蔡明

摘 要：基于交通波基本理論，從山地城市快速路的特性著手，考慮了常見(jiàn)的快速路入口匝道瓶頸問(wèn)題，分析了其中的波動(dòng)機(jī)理，并以重慶市渝魯大道為例，研究了江州立交主線(xiàn)擁堵的原因，最后對(duì)城市快速路擁堵研究作出了展望。

關(guān)鍵詞：交通波理論；山地城市；快速路；擁堵；交通流

中圖分類(lèi)號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.19311/j.cnki.1672 3198.2016.22.085

0 引言

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化水平及機(jī)動(dòng)車(chē)保有量的快速上升，交通擁堵已成為各大城市的通病，正在制約著各大城市未來(lái)的發(fā)展。當(dāng)交通擁堵產(chǎn)生時(shí)，將會(huì)帶來(lái)時(shí)間、能耗、污染等成本的大大增加，損失巨大。據(jù)《2011北京市交通發(fā)展年度報(bào)告》統(tǒng)計(jì)，北京市2011年因交通擁堵問(wèn)題直接損失1056億元，并呈上升趨勢(shì)。為解決或緩解交通擁堵這一世界性問(wèn)題，不少學(xué)者對(duì)此研究。

1 山地城市快速路交通特性

快速路是指在城市內(nèi)修建的具有中央隔離、供汽車(chē)行駛、全部控制出入口的城市道路，其單向不低于2車(chē)道，配備相應(yīng)交通安全與管理措施?？焖俾肥浅鞘薪煌ǖ穆肪W(wǎng)骨架，聯(lián)系著各大功能分區(qū)或組團(tuán)，承擔(dān)著大量中長(zhǎng)距離交通流，是大運(yùn)量快速交通干道，具有暢通、快速、舒適的特點(diǎn)。然而，近些年來(lái)，快速路這些特點(diǎn)正在消失，擁堵已成“家常便飯”，特別是在早晚高峰。

山地城市結(jié)合地形的分散組團(tuán)式結(jié)構(gòu)和自由式道路系統(tǒng)呈現(xiàn)出“多中心、多組團(tuán)”的特點(diǎn)，各組團(tuán)間的聯(lián)系通道少，可替代路徑不多，路網(wǎng)連通性較差，快速路作為聯(lián)系各大組團(tuán)的橋梁其重要性不言而喻。與平原城市快速路相比，山地城市快速路跨組團(tuán)的服務(wù)面臨的壓力更大，同時(shí)由于不受非機(jī)動(dòng)車(chē)干擾，車(chē)行需求大，而道路斷面又不一致，其呈現(xiàn)的交通特征與平原城市相差較大，同等交通輸入下?lián)矶赂?。因此，研究山地城市快速路的擁堵機(jī)理具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 基于交通波理論擁堵分析

2.1 交通波基礎(chǔ)理論

假設(shè)道路上相鄰有兩個(gè)交通流，規(guī)定向x軸正方向運(yùn)行，密度分別為kA和kB（kA≠kB）。一垂直面S分割這兩種密度，稱(chēng)為波陣面，產(chǎn)生與交通流方向一致的速度ωAB，如圖1所示。

2.2 城市道路擁堵規(guī)律

交通擁堵（Traffic Congestion）指交通需求超過(guò)道路交通設(shè)施供給（通行能力）引起車(chē)輛滯留道路的現(xiàn)象，一般可分為常發(fā)性擁堵和偶發(fā)性擁堵。限于篇幅，本文僅對(duì)常發(fā)性擁堵分析。

常發(fā)性擁堵在時(shí)間上表現(xiàn)出周期性和相似性。調(diào)查一周某道路的排隊(duì)情況可以發(fā)現(xiàn)：排隊(duì)長(zhǎng)度曲線(xiàn)波形在每天的表現(xiàn)略有不同，但基本形狀工作日大體一致，非工作日也差不多，每天的排隊(duì)長(zhǎng)度在晚高峰呈現(xiàn)出周期性變化。對(duì)每天的排隊(duì)長(zhǎng)度變化曲線(xiàn)仔細(xì)觀(guān)察，還會(huì)發(fā)現(xiàn)：同一周星期一至星期五的曲線(xiàn)波形類(lèi)似，而星期六和星期日的曲線(xiàn)波形一致。

常發(fā)性擁堵在空間上亦有規(guī)律，一般而言，常發(fā)性擁擠的空間擴(kuò)散過(guò)程有以下幾個(gè)過(guò)程：第1階段，車(chē)輛在交叉口前發(fā)生擁擠，產(chǎn)生排隊(duì)現(xiàn)象；第2階段，排隊(duì)向后延伸，并且影響到上游的若干交叉口；第3階段：上游交叉口同樣產(chǎn)生排隊(duì)。隨著交通需求的不斷增大，交通流在局部路網(wǎng)中將形成過(guò)飽和循環(huán)，產(chǎn)生“交通堵塞”。通常理論上對(duì)常發(fā)性擁擠的空間擴(kuò)散及分布特點(diǎn)可以模糊歸納為三類(lèi)：點(diǎn)擁擠、線(xiàn)擁擠、面擁擠。

