城市小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響研究

孫蓓 濟(jì)南大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院

城市小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響研究

孫蓓 濟(jì)南大學(xué)數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院

首先選取路網(wǎng)密度、車流量、交叉口平均延誤時(shí)間以及路權(quán)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；其次對(duì)道路阻抗函數(shù)、韋伯斯特公式進(jìn)行修正，并采用容量限制-增量加載方法得出車輛通行的具體情況；最后借助MATLAB軟件，對(duì)所構(gòu)建的四種不同類型的小區(qū)在不同車流量下開放前后對(duì)道路通行產(chǎn)生的影響結(jié)果進(jìn)行分析，進(jìn)而提出小區(qū)開放的合理化建議。

評(píng)價(jià)指標(biāo) 路阻函數(shù) 容量限制 增量加載 合理化建議

隨著國(guó)家推廣街區(qū)制等相關(guān)政策的出臺(tái)，是否開放住宅小區(qū)和單位大院成為社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題。其中，開放住宅小區(qū)是否能夠達(dá)到優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、緩解交通壓力是引發(fā)群眾議論的焦點(diǎn)?；谏鲜霰尘埃疚亩勘容^四類小區(qū)開放前后對(duì)道路通行所產(chǎn)生的影響，并提出合理化建議。

一、確立評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)開放小區(qū)的目的作為切入點(diǎn)，選取以下四項(xiàng)指標(biāo)：

①路網(wǎng)密度，是指小區(qū)內(nèi)及周邊建成道路長(zhǎng)度與小區(qū)建成面積的比值，反映了小區(qū)道路分布的密集程度。路網(wǎng)密度值越大，則說(shuō)明小區(qū)開放性越大，進(jìn)而更大可能地影響周邊道路通行。

②車流量，是在一定時(shí)間段內(nèi)某路段所通過(guò)的車輛數(shù)，一定程度地反映了該路段的擁堵?tīng)顩r。車流量數(shù)值越大，說(shuō)明周邊道路越傾向于擁堵，通行越困難。

③交叉口平均延誤時(shí)間，包括信號(hào)燈控制下的延誤時(shí)間和無(wú)信號(hào)燈控制下的延誤時(shí)間，如果車輛在交叉路口的滯留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，那么它的交叉口平均延誤時(shí)間就會(huì)越大。

④路權(quán)指在路段內(nèi)車輛通行的總時(shí)間，由通行中的時(shí)間和交叉口平均延誤時(shí)間兩項(xiàng)來(lái)共同確定。該指標(biāo)反映車輛在道路上的整體通行情況，該值越小，說(shuō)明車輛通行程度越好。

二、建立車輛通行模型

經(jīng)過(guò)比較多種交通分配方案，本文將選擇容量限制-增量加載方法[1]來(lái)研究車輛通行情況，即通過(guò)計(jì)算路權(quán)來(lái)選擇最優(yōu)行駛路徑。

在此之前，首要任務(wù)是采用人工調(diào)查法來(lái)確定OD量，即出發(fā)點(diǎn)到目的地間的交通出行量，那么接下來(lái)將進(jìn)行路權(quán)計(jì)算及通行分配。

1.車輛行駛路權(quán)的計(jì)算

（1）道路阻抗函數(shù)的確定。美國(guó)FHWA提出的BPR路阻函數(shù)僅考慮了實(shí)際流量對(duì)行駛時(shí)間的影響，而并沒(méi)有反映出非機(jī)動(dòng)車、車道寬度的影響，不符合實(shí)際情況。通過(guò)分析文獻(xiàn)[2]，得到符合本論文要求的路阻函數(shù)。修正后的理論路阻函數(shù)：

由于在實(shí)際車輛行駛中是間斷性車流，而上述理論函數(shù)只是在沒(méi)有干擾因素的連續(xù)車流的情況下得出，所以需要進(jìn)一步對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行修正。

考慮到實(shí)際中小區(qū)周邊道路會(huì)存在非機(jī)動(dòng)車干擾、車道寬度干擾，故修正

而理論阻塞密度的表達(dá)式為：

進(jìn)行修正后得出：

（2）交叉路口延誤時(shí)間的確定。交叉路口的延誤時(shí)間對(duì)于車輛通行的影響必須考慮，尤其是小區(qū)開放后交叉路口明顯增多。在此，分別考慮了有信號(hào)燈的交叉路口和無(wú)信號(hào)燈的交叉路口。

i) 信號(hào)燈控制交叉口的延誤時(shí)間

①確定道路飽和通行能力

經(jīng)過(guò)查閱文獻(xiàn)[3]，道路的理論飽和能力為：

而實(shí)用飽和能力：

②確定交叉延誤時(shí)間

對(duì)于有信號(hào)燈的交叉路口，采用修正后的韋伯斯特公式，則信號(hào)燈控制下的延誤時(shí)間為：

ii)無(wú)信號(hào)燈控制交叉口延誤時(shí)間

假如交叉路口沒(méi)有信號(hào)燈，也就是可以把信號(hào)燈的有效綠燈時(shí)間為一個(gè)周期長(zhǎng)度，這種情況可以看做是信號(hào)燈控制下的一種特殊情況。即：

