王 璐 蔡 銘

（中山大學(xué)工學(xué)院廣東省智能交通系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 廣州 510275）

0 引 言

隨著城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市規(guī)模的日益擴(kuò)大，交通量迅速增長(zhǎng)，城市交通出現(xiàn)了日趨緊張的局面.而突出癥結(jié)表現(xiàn)在城市干道交叉口處，由于車(chē)流匯合交織，常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，從而引起了嚴(yán)重的延誤、噪聲、大氣污染、能源浪費(fèi)等問(wèn)題.近年來(lái)，多數(shù)研究只針對(duì)上述單一的問(wèn)題來(lái)對(duì)交叉口的控制方式進(jìn)行評(píng)價(jià)，美國(guó)2000年版的HCM 利用平均延誤來(lái)評(píng)價(jià)交叉口［1］；日本根據(jù)飽和度指標(biāo)將信號(hào)交叉口的服務(wù)水平劃分為3個(gè)等級(jí)；前蘇聯(lián)則利用速度系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)［2］.然而這些評(píng)價(jià)方法不僅數(shù)據(jù)調(diào)查困難，而且評(píng)價(jià)指標(biāo)單一，只考慮了看得見(jiàn)的損失，未考慮隱性的成本，交通噪聲這一社會(huì)公害往往被人們所忽視.采用微觀(guān)交通仿真的手段能較好的解決數(shù)據(jù)調(diào)查困難的問(wèn)題，李喆等人采用仿真工具進(jìn)行交叉口延誤的計(jì)算［3］，吳碩賢、王永泉、李鋒等［4－6］也利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)交通噪聲的模擬，但將不同評(píng)價(jià)指標(biāo)綜合考慮的研究較為少見(jiàn).本文也將從微觀(guān)交通仿真的角度出發(fā)，利用Paramics仿真軟件模擬復(fù)雜實(shí)變的交通噪聲，在交通延誤的基礎(chǔ)上利用經(jīng)濟(jì)損失估算的方法比較交叉口不同管理方式的優(yōu)劣，對(duì)交叉口進(jìn)行綜合評(píng)價(jià).

1 交叉口評(píng)價(jià)方法

1.1 交叉口交通噪聲及延誤的計(jì)算機(jī)模擬方法

微觀(guān)交通仿真系統(tǒng)能動(dòng)態(tài)的模擬“人－車(chē)－路－環(huán)境”的相互關(guān)系，反映出交通管理手段、交通流控制策略等對(duì)交通流的影響［7］.并行微觀(guān)仿真器Paramics是由英國(guó)Quadstone公司開(kāi)發(fā)的用于微觀(guān)交通仿真的軟件包，它具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的三維可視化用戶(hù)界面，對(duì)單一車(chē)輛進(jìn)行微觀(guān)處理的能力，多用戶(hù)并行計(jì)算支持，以及功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序接口.Paramics能夠適應(yīng)各種規(guī)模的路網(wǎng)，從單節(jié)點(diǎn)到全國(guó)規(guī)模的路網(wǎng)，能支持100萬(wàn)個(gè)節(jié)點(diǎn)，400萬(wàn)個(gè)路段、32000個(gè)區(qū)域［8］.

Paramics為用戶(hù)提供了豐富的API函數(shù)，本研究中通過(guò)C 語(yǔ)言編寫(xiě)插件調(diào)用這些函數(shù)，提取Paramics仿真時(shí)的各種實(shí)時(shí)更新的內(nèi)部信息，并利用仿真得到的每秒輸出的車(chē)速、加速度、坐標(biāo)等信息對(duì)交通噪聲和交叉口延誤進(jìn)行實(shí)時(shí)的模擬.因?yàn)镻aramics的坐標(biāo)有內(nèi)、外部坐標(biāo)之分［9］，當(dāng)我們?cè)诶貌寮?jì)算噪聲時(shí)就需要先將內(nèi)部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為外部坐標(biāo).該插件程序中關(guān)于交通噪聲的計(jì)算流程見(jiàn)圖1.

