小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行能力影響的研究

李曉青，朱存斌，李冬梅,陳 凱

(1.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)金融學(xué)院,安徽 蚌埠 233030；2.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院,安徽 蚌埠 233030)

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小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行能力影響的研究

李曉青1，朱存斌2，李冬梅1,陳 凱2

(1.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)金融學(xué)院,安徽 蚌埠 233030；2.安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與應(yīng)用數(shù)學(xué)學(xué)院,安徽 蚌埠 233030)

目的 針對(duì)小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行的影響問題，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系以及小區(qū)開放前后道路通行能力模型，并從交通通行的角度，向城市規(guī)劃和管理部門給出關(guān)于小區(qū)開放的合理化建議。方法 對(duì)于指標(biāo)體系的構(gòu)建，通過查閱大量的文獻(xiàn)資料之后，運(yùn)用綜合分析法和頻度分析法，將現(xiàn)存的指標(biāo)群進(jìn)行分析、歸納，找出與之相關(guān)的出現(xiàn)頻率最高的指標(biāo)，大概確定與道路通行相關(guān)的指標(biāo)，再經(jīng)過篩選并根據(jù)研究問題的需要，確定其他主要指標(biāo)；對(duì)于小區(qū)開放前后通行能力模型的建立，利用空隙可接受理論與概率分析的方法，分別對(duì)單車道、多車道單車型下的環(huán)島通進(jìn)口道通行能力建立模型，比較小區(qū)開放前后入口道通行能力的變化，分析小區(qū)開放前后道路車流量變化對(duì)周邊公共道路車流量變化的影響。結(jié)果 小區(qū)開放以后，小區(qū)內(nèi)公共車道數(shù)量增加，入口道的通行能力降低，即相應(yīng)的周邊公共道路的通行能力增強(qiáng)。結(jié)論 在不考慮小區(qū)上下班擁堵高峰期、小區(qū)外部道路等情況下，實(shí)施住宅小區(qū)和單位大院開放政策，可以使小區(qū)內(nèi)公共道路車流量在一定范圍內(nèi)增加。由于單位時(shí)間內(nèi)兩點(diǎn)間穿行小區(qū)道路和周邊公共道路的總車流量一定，當(dāng)小區(qū)內(nèi)公共道路車流量增加時(shí)，在誤差允許范圍內(nèi)，可以認(rèn)為小區(qū)周邊公共道路車流量相應(yīng)的減少，即小區(qū)周邊的公共道路通行能力得到較大提高。

小區(qū)開放；車流量;入口道通行能力模型

改革開放以來，中國的經(jīng)濟(jì)有了快速的發(fā)展，城市化進(jìn)程也不斷加快，這也在無形之中增加了城市交通的負(fù)擔(dān)。城市機(jī)動(dòng)車、汽車的保有量逐年持續(xù)上升，隨之而來的是城市交通的壓力只增不減?，F(xiàn)在的城市生活中，道路擁堵現(xiàn)象已經(jīng)是屢見不鮮，封閉式小區(qū)更是破壞了城市的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，減小了城市路網(wǎng)密度。因此，開放小區(qū)能否達(dá)到優(yōu)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高道路通行能力，改善交通狀況，以及改善效果如何，都值得探討研究。

1 模型的假設(shè)

為了便于解決問題，提出以下假設(shè)：(1)假設(shè)研究對(duì)象所選取的小區(qū)均為居住小區(qū)；(2)只考慮機(jī)動(dòng)車輛，不考慮行人和非機(jī)動(dòng)車輛的道路通行情況[1]；(3)假設(shè)所有道路寬度一致，交叉口無紅綠燈；(4)假設(shè)小區(qū)內(nèi)部道路無停車占道。

表1 與道路通行相關(guān)的初步指標(biāo)

2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

選取合適的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，用以評(píng)價(jià)小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行的影響。查閱大量的文獻(xiàn)及其資料之后，運(yùn)用綜合分析法和頻度分析法，將現(xiàn)存的指標(biāo)群進(jìn)行分析、歸納，找出與之相關(guān)的出現(xiàn)頻率最高的指標(biāo)，大概確定與道路通行相關(guān)的指標(biāo)[2]，見表1。

在這些指標(biāo)當(dāng)中，首先排除經(jīng)濟(jì)因素，因?yàn)橹饕芯啃^(qū)開放對(duì)道路通行的影響，暫不考慮小區(qū)開放對(duì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響。其次，排除一些相關(guān)關(guān)系的指標(biāo)，如車輛通行時(shí)間、排隊(duì)長度和車輛行駛速度，在一個(gè)路段當(dāng)中，時(shí)間和行駛路程本就是速度的因變量，因此在選取指標(biāo)的時(shí)候，便可選取車輛的行駛速度作為指標(biāo)，其他指標(biāo)的選取類似。最后，根據(jù)研究問題的需要，確定其他主要指標(biāo)。由此構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如圖1所示。

