孫蓓 濟南大學數學科學學院

城市小區(qū)開放對道路通行的影響研究

孫蓓 濟南大學數學科學學院

首先選取路網密度、車流量、交叉口平均延誤時間以及路權作為評價指標；其次對道路阻抗函數、韋伯斯特公式進行修正，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，對所構建的四種不同類型的小區(qū)在不同車流量下開放前后對道路通行產生的影響結果進行分析，進而提出小區(qū)開放的合理化建議。

評價指標 路阻函數 容量限制 增量加載 合理化建議

隨著國家推廣街區(qū)制等相關政策的出臺，是否開放住宅小區(qū)和單位大院成為社會熱點問題。其中，開放住宅小區(qū)是否能夠達到優(yōu)化路網結構、緩解交通壓力是引發(fā)群眾議論的焦點?；谏鲜霰尘?，本文定量比較四類小區(qū)開放前后對道路通行所產生的影響，并提出合理化建議。

一、確立評價指標

對開放小區(qū)的目的作為切入點，選取以下四項指標：

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

②車流量，是在一定時間段內某路段所通過的車輛數，一定程度地反映了該路段的擁堵狀況。車流量數值越大，說明周邊道路越傾向于擁堵，通行越困難。

③交叉口平均延誤時間，包括信號燈控制下的延誤時間和無信號燈控制下的延誤時間，如果車輛在交叉路口的滯留時間過長，那么它的交叉口平均延誤時間就會越大。

④路權指在路段內車輛通行的總時間，由通行中的時間和交叉口平均延誤時間兩項來共同確定。該指標反映車輛在道路上的整體通行情況，該值越小，說明車輛通行程度越好。

二、建立車輛通行模型

經過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]來研究車輛通行情況，即通過計算路權來選擇最優(yōu)行駛路徑。

在此之前，首要任務是采用人工調查法來確定OD量，即出發(fā)點到目的地間的交通出行量，那么接下來將進行路權計算及通行分配。

1.車輛行駛路權的計算

（1）道路阻抗函數的確定。美國FHWA提出的BPR路阻函數僅考慮了實際流量對行駛時間的影響，而并沒有反映出非機動車、車道寬度的影響，不符合實際情況。通過分析文獻[2]，得到符合本論文要求的路阻函數。修正后的理論路阻函數：

由于在實際車輛行駛中是間斷性車流，而上述理論函數只是在沒有干擾因素的連續(xù)車流的情況下得出，所以需要進一步對模型參數進行修正。

考慮到實際中小區(qū)周邊道路會存在非機動車干擾、車道寬度干擾，故修正

而理論阻塞密度的表達式為：

進行修正后得出：

（2）交叉路口延誤時間的確定。交叉路口的延誤時間對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，分別考慮了有信號燈的交叉路口和無信號燈的交叉路口。

i) 信號燈控制交叉口的延誤時間

①確定道路飽和通行能力

經過查閱文獻[3]，道路的理論飽和能力為：

而實用飽和能力：

②確定交叉延誤時間

對于有信號燈的交叉路口，采用修正后的韋伯斯特公式，則信號燈控制下的延誤時間為：

ii)無信號燈控制交叉口延誤時間

假如交叉路口沒有信號燈，也就是可以把信號燈的有效綠燈時間為一個周期長度，這種情況可以看做是信號燈控制下的一種特殊情況。即：

（3）最終路權的確立

2.車輛通行分配方法

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

分配方法的具體計算步驟：

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

三、不同類型小區(qū)的開放前后的評價

1.小區(qū)的構建及指標求解

首先，本文從小區(qū)結構角度，構建了集約式、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，搜集各項相關數據，運用上述數學模型，然后用MATLAB軟件得出最終結果（具體見表1）。

表1　不同類型小區(qū)開放前后各指標的相對變化率

2.對指標結果定量分析

根據上述結果，針對不同小區(qū)結構所得到的指標數據進行分析：

小區(qū)開放前后對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比為0.252439；同時綜合其他兩個指標，路權相對比僅次于片塊式，而且平均延誤相對變化不大。綜合考慮，向心式小區(qū)應進行一定程度的開放。

從總路權指標來看，受影響最大的是片塊式小區(qū)。該類小區(qū)開放前后道路路權相對比為0.786935；而且它的平均延誤時間相對比較大，總體來說，這類小區(qū)還是可以進行一定的開放的。

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比最大，為0.04527；且開放前后車流量變化較小，同時其路網密度增長最大，所以這種軸線式小區(qū)相對不適于開放。

四、對管理部門合理化建議

從上述研究結果可以看出，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間減少。而針對交叉路口平均延誤時間增加的情況，也要進行慎重思考。

那么本文根據對結果的分析，向有關管理部門提出以下幾點建議：

1.對于向心式小區(qū)，小區(qū)開放后周邊道路車流量明顯減少，路權也相應減少，雖然交叉路口平均延誤時間變大，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，車流量大的時候，開放小區(qū)得到的改善效果好。

3.對于片塊式小區(qū)，小區(qū)開放后周邊道路車輛行駛時間減小幅度明顯，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間增加幅度最大，即小區(qū)開放對該類型小區(qū)的負面影響最大，故不適于開放。

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

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

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

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