圖1 交通噪聲計(jì)算機(jī)模擬流程圖

通過(guò)在各進(jìn)口道和出口道設(shè)置車(chē)輛檢測(cè)器，當(dāng)車(chē)輛通過(guò)檢測(cè)器時(shí)就記錄下它的車(chē)輛ID 號(hào)和時(shí)間，仿真結(jié)束后將檢測(cè)器記錄下的具有相同ID號(hào)的時(shí)間相減便得到車(chē)輛通過(guò)交叉口的時(shí)間.流程見(jiàn)圖2，利用該方法仿真模擬得到車(chē)輛在理想情況下的通行時(shí)間，利用實(shí)際通行時(shí)間減去理想通行時(shí)間，便得到了車(chē)輛通過(guò)交叉口的延誤.

圖2 交叉口延誤計(jì)算機(jī)模擬流程圖

1.2 基于噪聲和延誤的交叉口綜合評(píng)價(jià)方法

將不同管理方式的交叉口的交通噪聲轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟(jì)損失將更為直觀(guān)的反映各種交叉口的優(yōu)劣，同時(shí)也提供了一種與交叉口延誤有效結(jié)合的方式，使得對(duì)交叉口的評(píng)價(jià)更為全面.

由于交通噪聲污染的復(fù)雜性，估算其對(duì)經(jīng)濟(jì)造成的損失是比較困難的.目前國(guó)內(nèi)外對(duì)噪聲污染經(jīng)濟(jì)損失的研究較為重視，提出了多種估算經(jīng)濟(jì)損失的方法，其中主要有3 種：損害費(fèi)用法（DC法）；意愿調(diào)查評(píng)估法（CV 法）；防護(hù)費(fèi)用法（PC法）［10］.

2009年，香港曾采用意愿調(diào)查法（CV 法）就居民對(duì)減少噪聲的支付意愿進(jìn)行了調(diào)查研究，調(diào)查結(jié)果見(jiàn)表1［11］.

表1 香港每戶(hù)家庭為降低1dB（A）噪聲的支付意愿

通過(guò)線(xiàn)性回歸，擬合出噪聲等級(jí)和支付意愿之間的關(guān)系為：y＝0.11x－3.05.式中：y 為每戶(hù)每月愿意為降低1dB支付的錢(qián)；x 為噪聲級(jí).

根據(jù)《區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》的環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)值，采用2 類(lèi)別的噪聲標(biāo)準(zhǔn)值的晝夜平均值55 dB作為評(píng)判此交叉口噪聲是否超標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，在計(jì)算時(shí)僅對(duì)超標(biāo)部分的噪聲值進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失估算.

美國(guó)德克薩斯運(yùn)輸學(xué)院在2004年度報(bào)告中提出了交通擁擠外部成本計(jì)算模型［12－13］.本研究在對(duì)延誤進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失估算時(shí)將根據(jù)實(shí)際情況對(duì)此模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，利用平均行車(chē)延誤乘以一小時(shí)通過(guò)交叉口的車(chē)輛數(shù)，再乘以人均GDP和每輛車(chē)載客率作為時(shí)間延誤成本.其中年人均GDP采用國(guó)家統(tǒng)計(jì)局公布的2009 年廣州市人均GDP 40748元，每輛車(chē)載客率按2人計(jì)算.

2 數(shù)據(jù)的驗(yàn)證及分析

2.1 實(shí)例選取

為了驗(yàn)證本文評(píng)價(jià)方法的合理性、可行性，本研究將利用廣州市海珠區(qū)寶崗大道和江南西路的交叉口的實(shí)測(cè)交通量數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn).通過(guò)對(duì)此交叉口的交通量進(jìn)行0.05倍、0.1倍、0.5倍、1倍、1.5倍、2倍和3倍的適當(dāng)放大、縮小作為仿真交通量，繪制平面交叉口延誤－流量曲線(xiàn)，判斷一定流量下用Paramics仿真數(shù)據(jù)計(jì)算交通噪聲的準(zhǔn)確性，同時(shí)繪制平面交叉口噪聲－流量關(guān)系曲線(xiàn)；利用經(jīng)濟(jì)損失估算的方法比較在各種交通場(chǎng)景下3種交叉口管理方式的控制效益.