圖1 小區(qū)開放對(duì)道路通行影響指標(biāo)體系

3 小區(qū)開放前后對(duì)周邊道路通行影響

3.1 研究思路

小區(qū)在開放前為避免過境車輛的穿行，道路設(shè)置較狹窄，相當(dāng)于單車道；小區(qū)開放后，區(qū)內(nèi)道路公共化，小區(qū)內(nèi)的車道變?yōu)槎嘬嚨?。利用空隙可接受理論與概率分析的方法，對(duì)單車道、多車道單車型下的環(huán)島通進(jìn)口道通行能力模型進(jìn)行改進(jìn)，分別建立小區(qū)開放前后入口道通行能力評(píng)價(jià)模型。然后根據(jù)所建立的模型得出公共道路車流量對(duì)通行能力的影響情況，再分析小區(qū)開放前后小區(qū)內(nèi)道路車流量變化對(duì)周邊公共道路車流量變化的影響，進(jìn)而研究得出小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行的影響情況。

3.2 研究方法

(1)小區(qū)開放前入口道通行能力模型

在Cowan[3]提出的車頭時(shí)距指數(shù)分布基礎(chǔ)上，引入α為交通流中的車輛比例因子，其中0<α<1[4]，并假設(shè)Δx為行駛車輛的車頭時(shí)距，則交通流中的車頭時(shí)距服從M3分布[5]，且累計(jì)概率分布函數(shù)為：

假設(shè)在環(huán)形車流當(dāng)中出現(xiàn)空隙，并且剛好有n輛車進(jìn)入的概率是p(n)，則進(jìn)入車輛數(shù)的期望是：

其中q為交通流量，則車輛進(jìn)口通道能力為：

(1)

小區(qū)開放前為避免過境車輛的穿行，區(qū)內(nèi)的道路較狹窄，即為單車道。依據(jù)單車道單車型下的環(huán)島通進(jìn)口道通行能力模型可得，當(dāng)小區(qū)入口道只有1個(gè)車道時(shí)，則小區(qū)道路車流量空隙小于t的概率是：

H(t)=P(T≤t)=F(t)=1-αe-λ(t-Δx)

(2)

其中，由小區(qū)入口進(jìn)入的車輛必須遵守一個(gè)進(jìn)入原則，即第一輛車如果判斷有大于臨界空擋的值T，則進(jìn)入；后一輛車在前面車輛進(jìn)入后，再判斷其剩余的時(shí)間如果大于其跟進(jìn)的時(shí)間，則后一輛車跟進(jìn)。那么，在一條小區(qū)車道內(nèi)剛好有n輛車輛進(jìn)入小區(qū)的概率是：

p(n)=H(T+nT0)-H(T+(n-1)T0)

(3)

將(2)式代入(3)式得：

p(n)=αe-λ(T+nT0)eλΔx(eλT0-1)

(4)

將(4)式代入得到小區(qū)開放前入口道通行能力模型[6]為：

(5)

(2)小區(qū)開放后入口道通行能力模型

小區(qū)開放政策實(shí)施后，內(nèi)部的道路均可與外部共享，即小區(qū)內(nèi)的道路由原來的單車道變成公共的多車道。根據(jù)多車道單車型下的環(huán)島通進(jìn)口道通行能力模型可知，小區(qū)開放前后的主要區(qū)別是:小區(qū)開放以后，其入口道的車輛在穿插小區(qū)內(nèi)公共道路的時(shí)候，必須滿足能夠同時(shí)插入該車道上的所有空隙的條件。由于小區(qū)入口道的車輛在進(jìn)入該小區(qū)公共車道路主流中每一個(gè)車道的臨界空擋和臨界時(shí)間都不相同，則所有滿足小區(qū)開放后入口道中恰有n輛車進(jìn)入主流的條件是[6]：

p(n)=H(T1+nT1,…,Tn+nTn)-H(T1+(n-1)T1,…,Tn+(n-1)Tn)

小區(qū)開放后公共道路車流量空隙小于t的概率是：

(6)

小區(qū)開放后，小區(qū)入口道的車輛在插入該公共道路中各個(gè)車道的臨界空擋可能并不一樣，所以t對(duì)每個(gè)車道來說也不同，即(6)式應(yīng)變換為：

(7)

