1.1.3　城市道路交通运行的动态性[2]

城市道路交通系统是一个典型的由人、车辆、道路及环境组成的开放系统。人、车辆、道路及环境的复杂关系，以及城市道路交通系统的开放性带来的随机扰动特点，使得城市道路交通运行是动态变化的过程。城市道路交通运行的动态性主要表现为供需动态平衡性、自反馈性、随机波动性、递延传导效应和周期规律性。

1. 供需动态平衡性

交通供需平衡通常是指交通基础设施供给的总量恰好满足交通出行的需求，对城市道路交通来说就是交通出行需求总量与道路交通容量基本相当，而在城市道路交通系统的实际运行过程中，交通供给能力和条件与交通需求之间存在通过各种相互作用而相互影响、相互制约的动态关系。

一方面，交通需求影响交通供给，如果交通需求不断增加，道路交通压力不断增大，原来的交通供给就无法满足交通需求，为了保障城市的正常运转，需要增大交通供给。另一方面，交通供给制约着交通需求，这通过交通供给的服务水平来实现，如果交通供给难以满足交通需求，城市道路交通服务水平就会下降，交通参与者的出行成本和出行时间就会增加，这就使得部分弹性交通需求由于得不到良好的交通服务水平而被抑制。

可以看出，随着时间的推移，城市道路交通供给与交通需求在不断地相互影响与相互制约的过程中将趋于平衡。

2. 自反馈性

反馈是指系统的输出通过一定的通道返送到输入端，从而对系统的输入和再输出施加影响和控制，以达到系统生存与发展要求的过程，即将系统与外界环境的相互作用同系统内部的相互作用协同统一。城市道路交通系统由人、车辆、道路及环境构成，城市道路交通的运行过程实际是人、车辆、道路相互作用的过程，同时人、车辆、道路与环境不断进行物质、能量和信息的交换，因此在城市道路交通系统中存在着自反馈现象，表现为单一车辆运行过程中的自反馈现象及城市道路交通系统运行过程中的自反馈现象。

从单一车辆运行的角度分析，车辆在行驶的过程中将一个在时间和空间上动态的道路交通环境呈现给驾驶员，从而引起驾驶员操纵车辆改变行驶状态，而这种改变又影响到道路线形与环境的改变，从而形成自反馈现象，如图1.2所示。从城市道路交通系统运行的角度分析，城市道路交通系统的运行受交通控制系统、交通诱导系统及交通所处环境的影响。反过来，城市道路交通系统的运行又影响着交通控制系统、交通诱导系统的运行，它们之间不断进行着信息的相互反馈，而且这种自反馈带有一定的盲目性和无序性。城市道路交通系统运行过程中的这两种自反馈现象也体现了城市道路交通运行的动态性。

3. 随机波动性

城市道路交通运行的随机波动性与城市道路交通系统的开放性密切相关，城市道路交通系统的介入者及外界环境分别是造成城市道路交通运行随机波动性的内、外因素。一方面，道路规划建设者、运行管理者、出行者等城市道路交通系统的介入者无时无刻不在对城市道路交通运行进行干预，并且城市道路交通系统介入者的干预在信息不对称的条件下不可避免地带有盲目性，这种不间断的、带有盲目性的干预是导致城市道路交通运行随机波动性的内部因素，也是主要因素。另一方面，道路改造、交通事故、恶劣天气等各类频发或偶发的意外事件的干扰是造成城市道路交通运行随机波动性的外部因素。

城市道路交通运行的波动性既表现在同一断面车流运动参数的瞬时随机变化上，也表现在同一瞬间路网上多个点段运行参数的差异上。交通流量、速度、密度等交通流参数，以及基于这些参数计算得到的城市道路交通运行状况指标在时间和空间上的不断变化的过程体现了城市道路交通运行的随机波动性，如图1.3所示。

4. 递延传导效应

在城市路网运行中，每个局部节点（路段）运行参数的变化都存在密切的联系。任何一个特定节点（路段）运行参数的变化趋势都是由周边相邻节点（路段）运行状况的波动所决定的。反过来，一个特定节点（路段）运行参数的改变也会引起周边节点（路段）运行状况的改变。由于城市路网各局部的承载能力和实际负荷均有很大差异，因此随着负荷量的增大，在某些最为敏感的节点（路段）上就会首先出现流态的变化，乃至形成交通拥堵，形成瓶颈。瓶颈形成→拥堵范围扩大→拥堵范围缩小→瓶颈消失，这个过程是由城市路网运行中的递延传导效应所控制的，如图1.4所示。

上述过程中的前半段是城市路网中某个节点（路段）的交通流量汇集过程。该节点（路段）的交通流量受其上游汇流区和下游泄流区交通流量平衡状态的控制，一旦由于该节点（路段）本身或其下游泄流区的某种波动因素发生变化而出现如下情况时，滞留排队现象便发生。即当时，滞留排队出现。其中，Vi表示来自上游汇流区第i条路径的交通流量；表示在时段t内，由上游N条路径汇入该节点（路段）（单向）的交通流量总和；表示在时段t内，下游M条路径的泄流量总和；表示下游泄流区第j条路径的交通流量。

在自由流状态下，当车流密度的增加达到稳定流（约束流）临界点时，就进入稳定流（约束流）状态。由稳定流（约束流）向非稳定流（紊乱流）转换往往是滞留排队的前兆，汇入量虽受到一定抑制，但仍在持续汇入。累积滞留量与持续汇入量叠加，当超过临界值时，就进入非稳定流（紊乱流）状态。一旦进入非稳定流（紊乱流）状态，节点（路段）的通行能力（C）就不再是常量。实际观测表明，在稳定流（约束流）状态的后半段，即V/C接近0.85时，形成瓶颈，随着汇入量和滞留量的增加，瓶颈现象加剧，通行能力进一步下降，直至通行能力为0。

但是，也正是由于递延传导效应的存在，在瓶颈形成后，其上游汇流区内的车流路径将随之改变，汇入量将相应递减，而下游泄流量仍保持不变，在经过一段时间的调整后，，滞留排队现象逐渐消失，通行能力回升，瓶颈逐渐消失，重新回到稳定流（约束流）或自由流状态，如图1.4和图1.5所示。

从瓶颈的形成与消失过程中不难看出，城市路网运行中的递延传导效应在客观上赋予城市路网运行自调节能力，因此城市路网运行中的递延传导效应也是一种整体协同效应。

5. 周期规律性

鉴于城市路网功能级配结构和拓扑结构在一定时期具有相对稳定性，城市路网的使用者（服务对象）和管理者对城市路网的运行状况有自己的经验积累，加之城市路网本身运行过程中所具有的整体协同效应，因此尽管城市路网的运行始终处于不间断的波动状态，但在总体上仍然呈现出周期规律性，不但全网畅通水平（拥堵程度）、拥堵节点（路段）的空间分布、拥堵形成与消失过程呈现出周期规律性，而且某个具体节点（路段）的运行参数也同样呈现出较为明显的周期性变化，如图1.6所示。

由以上分析可以看出，不同时段、不同节点（路段）的城市道路交通运行状况均不相同，即城市道路交通运行状况具有随时间、空间变化的特征，通过研究和分析交通流量、速度、密度等交通流参数在时间、空间上的变化和分布规律，可定量反映、描述城市道路交通运行状况，为交通规划、道路建设、交通管控等提供必要的数据。