張麗莉，儲(chǔ)江偉

(東北林業(yè)大學(xué)交通學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150040)

目前，交通擁堵問題已經(jīng)成為日益嚴(yán)重的問題，特別是對(duì)于人口密集的城市交通，擁堵問題不但影響了日常出行和勞動(dòng)生產(chǎn)率，也阻礙了經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展，加劇了能源消耗和環(huán)境污染，并由此帶來更深遠(yuǎn)的影響。針對(duì)解決擁堵的方法，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都做了大量的研究和實(shí)踐，包括政策層面的、管理層面的以及技術(shù)層面的等等。然而，目前發(fā)展的重點(diǎn)仍然集中在快速路、主干道等道路的管理和規(guī)劃上，對(duì)于次干路和支路的整體利用率不高。因此，如何加快整體路網(wǎng)的協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)的建立，實(shí)現(xiàn)區(qū)域路網(wǎng)的交通流最優(yōu)化策略，即“交通微循環(huán)”的思想，成為目前解決交通擁堵問題的有效手段之一。

1 交通微循環(huán)的起源及應(yīng)用現(xiàn)狀

1954年，美國(guó)成立了“微循環(huán)研究會(huì)”，正式提出了微循環(huán)的概念，該理論最早應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)上的“微循環(huán)”是指直徑小于4～10 μm的血管，在人體血液循環(huán)中，擔(dān)負(fù)著輸送養(yǎng)分和血細(xì)胞等功能，人體的血液循環(huán)只有通過主動(dòng)脈、靜脈以及無數(shù)的微小血管的“微循環(huán)”，才能夠使得人體保持健康。

“交通微循環(huán)”最初就是借用了“醫(yī)學(xué)微循環(huán)”的基本思想，他是指主干道網(wǎng)絡(luò)以外的支路以下道路上的交通流。即將支路與次干道也作為交通微循環(huán)系統(tǒng)的重要組成部分，以獲得最優(yōu)的微循環(huán)交通流網(wǎng)絡(luò)。醫(yī)學(xué)上的微循環(huán)和交通微循環(huán)有很多相似之處，但也具有較大的差異，從恒定性、突變性、早晚高峰行、季節(jié)性、移植性、配合性、個(gè)體出行性、決策性、運(yùn)輸載體、外部影響因素、負(fù)面效應(yīng)以及理論成熟性等方面，對(duì)醫(yī)學(xué)微循環(huán)和交通微循環(huán)進(jìn)行對(duì)比分析，得出兩者之間在可調(diào)節(jié)性、分布性以及決策性方面有較大的不同。因此，不能完全照搬借鑒，而應(yīng)該研究出更有針對(duì)性的交通微循環(huán)理論，或融合各類方法的優(yōu)勢(shì)，以提高微循環(huán)理論在交通中的應(yīng)用效率。

對(duì)于微循環(huán)理論及其在交通工程中的實(shí)踐，國(guó)內(nèi)一些機(jī)構(gòu)和學(xué)者進(jìn)行了一些研究。如戴曉峰等提出以緩解區(qū)域路網(wǎng)交通擁擠為優(yōu)化目標(biāo)，建立微循環(huán)繞行路線的搜索模型，并定位靜態(tài)交通標(biāo)志與可變信息板的布設(shè)［1］;譚澤飛等以小范圍微循環(huán)為例，在對(duì)交通沖突點(diǎn)、流量進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，提出了該示范區(qū)域的微循環(huán)交通方案［2］;曠小云等以CBD地區(qū)為研究對(duì)象，建立了以內(nèi)部路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、動(dòng)靜態(tài)交通以及慢行系統(tǒng)為主要組成部分的商務(wù)區(qū)微循環(huán)系統(tǒng)［3］;鐘媚等從可持續(xù)發(fā)展的理念出發(fā)，建立了交通微循環(huán)路網(wǎng)優(yōu)化雙層模型，其中上層為支路擴(kuò)建的混合網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，下層為基于運(yùn)量分布平衡機(jī)理的配流組合模型，該方法為微循環(huán)路網(wǎng)的建設(shè)提供了一定的參考依據(jù)［4］;史峰等從多目標(biāo)優(yōu)化角度出發(fā)，建立了交通微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)雙層優(yōu)化模型，其中上層以滿足路段飽和度最大為約束條件，使得微循環(huán)對(duì)環(huán)境影響最小，下層問題以用戶均衡交通分配為基礎(chǔ)，使得路徑選擇為最優(yōu)，并建立了相應(yīng)的評(píng)價(jià)函數(shù)，該方法可以為交通微循環(huán)路網(wǎng)建成后的道路評(píng)價(jià)提供一定的參考［5］;李德慧等從圍墻和交通之間的關(guān)系分析，從社會(huì)學(xué)的角度，分析了道路微循環(huán)產(chǎn)生的正面和負(fù)面的影響，并提出采用層次分析法對(duì)改善后的道路微循環(huán)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)等等［6］。