其中，i，j都是對(duì)開放后小區(qū)公共車道數(shù)的求和，將t=t1,t2,…,tn代入(7)式并根據(jù)無窮級(jí)數(shù)換算可得出小區(qū)開放后入口道通行能力模型[6]為：

(8)

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)所建立的小區(qū)開放前后入口道通行能力模型得出公共道路車流量對(duì)通行能力的影響情況(圖2)。

圖2 公共道路車流量對(duì)通行能力的影響

小區(qū)開放后，其內(nèi)公共車道數(shù)i增加，由于交通流中的車輛比例因子的取值范圍介于0與1之間，且由于交通流量0

4 小區(qū)開放的合理化建議

4.1 對(duì)城市規(guī)劃管理部門的建議

(1)合理開放有關(guān)小區(qū)

每個(gè)小區(qū)周邊的道路狀況各有差異，并不是每個(gè)小區(qū)都適合開放。因此建議在交通狀況較差、路段通行能力低的路段開放一些公共道路較為寬敞、小區(qū)出入口的連接方式較為合理的小區(qū)。

(2)優(yōu)化開放小區(qū)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，合理制定開放政策

封閉小區(qū)內(nèi)禁止車輛通行，道路的設(shè)置只需要考慮行人和非機(jī)動(dòng)車，小區(qū)開放以后，行人的安全相比之前就會(huì)缺少保障，并且機(jī)動(dòng)車的通行會(huì)產(chǎn)生一些噪聲污染。因此，對(duì)于開放小區(qū)，可以設(shè)置限速的標(biāo)牌，減緩車速，保障小區(qū)內(nèi)行人的安全；安裝隔離噪音裝置，盡量減少噪音污染，并且可以規(guī)定夜間一定時(shí)間段內(nèi)小區(qū)不開放，保障小區(qū)內(nèi)居民的睡眠；小區(qū)的出入口開放應(yīng)該按照城市總體交通環(huán)境設(shè)置[7]。

(3)合理設(shè)置小區(qū)與道路交叉口

當(dāng)交叉口結(jié)構(gòu)不一樣時(shí)，小區(qū)出入口與周邊連接道路的沖突點(diǎn)也不一樣。比如當(dāng)丁字形交叉口的周邊道路有隔離帶時(shí)，交叉口道路暢通，幾乎無交通擁擠；當(dāng)交叉口的周邊道路沒有隔離帶時(shí)，進(jìn)出小區(qū)交叉口的車輛與行駛在周邊道路上的車輛會(huì)形成三個(gè)沖突點(diǎn)，造成交通擁堵；對(duì)于十字形交叉口，當(dāng)小區(qū)的入口在岔路口上，此時(shí)開放小區(qū)，小區(qū)內(nèi)的車流量和周邊的車流量會(huì)形成16個(gè)沖突點(diǎn)，交通會(huì)更為擁堵。因此，開放小區(qū)不僅要看小區(qū)自身的結(jié)構(gòu)是否適合開放，也要看小區(qū)周邊的車流量和周邊道路的設(shè)置情況。只有合理地考察小區(qū)周邊的道路情況和其自身的設(shè)置，才能決定小區(qū)是否開放。

4.2 對(duì)交通管理部門的建議

(1)實(shí)行尾號(hào)限行，從根本上減少車流量

造成交通擁擠的其中一個(gè)原因是車流量大，為有效緩解交通壓力，建議實(shí)施住宅小區(qū)和單位大院開放政策。政策實(shí)施以后，小區(qū)公共道路車流量會(huì)在一定范圍內(nèi)增加，小區(qū)周邊公共道路車流量則相應(yīng)地減少，即小區(qū)周邊的公共道路通行能力得到一定地提高。但是也不排除一些特殊情況，比如北京本就是一座“堵城”，平時(shí)便是交通擁擠，再加上舉辦大型賽事，如果不采取一定的措施，交通系統(tǒng)甚至?xí)媾R癱瘓的風(fēng)險(xiǎn)。因此，2008年北京奧運(yùn)會(huì)時(shí)，為保障奧運(yùn)會(huì)的成功舉辦，北京市的相關(guān)部門實(shí)行了車輛單雙號(hào)限行政策，有效地緩解了交通壓力，提高了道路的通行能力[8]。

(2)合理規(guī)范道路建設(shè)，減少交通擁擠

這幾年居民私家車和電動(dòng)車的擁有量持續(xù)上升，可是有些道路的設(shè)置中并沒有非機(jī)動(dòng)車車道。這種不合理的設(shè)置使得大量的機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車(包括自行車和電動(dòng)車)擁擠于一條車道上，加大了道路的車流量，降低了交通通行能力，更加大了交通安全隱患。因此，規(guī)范原有的交通道路并在以后道路建設(shè)當(dāng)中合理設(shè)置車道，也可以提高道路的通行能力。

