离散性过大和平距车头时距超过临界值,从而保证交通流的稳定和维持较大的流量,减小事故发生的可能性,推迟或避免拥挤的发生 。