徐 林 葉以農(nóng) 楊孝寬

（北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院1） 北京 100045）

（北京工業(yè)大學(xué)交通工程北京市重點實驗室2） 北京 100022）

0 引 言

本文是根據(jù)北京市城市規(guī)劃設(shè)計研究院與北京工業(yè)大學(xué)合作研究項目“北京市城市干道通行能力及規(guī)劃參數(shù)研究”完成.最終目標是從規(guī)劃的角度提出北京市道路通行能力分析方法、道路服務(wù)水平指標、道路通行能力相關(guān)參數(shù)的使用，為規(guī)劃部門進行公路和城市道路的交通規(guī)劃、交通控制與管理、設(shè)計以及工程可行性研究提供理論依據(jù).

1 研究背景及內(nèi)容

在世界范圍內(nèi)，美國是對通行能力及其相關(guān)內(nèi)容研究最早、最成熟的國家.從20世紀40年代起，美國針對公路規(guī)劃、設(shè)計和運營中出現(xiàn)的問題，展開了對道路通行能力的全面研究，突出的研究成果為《道路通行能力手冊》［1］（highway capacity manual，HCM），是當今最系統(tǒng)、最具權(quán)威性的通行能力研究成果，并先后進行4次更新.其他發(fā)達國家，如英國、德國、瑞典、日本等也編制了適合自己國情的HCM手冊.

我國開展對通行能力及其相關(guān)內(nèi)容的研究較晚.自20世紀80年代開始，交通部公路科學(xué)研究所、北京工業(yè)大學(xué)、東南大學(xué)和同濟大學(xué)等單位在學(xué)習(xí)和吸收國外有關(guān)通行能力研究方法和內(nèi)容的同時，對適合我國國情的通行能力和服務(wù)水平等方面開展了多方位的研究.

隨著國民經(jīng)濟持續(xù)增長、城市中心逐年擴張、交通需求迅猛增加，北京城市道路建設(shè)也隨之迅速發(fā)展起來.但由于缺乏對城市道路交通流特性和通行能力等基礎(chǔ)領(lǐng)域深入和持續(xù)的研究，城市道路規(guī)劃與管理部門缺少必要的交通分析工具和手段，無法做到有的放矢.因此，這就迫切要求我們從系統(tǒng)上全面開展對北京市道路系統(tǒng)通行能力及其相關(guān)參數(shù)的研究，并建立相應(yīng)的模型.

本研究的主要目標是在北京城市道路網(wǎng)規(guī)劃中如何正確估算主、次干道基本路段通行能力，預(yù)期服務(wù)水平和相關(guān)規(guī)劃參數(shù)的使用.基于這一特點，本文包括以下三項具體研究內(nèi)容.

1）速度－流量關(guān)系模型研究 速度－流量統(tǒng)計曲線可以清楚地顯示速度隨流量的變化規(guī)律，從而得到理想條件下的通行能力值.本研究中通過大量的實測數(shù)據(jù)，以真實的交通流數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，從交通流狀況的實際出發(fā)，建立北京城市主次干道基本路段的統(tǒng)計分析模型，并以此推導(dǎo)出通行能力推薦值.本研究是首次對間斷流的特征參數(shù)進行定量分析，它填補了我國在這一領(lǐng)域研究的空白.

2）通行能力影響因素研究 從交通工程學(xué)角度可知，影響通行能力的因素很多，諸如：車道寬度、車道數(shù)、側(cè)向凈空、中央分隔帶形式、交通構(gòu)成以及非機動車和行人干擾等.在現(xiàn)實設(shè)計中，這些因素應(yīng)該給予足夠重視，本文將公交車的?？繉Φ缆坊韭范瓮ㄐ心芰Φ挠绊戇M行定量分析.

3）通行能力服務(wù)水平及量化指標 服務(wù)水平是聯(lián)系道路通行能力及其設(shè)計、規(guī)劃和運營分析的橋梁和紐帶.劃分服務(wù)水平等級的指標很多，如加速度干擾、行車速度、行車時間、車輛行駛自由度、行車舒適性和安全性等.本研究根據(jù)北京城市道路系統(tǒng)的特點，將服務(wù)水平劃分為4個級別，并提出最大服務(wù)流率的概念，將服務(wù)水平和通行能力有機地聯(lián)系在一起.

2 數(shù)據(jù)采集與分析

本研究調(diào)查數(shù)據(jù)的采集通過攝像法獲得，通過Autoscope將視頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為不同時間間隔的數(shù)據(jù)，然后利用SPSS軟件對各類數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，最終建立各種數(shù)學(xué)模型.

2.1 主、次干道速度－流量數(shù)據(jù)調(diào)查

以往對速度－流量的研究多數(shù)是建立在高速公路、城市快速路等連續(xù)流基礎(chǔ)上，而對間斷流方面的研究很少.因此，本研究首次針對北京市的主、次干道這種間斷流特性的速度－流量關(guān)系進行研究，各種資料多為現(xiàn)場調(diào)研所得.通過對北京市20條主、次干道的觀測獲得了大量的有效數(shù)據(jù)，為分析速度－流量之間的關(guān)系奠定了基礎(chǔ).

