管理车道-高速公路网络的宏观建模、校准与仿真，第一部分：拓扑与现象学建模

为缓解因交通需求持续增长造成的道路拥堵，许多交通管理机构已实施管理车道政策。管理车道通常与高速公路的标准通用车道并行，但仅限于特定类型的车辆使用。最初认为管理车道可通过激励拼车等需求管理行为来改善现有基础设施的利用，但实际实施中常出现一些未预料到的、往往有损系统性能的现象。本文介绍了我们用于研究配备管理车道的高速公路（即“管理车道-高速公路网络”）的几种宏观交通建模工具。所提出的框架基于广泛使用的一阶运动波理论。在该模型中，通用车道和管理车道被建模为由节点连接的平行路段，特定类型的交通可在通用车道与管理车道路段之间切换。考虑了两种管理车道拓扑结构：全互通式，车辆可在任何位置在通用车道和管理车道之间切换；以及分隔式，此类切换仅允许在称为“闸口”的特定位置进行。我们还描述了将三种管理车道-高速公路网络特有的现象纳入模型的方法。惯性效应反映了驾驶员尽可能长时间留在当前车道、仅在明显改善行驶状况时才切换的倾向。摩擦效应反映了经验观察到的驾驶员对在管理车道快速行驶而相邻通用车道因拥堵缓慢行驶时的恐惧心理。平滑效应描述了管理车道如何通过减少车道变换来增加瓶颈处的通行能力。我们为每种现象提出了符合一般宏观理论的简单模型。