(3)規(guī)范停車秩序，減少停車占道現(xiàn)象

近幾年，由于私家車擁有量不斷上升，亂停私家車的現(xiàn)象屢見不鮮。一些地方由于規(guī)劃不合理，缺少停車場，導(dǎo)致私家車停車占道，尤其是在上下班高峰期，私家車占道更是導(dǎo)致交通擁堵的一個(gè)重要原因。因此，相關(guān)部門應(yīng)該規(guī)范停車秩序，對(duì)亂停車現(xiàn)象加強(qiáng)管理，減少占道停車現(xiàn)象，有效緩解道路堵塞。

5 總 結(jié)

本文在研究小區(qū)開放對(duì)周邊道路的影響問題突出如下方面：建立的指標(biāo)體系全面有條理；定量分析了小區(qū)開放前后對(duì)于道路通行的影響，得到內(nèi)部道路更多和小區(qū)出入口連接道路系統(tǒng)較為簡單的小區(qū)更適合開放的結(jié)論[5]，對(duì)于判斷各種類型小區(qū)是否適合開放具有借鑒意義；分析小區(qū)開放時(shí)不僅考慮到開放小區(qū)對(duì)于周圍交通的影響，而且考慮到開放小區(qū)對(duì)小區(qū)道路通行及道路整體通行效率的影響[9]。研究中也發(fā)現(xiàn)不足：由于小區(qū)開放問題較新，很多小區(qū)尚未開放，因此難以獲得小區(qū)開放前后的交通數(shù)據(jù)，導(dǎo)致模型具有較大的局限性，對(duì)于局部交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)獲取較難。

[1]祝付玲.城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D].南京：東南大學(xué),2006.

[2]劉如迪.城市低碳交通評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建研究[D].西安：長安大學(xué)，2014.

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[4]韋蘭香,梁玉娟,鐘友坤.路內(nèi)停車車輛比例系數(shù)對(duì)交通流的影響研究[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015(05):30-33.

[5]李向朋.城市交通擁堵對(duì)策:封閉型小區(qū)開放研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2014.

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[9]韋蘭香,梁玉娟,鐘友坤.路內(nèi)停車車輛比例系數(shù)對(duì)交通流的影響研究[J].交通科技與經(jīng)濟(jì)，2015(05):30-33.

[責(zé)任編輯：劉志媛 英文編輯：劉彥哲]

Impacts of Housing Area Opening on Surrounding Traffic Capacity

LI Xiao-qing1，ZHU Cun-bin2，LI Dong-mei1，CHEN Kai2

(1.Institute of Finance,Anhui University of Finance and Economics,Bengbu,Anhui 233030,China; 2.Statistics and Applied Mathematics,Anhui University of Finance and Economics,Bengbu,Anhui 233030,China)

Objective In view of the impact of the housing area opening on the surrounding traffic,to establish the evaluation index system and traffic capacity model before and after the housing area opening,and then give reasonable proposals for opening the housing area to the city planning and management departments from the angle of the traffic.Methods For the construction of index system,by consulting a large number of literature and data,the comprehensive analysis and frequency analysis were used to summarize and analyze the existing index group.First it was to find out the related highest frequency index,probably determine index related to road passage,and then filter and determine other key indicators according to the needs of the research question;to establish capacity model before and after the housing area opening,based on the theory of acceptable space and probability analysis,the model for the traffic capacity about roundabout though single lane and multi-lane with single vehicle is proposed.The changes of entrance road capacity before and after the opening was compared,and the influence of the change of road traffic flow on the surrounding public road traffic flow before and after the opening was analyzed.Results After the housing area opening,the number of public lanes in the area increased,and the capacity of the entrance road was reduced after the opening,that is to say,the capacity of the surrounding public roads was enhanced.Conclusion Without considering the rush hour of traffic congestion and the road outside the residential area,the opening policy of residential area and units should be implemented,so that the public road traffic within the area will increase in a certain range.As the total traffic flow per unit time through residential roads and surrounding public roads is definite,when the public road traffic flow increases in the area,within the allowable range of the error,it is considered that the public road traffic flow around the community will decrease accordingly,that is,the public road capacity around the area has been greatly improved.

housing area opening;traffic flow;entrance road capacity model

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11601001)

李曉青(1995-)，女，青海西寧人，安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)金融學(xué)院在讀學(xué)生，研究方向：金融數(shù)學(xué)。

C 32

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.09.008

來稿日期：2016-12-12