綜上，目前，國(guó)內(nèi)的城市交通微循環(huán)研究仍處于起步階段，特別是對(duì)于微循環(huán)及其相關(guān)理論的研究，大多數(shù)城市的發(fā)展多以實(shí)體空間建設(shè)為先導(dǎo)，較少關(guān)注實(shí)體空間建設(shè)對(duì)社會(huì)空間建設(shè)的影響，進(jìn)而影響到城市交通微循環(huán)和支路網(wǎng)規(guī)劃的建設(shè)，因此，應(yīng)充分考慮這些因素，合理地配置路網(wǎng)的整體結(jié)構(gòu)。

2 植物仿生學(xué)思想及其在交通工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

大豆植物的葉脈，如同人的血管一樣，是運(yùn)輸和傳遞水分及養(yǎng)分的重要載體和通道，葉脈網(wǎng)絡(luò)的一些重要參數(shù)指標(biāo)，能夠反映出葉片水分供給能力的強(qiáng)弱。如末端的葉脈直徑越大，則反映出運(yùn)輸能力越強(qiáng);較粗葉脈的密度越大，葉脈運(yùn)輸能力也越強(qiáng)等等。葉脈的這些功能性狀類似于葉脈網(wǎng)絡(luò)，研究葉脈網(wǎng)絡(luò)的功能性狀同研究一個(gè)區(qū)域的交通流有許多相似之處，如都是以交通能力和效率為目標(biāo)，特別是對(duì)于道路網(wǎng)中的交通流循環(huán)系統(tǒng)?？蓪⑷~脈的直徑、密度比成道路的密度和循環(huán)網(wǎng)密度，研究葉脈閉合度與交通效率的關(guān)系。因此，研究植物葉脈網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如葉脈直徑，葉脈密度，閉合度等與交通流相關(guān)的特性，進(jìn)而進(jìn)行仿生學(xué)研究得到自適應(yīng)的城市交通微循環(huán)優(yōu)化模型。

目前，也有部分學(xué)者提出了這種基于植物仿生學(xué)的思想，一些學(xué)者提出交通規(guī)劃中的仿生學(xué)思想，如提出“共生”理念，即建筑與環(huán)境的共生、住宅小區(qū)與城市的共生;還有提出“新陳代謝”的理念，即在小區(qū)規(guī)劃建成后，要建立再規(guī)劃?rùn)C(jī)制，并不斷地進(jìn)行調(diào)整和完善，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新需求［7］;還有學(xué)者提出交通的仿“螺旋形”交通體系，如仿照鸚鵡螺殼體結(jié)構(gòu)，建立螺旋形的主干道交通體系;歐洲學(xué)者還提出了仿“植物根莖狀”的“簇?fù)沓鞘小苯煌ㄒ?guī)劃體系，還有如仿“烏龜背紋”的規(guī)劃布局網(wǎng)絡(luò);還有學(xué)者提出從原生質(zhì)粘液菌的覓食機(jī)理出發(fā)，構(gòu)建基于仿生學(xué)的區(qū)域交通自適應(yīng)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)生長(zhǎng)模型，來模擬交通網(wǎng)路隨著區(qū)域交通活動(dòng)的增大而進(jìn)行發(fā)展的趨勢(shì)等等［8］。運(yùn)用仿生學(xué)思想指導(dǎo)交通規(guī)劃、小區(qū)建筑設(shè)計(jì)、交通路網(wǎng)布局等方面的研究都提供了有利的借鑒。從仿生學(xué)的角度解決此類的交通問題，可以真正實(shí)現(xiàn)環(huán)境與人的整體協(xié)調(diào)相互發(fā)展，從而實(shí)現(xiàn)交通網(wǎng)路的最優(yōu)化合理設(shè)置。