調(diào)查從2006年7月到11月，為了保證調(diào)查數(shù)據(jù)的可靠性、真實性和有效性，將調(diào)查時間選在天氣晴朗的正常工作日，調(diào)查時段選擇平峰、高峰各2h.調(diào)查選擇的基本路段定義為：距相鄰2交叉口停車線200m以外的路段，如圖1所示.之所以選用200m是根據(jù)北京主、次干道在交叉口的平均排隊長度.

2.2 公交?？空緦β范斡绊懻{(diào)查

公交?？空緦Τ鞘械缆分?、次干道通行能力有重要影響.本次調(diào)查分別對兩類?？空荆焊蹫呈胶头歉蹫呈竭M行研究，共選取北京市主、次干道16個港灣式公交?？空竞?3個非港灣式公交?？空?，公交?？空舅幝范?，如圖2所示.

圖1 主、次干路基本路段示意圖

圖2 公交停靠站所處路段分布圖

3 模型建立與標定

3.1 主、次干道速度－流量模型

利用交通流數(shù)據(jù)檢測儀器Autoscope2004以1min為一個統(tǒng)計間隔［2］，對數(shù)據(jù)進行處理；然后利用SPSS1統(tǒng)計軟件得出每個車道的速度流量散點圖（如圖3、4所示）.

圖3 主干路速度－流量散點圖

圖4 次干路速度－流量散點圖

利用傳統(tǒng)速度－流量關(guān)系式Q＝Kj（v－v2／vf）可得到公式Q＝av2＋bv，然后用統(tǒng)計分析軟件進行統(tǒng)計分析，可得出速度流量關(guān)系曲線，并由曲線最高點確定推薦通行能力值，見表1.

表1 北京市主、次干道基本路段推薦通行能力值 輛／h

3.2 公交停靠站對路段通行能力影響建模

公交影響時間（T）是指1h內(nèi)所有?？磕骋还煌？空镜挠绊憰r間總和.在使用這個參數(shù)時，需要對具體問題進行具體分析：對于港灣式公交?？空緹o溢出情況，公交影響時間指的是阻凝時間，即公交車輛在停泊前后，駛?cè)?、駛出公交影響區(qū)時的加速與減速所需時間之和，不包括停泊時間；而對非港灣式停靠站和港灣式?？空居幸绯銮闆r來講，公交影響時間指的則是阻塞時間，公交車輛在整個公交影響區(qū)內(nèi)，即減速、加速與停泊所有過程，所需時間之和［3－4］.

公交影響時間占用率（k）是公交影響時間與總時間（通常為1h）的比值.該參數(shù)反應(yīng)了公車車輛?？吭跁r間上對通行能力的影響.

無論是港灣式公交?？空具€是非港灣式?？空?，公交車輛在?？繒r都會阻礙其他車輛的行駛.在這段時間上，致使其他小汽車速度下降、車頭時距增大、甚至出現(xiàn)擁堵，影響了車輛的正常行駛，同時造成通行能力的降低.因此，可以從時間上將公交?？空境雎范瓮ㄐ心芰澐譃?部分：公交影響時間和無影響時間，在無影響時間內(nèi)可認為該位置保持路段的通行能力.建立理論模型如下.

第I類模型（港灣式無溢出）

式中：C為公交車輛影響下的道路通行能力，輛／h；Cp為理想通行能力，輛／h；T為公交影響時間，s，對于港灣式停靠站為阻凝時間；fHV為公交車對通行能力的修正系數(shù)，fHV＝1／［1＋PHV（EHV－1）］；PHV為公交車交通量占總交通量的百分比；EHV為公交車換算成小汽車的車輛換算系數(shù)，一般取2.

第II類模型（港灣式有溢出／路上?？浚?/p>

式中：C為公交車輛影響下的道路通行能力，輛／h；Cp為理想通行能力，輛／h；T為公交影響時間，s.對于港灣式?？空疽绯龈蹫城闆r，為溢出車輛在外側(cè)車道?？繒r間的；對于非港灣式?？空?，為到達車輛的?？繒r間.

因此，對于港灣式?？空緛碚f，其周圍路段通行能力的通行能力即為

式中：T為公交影響時間，s.為港灣式?？空竟煌？靠傆绊憰r間，包括無溢出時的阻凝時間與有溢出時的阻塞時間.Ry為溢出影響修正項（輛／h），由于公交?？恳绯龈蹫骋鸬耐ㄐ心芰p少量，Ry＝－Cp×Ty／3 600×fHV；Ty為溢出引起的阻塞時間.