利用Paramics仿真軟件建立該交叉口的仿真模型，交叉口中心坐標(biāo)為（500，0），設(shè)置接收點(diǎn)坐標(biāo)為（480，10），并設(shè)接收點(diǎn)有0.5 m 的高度，車(chē)輛檢測(cè)器距離交叉口200m.模擬時(shí)，Paramics軟件自動(dòng)計(jì)算出每時(shí)刻路網(wǎng)上各車(chē)輛的坐標(biāo)、速度、加速度以及車(chē)輛通過(guò)車(chē)輛檢測(cè)器的時(shí)間.計(jì)算噪聲時(shí)，車(chē)輛在相應(yīng)接受點(diǎn)處的聲級(jí)采用以下實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停盒⌒蛙?chē)Los＝19.24＋31.77lg V；中型車(chē)Lom＝4.8＋43.7lg V；大型車(chē)Lol＝18.00＋38.10lg V［13］.

2.2 基于Paramics的交通噪聲模擬方法驗(yàn)證

在Paramics里設(shè)置仿真交叉口的參數(shù)和實(shí)際情況一致，并以每10 min為單位，將調(diào)查得到的交通量換算成小時(shí)交通量在Paramics里進(jìn)行模擬，繪制實(shí)測(cè)噪聲與等效噪聲的關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖3.

圖3 實(shí)測(cè)噪聲與等效噪聲的關(guān)系圖

從以上關(guān)系圖可以看出，通過(guò)Paramics仿真計(jì)算得到的交叉口等效噪聲與實(shí)則的噪聲值具有相同的變化趨勢(shì)，且兩者之間的差值小于3dB，吻合較好，因此驗(yàn)證了基于微觀(guān)交通仿真的交叉口交通噪聲的計(jì)算具一定的可靠性.

2.3 交叉口流量與噪聲和延誤的關(guān)系分析

將選取的交叉口的實(shí)際交通量進(jìn)行0.05倍、0.1倍、0.5倍、1倍、1.5倍、2倍和3倍的適當(dāng)放大、縮小作為Paramics仿真的交通量，分別設(shè)置該交叉口為無(wú)控制交叉口、信號(hào)控制交叉口和環(huán)形交叉口，其中信號(hào)控制交叉口設(shè)置為兩相位，采用韋伯斯特方法進(jìn)行信號(hào)配時(shí)，通過(guò)Paramics仿真計(jì)算得到各種交叉口控制方式的延誤和噪聲值，見(jiàn)表2.

繪制流量與延誤關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖4.

表2 不同流量下交叉口延誤和噪聲數(shù)據(jù)表

圖4 流量與延誤關(guān)系圖

從圖4中可以看出交叉口延誤隨著交通量的增大而增大.當(dāng)各進(jìn)口道平均流量小于700 輛／h時(shí)，交叉口延誤隨交通量的變化不明顯，這主要是因?yàn)榇藭r(shí)交通量較小，交叉口處于暢通狀態(tài).當(dāng)交通量超過(guò)700 輛／h 時(shí)，交叉口延誤變化幅度明顯.而當(dāng)交通量繼續(xù)增大到1500 輛／h時(shí)交叉口流量已經(jīng)達(dá)到了飽和流量，車(chē)輛排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)了所設(shè)線(xiàn)圈的位置，延誤隨流量的變化逐漸減緩，交叉口呈極度擁堵?tīng)顟B(tài)，車(chē)輛運(yùn)行較為困難.

從圖中不難發(fā)現(xiàn)無(wú)信號(hào)交叉口延誤隨流量的增大呈線(xiàn)性增長(zhǎng)的趨勢(shì)，當(dāng)交通量達(dá)到飽和流量后，并沒(méi)有出現(xiàn)排隊(duì)長(zhǎng)度超過(guò)線(xiàn)圈位置、車(chē)輛運(yùn)行困難等情況車(chē)輛仍然能較順利的通過(guò)交叉口，同時(shí)不論交通量如何變化，無(wú)信號(hào)交叉口的延誤始終小于信號(hào)交叉口和環(huán)形交叉口，這和實(shí)際情況是不相符的.因此Paramics模擬的無(wú)信號(hào)交叉口與實(shí)際交叉口存在差距.

流量與噪聲關(guān)系曲線(xiàn)見(jiàn)圖5.

