城市道路網(wǎng)連通性評價指標(biāo)探析

周 濤，但 媛，朱軍功

(重慶市交通規(guī)劃研究院，重慶400020)

0 引言

道路網(wǎng)絡(luò)是車輛運行的基礎(chǔ)，保障路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的合理性，提高路網(wǎng)連通性，有利于車流的合理組織與分配，是緩解城市交通擁堵的重要措施之一。北京、重慶等城市已逐步認(rèn)識到提高路網(wǎng)連通性的重要性，并付諸實踐。北京“十二五”規(guī)劃綱要中提出“大力推進(jìn)中心城微循環(huán)道路建設(shè)，逐步消滅斷頭路，提高路網(wǎng)連通性和通達(dá)性”。

目前，路網(wǎng)連通性評價在公路網(wǎng)中運用較為普遍[1-2]，但針對城市道路網(wǎng)的相關(guān)研究較少，一般通過連接度指數(shù)來反映[3]。連接度指數(shù)在一定程度上可以反映城市道路網(wǎng)的連通性，但不能全面反映路網(wǎng)連通性的現(xiàn)存問題。這是由于城市道路網(wǎng)中，交叉口組織管理模式的差異會造成路網(wǎng)連通性實質(zhì)上的不同。如北京、成都、昆明等城市均在快速路及干路沿線采用了禁左、右進(jìn)右出的交通管理模式，香港、上海等城市在部分區(qū)域進(jìn)行了單向交通組織。這些組織管理模式在一定程度上降低了路網(wǎng)連通性，但現(xiàn)有指標(biāo)不能對其進(jìn)行反映。

重慶受山水條件的影響，道路網(wǎng)“錯位交叉口多、右進(jìn)右出交叉口多”等連通性差的現(xiàn)象更為顯著，由此導(dǎo)致的“少數(shù)干路車流集中、其他道路利用不足”等交通問題已相當(dāng)突出[4]，加劇了主城區(qū)主要干路和節(jié)點的交通擁堵，亟須開展相關(guān)研究并盡快實施改善。為更好描述“非完全互通立交、轉(zhuǎn)向限制、單向交通”等實際交通設(shè)計和管理條件下的路網(wǎng)連通性，本文擬對現(xiàn)有連通性評價指標(biāo)進(jìn)行改進(jìn)。

1 現(xiàn)有評價指標(biāo)及其問題

連接度指數(shù)是城市道路網(wǎng)規(guī)劃評價指標(biāo)體系中的常用指標(biāo)，在一定程度上可以反映城市道路網(wǎng)的連通性。本文在了解連接度指數(shù)基本定義的基礎(chǔ)上，進(jìn)行微觀解讀，以進(jìn)一步明確其物理意義。

1.1 連接度指數(shù)的一般理解

連接度指數(shù)是與路網(wǎng)總節(jié)點數(shù)和總邊數(shù)有關(guān)的指標(biāo)，其計算公式[3]為

式中：J為路網(wǎng)連接度指數(shù)；N為道路網(wǎng)節(jié)點數(shù)量；mi為第i節(jié)點所鄰接的邊數(shù)；M為道路網(wǎng)總邊數(shù)(路段數(shù))。

連接度指數(shù)是評價路網(wǎng)結(jié)構(gòu)合理性的指標(biāo)之一，是反映道路網(wǎng)成網(wǎng)性和可靠性的重要指標(biāo)，通常被用來衡量路網(wǎng)的成熟程度。一般認(rèn)為，連接度指數(shù)越高，路網(wǎng)斷頭路越少，成網(wǎng)率越高；反之，則表明成網(wǎng)率越低。文獻(xiàn)[3]考慮方格網(wǎng)在中國城市路網(wǎng)中最為常見，通過計算路網(wǎng)節(jié)點數(shù)與連接度數(shù)的關(guān)系指出，國內(nèi)中小城市的路網(wǎng)連接度值應(yīng)為3.2～3.5，而大城市則應(yīng)為3.6～3.9。