3 基于大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)性狀的區(qū)域交通流微循環(huán)模式初探

以大豆葉脈的分布為仿生對(duì)象，大豆葉脈是典型的網(wǎng)狀葉脈，因此研究大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)性狀的交通流微循環(huán)模式具體方法為:在對(duì)大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)性狀的影響因素以及區(qū)域交通流影響因素分析的基礎(chǔ)上，找出兩者的相似性和相關(guān)性，并以大豆葉脈的進(jìn)化機(jī)理為理論基礎(chǔ)，研究區(qū)域交通流動(dòng)態(tài)分布的優(yōu)化機(jī)理和分布方式，進(jìn)而建立基于該理論的區(qū)域交通流微循環(huán)優(yōu)化模型，具體步驟如下:

(1)對(duì)大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀的影響因素進(jìn)行分析。大豆葉脈的網(wǎng)絡(luò)功能性狀與葉片本身的其他形狀有一定的關(guān)系，這點(diǎn)可以理解為內(nèi)部影響因素。如與葉片的氣孔密度有關(guān)，氣孔的蒸騰作用對(duì)葉脈的水分供給有重要的協(xié)同變異關(guān)系，因此直接影響葉脈的末端密度分布;葉脈的網(wǎng)絡(luò)功能性狀與葉片的大小也有一定的關(guān)系，葉片的大小同葉脈直徑是協(xié)同變異關(guān)系，同密度是權(quán)衡關(guān)系，但是與末端葉脈密度沒有顯著的相關(guān)關(guān)系。此外，葉脈網(wǎng)絡(luò)性狀還與葉片的光合性狀有關(guān)，光合作用包括如葉比重、葉氮含量、葉壽命以及光合速率等。這些因素目前對(duì)葉脈網(wǎng)絡(luò)性狀的看法不太一致，還存在很大的不確定性，因此仍是未來的一個(gè)研究領(lǐng)域。

大豆葉脈的網(wǎng)絡(luò)功能性狀還與周圍的環(huán)境因子有關(guān)，這點(diǎn)可以理解為外部影響因素，其與環(huán)境的關(guān)系主要包括兩個(gè)方面:即環(huán)境篩選，優(yōu)勝劣汰;環(huán)境適應(yīng)，自然選擇。具體影響包括水分、溫度和光照的影響等。其中水分的影響表現(xiàn)在葉脈密度同降水量呈負(fù)相關(guān)性，即降水越充沛，密度越低，反之，越干旱，就越要增大葉脈密度以應(yīng)對(duì)土壤的干旱。溫度對(duì)葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀的影響表現(xiàn)為正相關(guān)性，如溫度越高，葉脈密度越大。光照的影響主要體現(xiàn)為，同種植物中，光照較強(qiáng)陽(yáng)生葉的葉脈末端密度大，而光照較弱的陰生葉的葉脈密度相對(duì)較小等。除此之外，其他的環(huán)境因素，如風(fēng)向，坡向、風(fēng)速等都會(huì)不同程度的對(duì)葉脈密度及分布產(chǎn)生影響，如陽(yáng)坡植物的密度較陰坡植物的密度大，風(fēng)速越高，密度相對(duì)越大等等。