圖5 流量與噪聲關(guān)系圖

由圖5可見(jiàn)，環(huán)形交叉口與信號(hào)控制交叉口的等效噪聲隨交通量的增大而增大，當(dāng)交通量達(dá)到飽和流量后噪聲值趨于平穩(wěn)，而無(wú)信號(hào)交叉口的噪聲隨交通量的變化出現(xiàn)不規(guī)則的波動(dòng)，考慮到以上提到的用Paramics模擬的無(wú)信號(hào)交叉口與實(shí)際情況存在差距，在利用Paramics仿真數(shù)據(jù)對(duì)交叉口進(jìn)行經(jīng)濟(jì)損失估算時(shí)將不考慮無(wú)信號(hào)交叉口.

2.4 交叉口延誤與噪聲的綜合評(píng)價(jià)研究

利用經(jīng)濟(jì)損失估算方法，計(jì)算得該交叉口的各種管理方式的經(jīng)濟(jì)損失見(jiàn)表3.

表3 經(jīng)濟(jì)損失估算表

分別繪制流量與延誤、流量與噪聲經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系圖，見(jiàn)圖6和圖7.

圖6 流量與延誤經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系圖

圖7 流量與噪聲經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系圖

從圖中可以看出，當(dāng)流量較小時(shí)，延誤的經(jīng)濟(jì)損失并沒(méi)有隨流量的增大而出現(xiàn)明顯變化的趨勢(shì)，相反噪聲對(duì)交叉口經(jīng)濟(jì)損失的影響相對(duì)較大.當(dāng)流量超過(guò)700 輛／h時(shí)，因延誤帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失隨流量的增大而劇增，而噪聲的經(jīng)濟(jì)損失逐漸趨于平衡，當(dāng)交通量超過(guò)飽和流量時(shí)甚至出現(xiàn)下降的趨勢(shì)，這種下降的趨勢(shì)主要是由于交叉口嚴(yán)重?fù)矶?，?chē)輛緩慢跟行所造成的.因此當(dāng)流量較大時(shí)噪聲對(duì)交叉口經(jīng)濟(jì)的影響相對(duì)較大.

綜合考慮噪聲與延誤對(duì)交叉口的影響，繪制流量與總經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系圖，見(jiàn)圖8.

圖8 流量與總經(jīng)濟(jì)損失關(guān)系圖

通過(guò)比較圖5和圖7，本研究發(fā)現(xiàn)總經(jīng)濟(jì)損失與延誤的經(jīng)濟(jì)損失隨流量的增大基本成相同的變化趨勢(shì)，而噪聲的經(jīng)濟(jì)損失占總經(jīng)濟(jì)損失的比重較小，在對(duì)交叉口管理方式進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)噪聲的影響不明顯.但是由于在低流量時(shí)，隨著流量的增大，噪聲的經(jīng)濟(jì)損失呈劇增的趨勢(shì)，而延誤基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，因此交叉口流量較小時(shí)更適合選擇產(chǎn)生噪聲較小的環(huán)形交叉口，不僅降低了噪聲，同時(shí)也美化了環(huán)境.當(dāng)交叉口流量較大時(shí)，雖然環(huán)形交叉口的噪聲經(jīng)濟(jì)損失較小，但因延誤帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失已遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)了噪聲，加之隨著流量的增大噪聲的變化趨于平穩(wěn)，因此應(yīng)選擇信號(hào)控制交叉口更為合理.

3 結(jié) 論

1）當(dāng)交叉口流量小于700 輛／h 時(shí)，交叉口管理方式選擇環(huán)形交叉口能有效的減小噪聲；當(dāng)交通量逐漸增大后，交叉口因延誤產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于噪聲的經(jīng)濟(jì)損失，此時(shí)宜選擇能有效降低延誤的信號(hào)控制交叉口.

2）總的來(lái)說(shuō)，在對(duì)交叉口管理方式進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)交通噪聲的影響不明顯，更多情況宜根據(jù)延誤的損失來(lái)評(píng)價(jià)交叉口.

3）由于數(shù)據(jù)調(diào)查比較困難，本研究中對(duì)噪聲的經(jīng)濟(jì)損失的估算直接采用的是香港的調(diào)查數(shù)據(jù)，這與廣州的經(jīng)濟(jì)情況存在一定的偏差，在日后的研究中將會(huì)進(jìn)行進(jìn)一步的修正.

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