1.2 連接度指數(shù)的微觀意義

現(xiàn)有研究主要從節(jié)點與邊的關(guān)系對連接度指數(shù)進(jìn)行宏觀解讀，而缺乏對其微觀意義的理解。結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)、圖論等相關(guān)概念[5]，本文對連接度指數(shù)的微觀意義進(jìn)行深入解讀。

在式(1)中，mi為第i節(jié)點所鄰接的邊數(shù)，即圖論中節(jié)點的度數(shù)，其與交叉口的類型有關(guān)，五路交叉口為5、十字形交叉口為4、T字形交叉口為3、斷頭路為1。因此，連接度指數(shù)計算公式可簡化為

式中：n斷為斷頭路數(shù)量；nT為T字形交叉口數(shù)量；n十為十字形交叉口數(shù)量；n五為五路交叉口數(shù)量。

從而，連接度指數(shù)可通過統(tǒng)計路網(wǎng)中交叉口的類型而簡化計算，便于該指標(biāo)的應(yīng)用。而對連接度指數(shù)的物理意義也更為明確，即為路網(wǎng)中交叉口平均連接的道路條數(shù)(道路網(wǎng)絡(luò)的平均度)，反映出路網(wǎng)中各類型交叉口(十字形、T字形、斷頭路等)的比例關(guān)系，是反映城市路網(wǎng)這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)連通性特征的一種統(tǒng)計指標(biāo)。

1.3 現(xiàn)有指標(biāo)的問題

在一定路網(wǎng)密度下，連接度指數(shù)能反映路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的連通性。而實際路網(wǎng)中，受交叉口規(guī)劃設(shè)計及交通組織管理等影響，可能會使交叉口轉(zhuǎn)向不全，導(dǎo)致交叉口自身不能完全連通，從而影響路網(wǎng)的連通性。現(xiàn)有指標(biāo)存在的問題有以下三點。

1.3.1 不能反映干路沿線右進(jìn)右出現(xiàn)象的影響

為保證快速路及交通性主干路的運行效率，在其兩側(cè)采用“右進(jìn)右出”交通組織較為普遍，如北京、成都、昆明等城市的干線兩側(cè)銜接的次、支道路多采用這一模式。

重慶市主城區(qū)交通性干路兩側(cè)的沿線交叉口也大多采用右進(jìn)右出交通組織方式，導(dǎo)致干路兩側(cè)的次、支道路看起來連通實際上不連通，必須通過重要交通節(jié)點才能進(jìn)行轉(zhuǎn)向，進(jìn)而導(dǎo)致干路上車流匯聚與集中，加大重要節(jié)點轉(zhuǎn)向壓力。

干路沿線交叉口的右進(jìn)右出是導(dǎo)致重慶市主城區(qū)路網(wǎng)連通性差的重要因素之一，而現(xiàn)有連接度指數(shù)不能反映這種“右進(jìn)右出”現(xiàn)象對路網(wǎng)連通性的影響。

1.3.2 不能反映部分立交功能不全的影響

由于受到建設(shè)條件限制、建設(shè)思路影響，重慶市主城區(qū)部分立交功能不全。如圖1所示三種立交，均為四路相交，但連通性存在很大差異：紅旗河溝立交，為環(huán)形加兩個直行上跨，各轉(zhuǎn)向功能完全；金龍橋立交，為主要方向右進(jìn)右出，次要方向上跨，各向均不能左轉(zhuǎn)；星光立交為分離式立交，各向只能直行。這些立交功能的差異對路網(wǎng)連通性的影響不能通過連接度指數(shù)來反映。

圖1 三種立交功能差異示意Fig.1 Three typical interchanges with different functionalities

1.3.3 不能反映禁左等交通組織管理的影響

除交叉口自身功能不全對路網(wǎng)連通性的影響外，禁左、禁止掉頭等交叉口管理以及路段單向交通組織等也對路網(wǎng)連通性造成一定影響，這種影響同樣不能通過連接度指數(shù)進(jìn)行反映。

2 路網(wǎng)連通度指數(shù)的提出

為進(jìn)一步反映立交功能不全、交叉口右進(jìn)右出、禁左管理等造成交叉口轉(zhuǎn)向不全，進(jìn)而導(dǎo)致路網(wǎng)連通性變差的現(xiàn)象，本文提出反映路網(wǎng)連通性的新評價指標(biāo)——路網(wǎng)連通度指數(shù)。