（3）最終路權(quán)的確立

2.車輛通行分配方法

由于考慮到最短路分配方法無(wú)法對(duì)實(shí)際交通量進(jìn)行均勻分配，不能切合實(shí)際人們的出行特點(diǎn)。綜合分析后，本文采用容量限制-增量加載分配[3]這一動(dòng)態(tài)分配方法，得出最終的周邊道路通行的車流量。

分配方法的具體計(jì)算步驟：

采用以上步驟，既考慮了車輛行走時(shí)所遇到的阻抗，同時(shí)兼顧最短路段分配，故可以得出更加符合實(shí)際的開放后主干道車流量。

三、不同類型小區(qū)的開放前后的評(píng)價(jià)

1.小區(qū)的構(gòu)建及指標(biāo)求解

首先，本文從小區(qū)結(jié)構(gòu)角度，構(gòu)建了集約式、片塊式、向心式及軸線式四種不同類型的小區(qū)。

采用仿真軟件，搜集各項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用上述數(shù)學(xué)模型，然后用MATLAB軟件得出最終結(jié)果（具體見(jiàn)表1）。

表1　不同類型小區(qū)開放前后各指標(biāo)的相對(duì)變化率

2.對(duì)指標(biāo)結(jié)果定量分析

根據(jù)上述結(jié)果，針對(duì)不同小區(qū)結(jié)構(gòu)所得到的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析：

小區(qū)開放前后對(duì)交通流量影響最大的小區(qū)是向心式小區(qū)。該類小區(qū)開放前后車流量相對(duì)比為0.252439；同時(shí)綜合其他兩個(gè)指標(biāo)，路權(quán)相對(duì)比僅次于片塊式，而且平均延誤相對(duì)變化不大。綜合考慮，向心式小區(qū)應(yīng)進(jìn)行一定程度的開放。

從總路權(quán)指標(biāo)來(lái)看，受影響最大的是片塊式小區(qū)。該類小區(qū)開放前后道路路權(quán)相對(duì)比為0.786935；而且它的平均延誤時(shí)間相對(duì)比較大，總體來(lái)說(shuō)，這類小區(qū)還是可以進(jìn)行一定的開放的。

而受交叉路口延誤影響最大的是軸線式小區(qū)。該類小區(qū)開放前后道路延誤相對(duì)比最大，為0.04527；且開放前后車流量變化較小，同時(shí)其路網(wǎng)密度增長(zhǎng)最大，所以這種軸線式小區(qū)相對(duì)不適于開放。

四、對(duì)管理部門合理化建議

從上述研究結(jié)果可以看出，開放小區(qū)可以緩解周邊城市道路交通壓力，具體表現(xiàn)在開放小區(qū)后，周邊道路車流量減少，車輛在周邊道路上的行駛時(shí)間減少。而針對(duì)交叉路口平均延誤時(shí)間增加的情況，也要進(jìn)行慎重思考。

那么本文根據(jù)對(duì)結(jié)果的分析，向有關(guān)管理部門提出以下幾點(diǎn)建議：

1.對(duì)于向心式小區(qū)，小區(qū)開放后周邊道路車流量明顯減少，路權(quán)也相應(yīng)減少，雖然交叉路口平均延誤時(shí)間變大，但減小交通壓力的效果依舊明顯，故向心式小區(qū)適宜開放。

2.對(duì)于集約式小區(qū)，小區(qū)是否開放還需要考慮小區(qū)車流量因素，車流量大的時(shí)候，開放小區(qū)得到的改善效果好。

3.對(duì)于片塊式小區(qū)，小區(qū)開放后周邊道路車輛行駛時(shí)間減小幅度明顯，車流量也減少；且改善道路通行的效果明顯，故片塊式小區(qū)也適合開放。

4.對(duì)于軸線式小區(qū)，由于小區(qū)開放后周邊道路交叉路口平均延誤時(shí)間增加幅度最大，即小區(qū)開放對(duì)該類型小區(qū)的負(fù)面影響最大，故不適于開放。

5.對(duì)于緩解交叉路口交通壓力，可采取改善交叉口信號(hào)配置的措施，另外也需要減少綠燈損失率，強(qiáng)化交叉路口的交通管理。更甚者，在進(jìn)行城市規(guī)劃時(shí)合理的設(shè)置交叉路口也能大大緩解交通壓力。

[1]李向朋.城市交通擁堵對(duì)策-封閉性小區(qū)交通開放研究[D].[長(zhǎng)沙理工大學(xué)碩士學(xué)位論文].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2014(4):29-32

[2]王煒,張桂紅.城市道路路阻函數(shù)研究[J].重慶交通學(xué)院學(xué)報(bào),1992.9,11(3):85-91

[3]王煒.容量限制交通分配模型的改進(jìn)及軟件開發(fā)[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào),1989,2(3):38-39