式（4）中，理想通行能力Cp可根據(jù)以往研究結(jié)論查得；公交影響時間T可通過建立公交到達頻率與其關(guān)系得到，進而轉(zhuǎn)化為公交到達頻率與路段通行能力的關(guān)系模型，便于實際應(yīng)用.

通過對此次調(diào)查數(shù)據(jù)的處理，將15min流率轉(zhuǎn)為小時流量，分別建立不同等級道路上，2種停靠站形式下，公交車平均到達頻率λ（輛／h）與公交平均影響時間T的統(tǒng)計對應(yīng)關(guān)系，并利用SPSS 11.5對統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析結(jié)果見圖5、6.

根據(jù)散點圖趨勢，分別采用線性模型、拋物線模型及Power模型進行擬合.統(tǒng)計相關(guān)性指標分別為：港灣式?？空?，線性模型R2＝0.822，F(xiàn)＝134.3；拋物線模型，R2＝0.824，F(xiàn)＝65.69；Power模型，R2＝0.818，F(xiàn)＝129.93.可知線性模型擬和較優(yōu)，故Ty＝3.050 9λ－12.345.將以上結(jié)果代入式（4），即可得到各等級道路上港灣式?？空局車范瓮ㄐ心芰δＰ?以主干路為例

圖5 港灣式停靠站λ與Ty關(guān)系圖

圖6 非港灣式?？空睛伺cT關(guān)系圖

非港灣式?？空荆壕€性模型，R2＝0.593，F(xiàn)＝116.75；指數(shù)模型，R2＝0.689，F(xiàn)＝177.44；Power模型，R2＝0.698，F(xiàn)＝184.81.故選擇Power模型擬合結(jié)果，即T＝66.630 8λ0.6559，代入式（3）可得非港灣式?？空竟坏竭_頻率與路段通行能力關(guān)系模型C＝Cp（1－0.015 8λ0.6559）.

4 服務(wù)水平分級

服務(wù)水平是衡量交通流運行條件以及駕駛員和乘客所感受的服務(wù)質(zhì)量的一項指標，通常根據(jù)交通密度、速度、行駛時間、駕駛自由度、舒適和方便等指標確定服務(wù)水平等級.因此，服務(wù)水平是反映道路在給定道路和交通條件下交通設(shè)施能夠為道路使用者所提供運行服務(wù)的質(zhì)量.美國將高速公路基本路段的服務(wù)水平分為A～F 6級，我國對通行能力研究起步較晚，對于服務(wù)水平分級尚沒有定論.但從很多研究文獻中發(fā)現(xiàn)多數(shù)人將我國的服務(wù)水平分為4級，作為經(jīng)典的由任福田主編的《交通工程學(xué)》一書當中也將我國的高速公路按4級劃分，如圖7所示.

圖7 我國高速公路服務(wù)水平分級圖

在本研究中，對北京市城市主、次干道進行深入研究，得出不同服務(wù)水平分級指標，仍將服務(wù)水平分為4級，對于北京市主、次干道的4級服務(wù)水平的交通運營狀況，用圖8a）～d）表示.

圖8 4級服務(wù)水平的交通運營狀況

最大服務(wù)流率（最大服務(wù)交通量）在本研究中定義為：交通設(shè)施在給定服務(wù)水平下為車輛所能提供的最大通過數(shù)量.最大服務(wù)流率本質(zhì)上仍是反映通行能力的指標，換句話說，它是對應(yīng)服務(wù)水平的通行能力.

對于北京市主次干道系統(tǒng)，其對應(yīng)4級服務(wù)水平的自由流速度定為70，60和50km／h.根據(jù)本研究所做的數(shù)據(jù)分析和模型標定，給出了對應(yīng)不同自由流速度和不同服務(wù)水平的最大服務(wù)流率值［5－7］如表2、圖9.

圖9 北京市主、次干道服務(wù)水平分級示意圖

表2 北京市主次干道服務(wù)水平分級

5 結(jié)束語

本文初步建立了北京市城市道路通行能力研究的流程和框架，通過研究提出主、次干道基本路段速度－流量曲線為基礎(chǔ)的通行能力模型，并給出不同車道的推薦通行能力值，可為北京道路規(guī)劃和設(shè)計提供理論依據(jù).該項研究的成果填補了間斷流交通流特性的空白.還結(jié)合北京市交通的特點，將公交?？空緦νㄐ心芰Φ挠绊懸蛩剡M行定量分析并建立模型，最后對北京市城市道路服務(wù)水平進行量化分析，為未來制定城市設(shè)計標準提供數(shù)據(jù)支持.應(yīng)當承認，通行能力的研究仍處于發(fā)展階段，要想真正建立完整的理論體系，還需要連續(xù)不斷的探討和反復(fù)的修正，為我國自己通行能力手冊的編寫奠定基礎(chǔ).

［1］美國交通研究委員會.道路通行能力手冊［M］.任福田，譯.北京：建筑工業(yè)出版社，1985.

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