2.1 路網(wǎng)連通度指數(shù)的定義

路網(wǎng)連通度指數(shù)類比于連接度指數(shù)，定義為路網(wǎng)中所有交叉口的節(jié)點連通度的統(tǒng)計平均值。節(jié)點連通度類比于節(jié)點的度數(shù)，定義為交叉口實際轉(zhuǎn)向數(shù)與交叉口進(jìn)口方向數(shù)的比值，可反映交叉口各進(jìn)口實際可轉(zhuǎn)向數(shù)的平均值。路網(wǎng)連通度指數(shù)的計算公式為

式中：Js為道路網(wǎng)的路網(wǎng)連通度指數(shù)；si為交叉口i的節(jié)點連通度；N為道路網(wǎng)節(jié)點數(shù)量；ri為交叉口i的實際可轉(zhuǎn)向數(shù)，通過具體情況進(jìn)行統(tǒng)計，需考慮交叉口的掉頭；為交叉口i的進(jìn)口方向數(shù)。例如，兩條道路均為雙向通行的十字形交叉口，為4；兩條道路為一條單向通行，另一條雙向通行的十字形交叉口，為3；兩條道路均為單向通行的十字形交叉口，dini為2。

2.2 路網(wǎng)連通度指數(shù)的價值分析

2.2.1 節(jié)點連通度的作用

節(jié)點連通度是針對具體交叉口的微觀指標(biāo)，類似于節(jié)點的度數(shù)，且與節(jié)點的度數(shù)密切相關(guān)；當(dāng)交叉口轉(zhuǎn)向完全時，節(jié)點連通度等于節(jié)點的度數(shù)，即轉(zhuǎn)向完全的十字形交叉口節(jié)點的度數(shù)為4，轉(zhuǎn)向完全的T字形交叉口節(jié)點的度數(shù)為3。而由于立交功能不全、交叉口右進(jìn)右出管理及單向交通組織等導(dǎo)致交叉口轉(zhuǎn)向不全時，節(jié)點連通度將低于節(jié)點的度數(shù)。節(jié)點連通度的具體作用可歸納為以下三點。

1）反映干路沿線右進(jìn)右出對節(jié)點連通性的影響。

節(jié)點連通度能反映右進(jìn)右出等連通方向不全對路網(wǎng)連通性造成的影響。如表1所示，對于十字形交叉口，當(dāng)節(jié)點轉(zhuǎn)向完全時，節(jié)點連通度為4；當(dāng)采用右進(jìn)右出管理時，節(jié)點連通度降為2。對于T字形交叉口，當(dāng)節(jié)點轉(zhuǎn)向完全時，節(jié)點連通度為3；當(dāng)采用右進(jìn)右出管理時，節(jié)點連通度降為5/3。

2）反映立交功能不全對節(jié)點連通性的影響。

節(jié)點連通度可反映由于缺少部分方向?qū)е铝⒔徊煌耆ネǖ默F(xiàn)象。表2所示為重慶市典型交叉口案例。紅旗河溝立交為兩主方向上跨，其余轉(zhuǎn)向為平面組織，雖通行能力受平面交叉口限制，但功能完全，節(jié)點連通度為4；鴛鴦立交雖為完全互通蝶形立交，但僅有一個方向有掉頭功能，節(jié)點連通度為3.25，因此，對于沒有考慮掉頭功能的完全互通立交，雖通行能力大，但其節(jié)點連通度可能比一般平面交叉口低；金龍橋立交為典型右進(jìn)右出加上跨模式，節(jié)點連通度為2.5；星光立交這種分離式立交，節(jié)點連通度僅為1。