2.3 山地城市快速路交通瓶頸分析

為便于梳理清楚，本文只針對(duì)山地城市快速路常見(jiàn)瓶頸情況—入口匝道的瓶頸匯入問(wèn)題（主線(xiàn)流量較大）進(jìn)行分析。

這種情況下主路流量較大，入口匝道對(duì)主路影響不能忽略。

假設(shè)后續(xù)車(chē)輛沒(méi)有換道現(xiàn)象，即認(rèn)為后續(xù)車(chē)輛仍沿外側(cè)車(chē)道行駛，分成三個(gè)階段進(jìn)行分析。

第1階段：車(chē)流B的匯入過(guò)程，對(duì)于車(chē)流B，頭部車(chē)流A和尾部車(chē)流C相鄰部分將形成兩個(gè)波，入口匝道車(chē)輛在E區(qū)（空白區(qū)）成股匯入，如圖3所示。顯然，qB>qA，kB>kA，即ωAB>0，向前傳播。

3 實(shí)例分析

本部分以重慶市快速路縱線(xiàn)渝魯大道為例，基于交通波理論對(duì)山地城市快速路擁堵機(jī)理分析。

渝魯大道是重慶市快速路縱線(xiàn)之一，北起五童立交，南至石黃隧道，快速路長(zhǎng)度約為6.8公里，是聯(lián)系江北區(qū)和南岸區(qū)的重要通道，交通量大，整條道路貫穿海爾路立交、五里店立交、江州立交和黃花園立交。

筆者通過(guò)調(diào)查2016年4月13日上午7∶00-11∶00渝魯大道北往南方向交通量（視頻圖像如圖4）整理得到渝魯大道主線(xiàn)以及海爾路立交、五里店立交、江州立交和黃花園立交各匝道5min流量。在現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)查中，筆者發(fā)現(xiàn)，五里店立交上游主線(xiàn)以北整個(gè)上午交通運(yùn)行良好，無(wú)擁堵現(xiàn)象，從7∶15左右開(kāi)始，五里店下游以南開(kāi)始排隊(duì)直至擁堵產(chǎn)生，9∶30左右開(kāi)始發(fā)生消散。主線(xiàn)車(chē)流量數(shù)據(jù)特征如表1，選取江州立交分析，流量時(shí)變圖如圖5。

從表1可以看出，渝魯大道整條快速路主線(xiàn)流量大，呈明顯的波動(dòng)性，波動(dòng)幅度均超過(guò)25%，黃花園立交下游主線(xiàn)波幅最大，達(dá)到54.84%，海爾路立交下游主線(xiàn)和五里店立交上游主線(xiàn)波幅最小，為29.38%。

從圖5可以看出，江州立交上下游主線(xiàn)最高流量跟道路通行能力（單向三車(chē)道）有較大的差距，但持續(xù)波動(dòng)的流量圖表明主線(xiàn)車(chē)流處于紊亂（擁堵）狀態(tài)。筆者推測(cè)有以下兩個(gè)原因：

（1）黃花園下游進(jìn)入石黃隧道路段從單向四車(chē)道（經(jīng)過(guò)渠化）變成兩車(chē)道，道路通行能力下降，產(chǎn)生向后傳播的交通波，對(duì)江州立交主線(xiàn)車(chē)輛的通行造成很大影響；

（2）五里店立交下游入口匝道和主線(xiàn)有信號(hào)燈控制，當(dāng)主線(xiàn)由紅燈轉(zhuǎn)為綠燈時(shí)，大量排隊(duì)的主線(xiàn)車(chē)輛啟動(dòng)時(shí)產(chǎn)生往前傳波的交通波，也會(huì)對(duì)江州立交主線(xiàn)車(chē)輛的通行造成較大影響。

4 結(jié)論

本文基于交通波理論對(duì)山地城市快速路入口匝道的匯入過(guò)程（主線(xiàn)流量較大）波動(dòng)特性進(jìn)行了分析，同時(shí)以重慶市快速路渝魯大道早高峰擁堵現(xiàn)象為原型考慮了交通波傳播的機(jī)理，這是對(duì)交通波理論應(yīng)用的一個(gè)拓展。本文的不足之處是只考慮了山地城市快速路常發(fā)性擁堵的入口匝道瓶頸匯入問(wèn)題，未對(duì)其他瓶頸問(wèn)題分析，今后將對(duì)其余問(wèn)題進(jìn)行深入探討。

參考文獻(xiàn)

[1]譚德榮，曲金玉.我國(guó)城市交通擁擠原因及緩解對(duì)策分析[J].山東工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，15（3）：56 59.

[2]陸化普.城市交通擁堵機(jī)理分析與對(duì)策體系[J].綜合運(yùn)輸，2014，（03）：10 19.

[3]楊少輝.城市快速路系統(tǒng)交通瓶頸形成、擴(kuò)散特性與控制方法研究[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2006.

[4]何蜀燕，關(guān)偉.城市快速路交通流狀態(tài)躍遷的實(shí)證分析[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)，2008，（05）：81 86.

[5]張輪，施奕騁，楊文臣，楊濤.城市快速路交通擁堵持續(xù)時(shí)間分布特性研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版），2014，（01）：1 6.