摘 要：偶發性擁堵因其在發生時間和位置上的不確定性，更容易通過擁堵傳播引發路網的級聯失效。為了研究偶發性擁堵在機場陸側道路交通系統中的影響，結合北京首都國際機場T3航站樓陸側道路交通網絡，以進出T3航站樓的交通需求和擁堵持續時間為變量，仿真分析機場陸側道路交通網絡的級聯失效過程。在此基礎上，以道路飽和度為依據，對偶發性擁堵在整個路網中的影響范圍以及影響范圍內各路段受擁堵事件的影響程度進行研究。結果表明，隨著交通需求的增加，偶發性擁堵在路網中的影響范圍有所增大，且更早地發生了相繼失效;隨著擁堵持續時間的增加，偶發性擁堵在路網中的影響范圍先逐漸增大后趨向穩定，且在較低交通需求下，該影響范圍更早穩定下來。明確偶發性擁堵在機場陸側道路交通網絡中的影響范圍，對影響范圍內各路段的影響程度進行劃分，更加精細地描述了了路網中各路段和初始擁堵路段之間的強弱關系。

　　關鍵詞：交通工程 偶發性擁堵 級聯失效機場陸側交通影響范圍

　　“十四五”時期，我國正不斷推進綜合交通運輸體系發展，加快現代化交通強國建設[1]。機場陸側道路交通系統作為銜接城市交通和機場空側的紐帶，其有效運行是持續提升綜合交通運輸協同運行效率的重要保障。隨著社會車輛保有量和民航旅客周轉量的逐年增加，機場陸側道路交通擁堵現象頻繁發生[2]。根據擁堵成因不同，交通擁堵可分為常發性擁堵和偶發性擁堵。常發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，或道路瓶頸點致使道路通行能力下降引起的交通擁堵。而偶發性擁堵是指由于各類突發事件如交通事故、惡劣天氣等造成的交通擁堵[3]。相比于常發性擁堵，偶發性擁堵具有隨機性和不可預測性，一旦發生更容易通過擁堵傳播影響周邊路網中的其他路段的正常通行，是保障機場陸側道路交通有效運行的重點和難點。研究偶發性擁堵在機場陸側道路交通網絡中的影響，明確擁堵事件在路網中的影響范圍以及影響范圍內各路段的影響程度，為制定合理的擁堵管控措施提供理論基礎。這對于持續提升綜合交通運輸協同運行效率，建設交通強國具有重要意義。

　　分析國內外學者對偶發性擁堵的影響研究可以發現，元胞自動機、交通波模型等方法刻畫了擁堵的傳播機制，為偶發性擁堵的影響研究提供了基礎[4]。呂奇光等人[5]以車輛能源補給誘發的偶發性交通擁堵問題為出發點，構建了基于開放邊界條件下的能源供應站點元胞自動機模型，驗證了需求車輛聚集程度與擁堵程度的正相關性;蔣陽升等人[6]以城市軌道交通為研究對象，基于元胞自動機建立城市軌道交通突發客流擁堵傳播模型，并分析了突發客流量對擁堵區域面積的影響;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交通波模型中，從非干涉情景和干涉情景2個角度對事故影響進行定量分析;WANG Z L等人[8]認為事故影響范圍的關鍵在于影響范圍的形狀與交通流的波動是否保持一致，為此提出了帶約束的BIP模型，可用來估計高速交通事故的影響范圍;孫建平等人[9]根據事故信息和事故路段流量數據，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性擁堵時空影響范圍;丁宏飛等人[10]考慮了交通擁堵發生位置上游交通流的粘性耗散變化，提出了一種涵蓋時間域和空間域的快速路交通擁堵影響范圍預測模型。

　　上述方法主要通過研究偶發性擁堵在當前或鄰近路口/路段交通流的演變規律，能夠很好地反映擁堵對微觀交通流的影響。然而，對于機場陸側道路交通網絡而言，仍需從宏觀的角度研究偶發性擁堵在整個路網中的影響范圍以及影響范圍內各路段的影響程度，這對于及時采取合理的擁堵管控措施，防止擁堵在路網中進一步擴散具有重要的現實意義;同時，在不同的交通需求和擁堵持續時間下，擁堵事件對整個路網的影響范圍和路網中各路段受影響的程度會有所不同，需考慮交通需求和擁堵持續時間這兩個關鍵變量在研究中的影響。

　　道路交通網絡中的級聯失效現象描述了擁堵事件在整個路網中的演變過程[11]。面對偶發性擁堵事件，對機場陸側道路交通網絡的級聯失效過程進行仿真，能夠從宏觀的角度研究擁堵事件在整個路網中的影響。因此，本文在現有研究基礎上，結合北京首都國際機場T3航站樓陸側道路交通網絡，仿真分析機場陸側道路交通網絡的級聯失效過程，以道路飽和度為依據，在不同交通需求和擁堵持續時間的情況下，對偶發性擁堵在整個路網中的影響范圍以及影響范圍內各路段受擁堵事件的影響程度進行研究。

　　1 偶發性擁堵下道路交通網絡級聯失效仿真

　　在道路交通網絡中，某個路段或交叉口由于交通事故、惡劣環境等原因發生失效，失效會通過路段、交叉口間的相互關聯引起周邊其他路段或交叉口相繼失效，從而形成連鎖反應，最終導致道路交通網絡全部或者局部崩潰，這個過程即道路交通網絡的級聯失效過程[12]。偶發性擁堵由于其具有隨機性和不確定性，一旦發生往往會導致路網發生級聯失效。

　　道路交通網絡級聯失效過程常采用負載-容量模型[13]進行分析，主要需要解決兩個方面的問題：如何定義路網中的初始負載以及面臨失效路段/交叉口，如何將路網中的負載進行重新分配。路網中初始負載定義的問題，其本質就是負載在網絡中的初始分配問題。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最短路徑的選擇是一致的，實際中，所有出行者的路徑選擇準則和對路網中阻抗的認知均有所差異;多路徑分配方法在最短路徑的基礎上定義了有效路徑，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，路網中的負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中路況信息傳遞不及時的情況，出行者在到達失效路段/交叉口的鄰近路段/交叉口重新規劃路徑[17]。隨著信息技術的發展，出行者在路徑選擇時對路網的信息已經具備一定程度的了解，更傾向于從路網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道路交通網絡進行級聯失效仿真。

　　1.1 初始負載的定義

　　在實際道路交通網中，路段的初始負載即為初始交通流量，它是初始交通需求在路網中分配的結果。道路交通網絡具有雙層網絡特性，可將其劃分為兩個基礎網絡結構：上層為交通出行網絡 ，其中 表示出發點的集合， 表示目的地的集合， 表示起點 到終點 的交通需求量;下層為實際道路網絡G_x={V，Y，e_ij }，其中 和 分別表示路網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。

　　在交通出行網絡和實際道路網絡的共同作用下，路網上流量增加的同時，路網中阻抗也會相應的增加。因此本文以阻抗為定義初始負載的依據，采用多路徑概率下增量加載的方法將交通出行網絡中各OD對的OD流量初始分配至實際道路網絡中，得到路網中各路段的初始負載 。

　　相鄰交叉口 、 之間的阻抗 ，采用相鄰節點之間的行程時間來表示。如公式(1)所示， 包括節點 、 之間路段a的行程時間 和交叉口i至交叉口j相鄰進口道的延誤 。