總之，研究葉脈的網(wǎng)絡(luò)功能性狀及其影響因素，并分析葉脈網(wǎng)絡(luò)的響應(yīng)規(guī)律，進(jìn)而形成最優(yōu)化的葉脈養(yǎng)分供應(yīng)模式，是植物自適應(yīng)生長(zhǎng)的大自然基礎(chǔ)過程，將這一過程用于交通規(guī)劃和交通流控制，是解決區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)增長(zhǎng)的有效途徑之一。

(2)對(duì)區(qū)域交通流影響因素進(jìn)行分析。影響區(qū)域交通流的因素很多，有些關(guān)聯(lián)也比較復(fù)雜，但總的來說可以歸為兩大類因素:一類是內(nèi)部因素，如駕駛員及車輛的個(gè)體差異、道路的差異、區(qū)域的交通節(jié)點(diǎn)分布以及交通區(qū)域自身的大小和形狀等;一類是外部因素，也可以理解為環(huán)境因素。如其他的車輛和道路以及天氣環(huán)境等都可以作為影響區(qū)域交通流的外部因素;如干擾車輛多，區(qū)域交通流的整體速度會(huì)降低，密度會(huì)增大;好的道路和天氣環(huán)境，會(huì)使區(qū)域交通流的整體速度增大，交通量也會(huì)隨之增大等等。

圖1 大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀和區(qū)域交通流影響因素的相關(guān)關(guān)系框架

(3)建立基于大豆葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀的區(qū)域交通流微循環(huán)模式?？梢詮耐獠恳蛩睾蛢?nèi)部因素兩個(gè)方面分析大豆葉脈功能網(wǎng)絡(luò)和區(qū)域交通流網(wǎng)絡(luò)之間的差異的相互關(guān)系，找到可以共同借鑒的影響因素。其中，葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀的內(nèi)部影響因素如葉片氣孔密度和葉片大小;區(qū)域交通流的內(nèi)部影響因素如區(qū)域交通流節(jié)點(diǎn)分布以及交通區(qū)域的形狀和大小，對(duì)這些因素的相關(guān)性和相似性進(jìn)行分析。同理，對(duì)于葉脈網(wǎng)絡(luò)功能的外部影響因素，如水分、溫度和風(fēng)力這3個(gè)因素，考慮區(qū)域交通流的外部影響因素，如雨雪的影響，季節(jié)的影響以及其他外部環(huán)境的干擾等等，進(jìn)行分析相關(guān)性和相似性的分析，其相互關(guān)系如圖1所示。

因此，在建立區(qū)域交通微循化發(fā)展模式時(shí)，充分借鑒葉脈網(wǎng)絡(luò)功能的自適應(yīng)生長(zhǎng)模式，研究葉脈網(wǎng)絡(luò)的生長(zhǎng)發(fā)展特點(diǎn)以及自適應(yīng)生變化規(guī)律，進(jìn)而應(yīng)用到區(qū)域交通流微循環(huán)路網(wǎng)模式的建立和發(fā)展趨勢(shì)預(yù)測(cè)上，可以有效地實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通路網(wǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)發(fā)展模式分析和預(yù)測(cè)，從而動(dòng)態(tài)的解決區(qū)域交通擁堵問題。

4 結(jié)論

以大豆的葉脈為例，在對(duì)植物葉脈網(wǎng)絡(luò)功能性狀及其影響因素分析的基礎(chǔ)上，對(duì)基于該理論的區(qū)域交通流微循環(huán)布局網(wǎng)絡(luò)提出了可以借鑒的參考模式。其基本框架如圖1所示。由圖1可知，該研究只是提出了基本的框架，還要從目標(biāo)優(yōu)化和自適應(yīng)增長(zhǎng)機(jī)理的角度深入挖掘兩者之間的內(nèi)在關(guān)系，并建立一套較為完善的評(píng)價(jià)體系，并實(shí)現(xiàn)區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)最優(yōu)生長(zhǎng)和發(fā)展模式，從而最大程度地解決區(qū)域交通擁堵問題。

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