3）反映路段交通組織管理對節(jié)點連通性的影響。

表1 右進(jìn)右出管理下節(jié)點連通度計算示例Tab.1 Node connectivity with turning restrictions

表2 典型立交節(jié)點連通度計算示例Tab.2 Connectivity index for typical interchanges

節(jié)點連通度能反映單向交通組織對路網(wǎng)連通性的影響。如表3所示，單向交通組織的路段數(shù)量不同，對節(jié)點連通度的影響不一致。單向交通組織的路段越多，節(jié)點連通度越低。對片區(qū)路網(wǎng)進(jìn)行單向交通組織時，若相交四個路段均為單向，則對路網(wǎng)連通性會造成較大影響。這也說明，在片區(qū)進(jìn)行單向交通組織，應(yīng)有較為嚴(yán)格的要求，需要很高的路網(wǎng)密度作為保障。

表3 單向交通組織下節(jié)點連通度計算示例Tab.3 Node connectivity under one-way traffic organization

2.2.2 路網(wǎng)連通度指數(shù)的作用

路網(wǎng)連通度指數(shù)是針對路網(wǎng)的宏觀指標(biāo)，與連接度指數(shù)密切相關(guān)。當(dāng)路網(wǎng)中所有交叉口的轉(zhuǎn)向均完全時，路網(wǎng)連通度指數(shù)等于連接度指數(shù)；當(dāng)交叉口轉(zhuǎn)向不完全時，路網(wǎng)連通度指數(shù)低于連接度指數(shù)，且路網(wǎng)連通度指數(shù)相比連接度指數(shù)下降的幅度表明路網(wǎng)中路網(wǎng)連通性受右進(jìn)右出、單向交通組織等的影響程度。

綜上所述，路網(wǎng)連通度指數(shù)在連接度指數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步反映了右進(jìn)右出、立交轉(zhuǎn)向不全、單向交通組織等對路網(wǎng)連通性造成的影響。

3 評價指標(biāo)的應(yīng)用

本文選取重慶市主城區(qū)的三個典型片區(qū)進(jìn)行現(xiàn)狀路網(wǎng)的連通性評價。三個典型片區(qū)分別為解放碑、觀音橋及冉家壩：解放碑片區(qū)為城市老中心區(qū)，路網(wǎng)密度相對較高；觀音橋片區(qū)為城市新發(fā)展中心區(qū)，受干路分隔嚴(yán)重；冉家壩片區(qū)為2000年后逐步發(fā)展的居住辦公區(qū)，路網(wǎng)較為方正。三個片區(qū)1.2 km2內(nèi)的現(xiàn)狀路網(wǎng)如圖2所示。

對三個典型片區(qū)進(jìn)行連通性評價，結(jié)果如表4所示。評價結(jié)果表明：觀音橋片區(qū)無論從路網(wǎng)連接度指數(shù)還是連通度指數(shù)來說，其連通性均是三個片區(qū)最差的，尤其路網(wǎng)連通度指數(shù)遠(yuǎn)低于其他片區(qū)，這與人們對該片區(qū)的實際感受相符；與解放碑片區(qū)相比，冉家壩片區(qū)的路網(wǎng)較為方正，連接度指數(shù)較高，但由于受到快速路的影響，路網(wǎng)連通度指數(shù)下降，與解放碑的路網(wǎng)連通度指數(shù)相當(dāng)。

圖2 三個典型片區(qū)路網(wǎng)示意Fig.2 Roadway networks in three typical areas in Chongqing

表4 主城區(qū)三個典型片區(qū)路網(wǎng)連通性評價結(jié)果Tab.4 Roadway connectivity of three typical areas in the main urban area

4 結(jié)語

本文在深入解讀既有路網(wǎng)連通性評價指標(biāo)——連接度指數(shù)的基礎(chǔ)上，針對城市路網(wǎng)存在的“立交功能不全、交叉口轉(zhuǎn)向限制(如右進(jìn)右出、禁左)、單向交通組織”等導(dǎo)致路網(wǎng)連通性差的典型現(xiàn)象，提出節(jié)點連通度和路網(wǎng)連通度指數(shù)來進(jìn)一步反映路網(wǎng)連通性的差異。由于城市交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，路網(wǎng)連通性只是路網(wǎng)的一種特性，并非路網(wǎng)的連通性越好，路網(wǎng)的整體運行效率越高。因此，針對不同等級的道路，如何設(shè)定其路網(wǎng)連通性使路網(wǎng)整體運行效率更高，值得進(jìn)一步研究。

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