尚夏 上海海事大學 交通運輸學院

基于車輛分流模型的開放小區(qū)交通規(guī)劃研究

尚夏 上海海事大學 交通運輸學院

針對某些城市的某些區(qū)域城市高峰時段道路擁堵問題，我國提出“開放小區(qū)”的概念，其實質(zhì)即為車輛分流。本文運用車輛分流模型來探究小區(qū)開放以緩解道路交通擁堵問題。首先，用BPR函數(shù)計算出路網(wǎng)中車輛在每條可行路徑上的平均運行總時間，以此作為車輛分流模型中衡量道路通行能力標準；其次，以交通網(wǎng)絡車流量達到均衡時，路網(wǎng)中平均行車時間最小為目標建立了車輛分流模型，研究分流車輛達到平衡時車輛分配問題。

交通流分配 小區(qū)開放 車輛分流

一、研究背景

2016年，國務院提出了建設“開放小區(qū)”的意見，以緩解高峰時段的交通擁堵問題。將開放小區(qū)和車輛分流有機結(jié)合，已成為緩解高峰時段交通擁堵的有效途徑。雖然我國學者對于是否應該開放小區(qū)做過一定程度的研究，但多為定性分析或僅集中在某一類型的小區(qū)，不能定量地分析不同模式的小區(qū)對于周邊道路通行情況的影響。本文建立了交通高峰時段車輛分流模型，研究不同模式小區(qū)開放對周邊道路的影響，以緩解小區(qū)周邊路網(wǎng)的道路擁擠。

二、道路交通擁堵評價模型的建立

道路擁堵對車流量的影響將最直接作用于其所在的交通網(wǎng)絡，導致路段通行能力發(fā)生改變。因此，對于道路交通擁堵評價體系，可以用車輛在單條道路上所花費的行駛時間來表示。

而實際車流是均勻分布在一個交通網(wǎng)絡中而相互影響，共同決定車流的運行總時間。假設車輛平均分布的交通網(wǎng)絡中，各交叉路口節(jié)點共組成M條路段，每條路段上的車流是隨機的，并且車流駛?cè)敕较蚬潭?，那么車輛從一個固定的起點通過一個交通網(wǎng)絡到達一個固定的終點時，可以選擇交通網(wǎng)絡中N條可行路徑，車輛流通過此交通網(wǎng)絡的總時間等于每一可行路徑所有車輛運行總時間的總和。所以車輛運行的總時間為：

小區(qū)開放后，車輛將可以通過小區(qū)內(nèi)部，相當于原交通網(wǎng)絡中又多了若干條道路組成的網(wǎng)絡，車輛將可以從小區(qū)內(nèi)部進行分流。假設發(fā)生小區(qū)內(nèi)新開放的道路為，則當交通網(wǎng)絡中車流量達到平衡時，車輛運行的總時間為：

同時，考慮到每個交通網(wǎng)絡中的道路數(shù)量不同，在其他條件相同的情況下，車輛在可行路徑數(shù)量多的路網(wǎng)中運行的總時間必定大于其在可行路徑數(shù)量少的路網(wǎng)中運行的總時間。為了更好的衡量某一路網(wǎng)中的道路通行能力，以該路網(wǎng)中車輛在每條可行路徑上的平均運行總時間作為最終的衡量標準，其關(guān)系式可表示為：

上述四式中：Tji表示第條可行路徑上第條道路上車流運行時間；表示第條可行路徑上第條道路上車輛在暢行狀態(tài)下車流的運行時間；Cji表示第條可行路徑上第條車道道路通行能力；表示第條可行路徑上由擁堵的路段分流到暢通的路段的車流量；表示第條可行路徑上由路段分流到小區(qū)開放的路段的車流量為該交通網(wǎng)絡中總的可行路徑數(shù)量；為各交叉口節(jié)點組成的路段總數(shù)。

三、車輛分流模型的建立

（一）交通路網(wǎng)的矩陣表示方法

一個交通節(jié)點路網(wǎng)的基本參數(shù)，可以用矩陣的形式來描述，這樣可方便將算法程序化，其中矩陣的行序號表示起點，列序號表示終點。

（二）可行路徑求解

為方便計算，首先根據(jù)一個具體路網(wǎng)的道路通行能力矩陣，求解一個可行路徑矩陣，求解出來的可行路徑矩陣每一行都表示一條可行路徑，分別用對應的節(jié)點編號表示，矩陣的行數(shù)表示可行路徑的條數(shù)，這樣就可以求出路網(wǎng)中所有可行路徑。接著向后逐步位移依次篩選，直至到達終點。最后向后逐步排除無效位點得到最終的可達路徑。

（三）運行時間計算

車輛經(jīng)過開放小區(qū)道路進行分流必須使被分流車輛最后一輛車到達目的地的時間為最短。其線性規(guī)劃模型為：。式中為出發(fā)點到終點間可行路徑的通行時間矩陣；為所有可行路徑中的最大值；是指當所有路徑中最大通行時間最小時，可以實現(xiàn)車輛分流時間上的最優(yōu)化。

（四）車輛初始分配算法

初始分配是首先求出兩固定節(jié)點之間路網(wǎng)中飽和度最小的路段。該路段車流密度最小，向這種路段添加車輛有利于交通流合理分配。分配單位車輛后，再重新計算路段的飽和度，分配下一輛車輛，直到所有的O輛車全部被分配，然后輸出初始分配后的流量矩陣Q。此時，整個路網(wǎng)處于一種合理的飽和度狀態(tài)。

（五）最優(yōu)時間程序設計

車流經(jīng)過上述分配后，分流并不是一種時間上的最優(yōu)化，還需要調(diào)整車輛在路網(wǎng)中的布局，直至算出最短的通行時間，以確認分配是一種最優(yōu)時間分配。最優(yōu)時間程序設計是以這個最大通行時間為標準，將此路段上的單位車輛分別調(diào)整到其他路段，并計算通行時間，如果存在比這個最大時間還小的時間，那么重復上述步驟再次調(diào)整，直到找不到比這個時間更短的時間。此時最短時間就是所求的最小時間。

[1]周楊,錢才云.與城市交通空間發(fā)生行為互動的住區(qū)界面設計[R].國際綠色建筑與節(jié)能大會, 2013.

[2]李向朋. 城市交通擁堵對策—封閉型小區(qū)交通開放研究[D]. 長沙理工大學, 2014.