基于模糊控制系統的交通影響程度評價模型

在進行新的土地開發時，開發項目產生的交通量勢必對項目周圍路網造成一定的影響。對于影響程度的大小是一個模糊概念，它不僅和開發項目本身有關（土地利用角度），又與項目周圍的交通狀況有很大的關系（交通系統角度）[1]。當項目周圍的交通現狀相對擁擠時，開發項目即使生成的交通量很少，也會對周圍路網造成較大影響，因此從交通系統和土地利用相結合的角度來研究影響程度這一問題顯然是非常必要的。本模型就是基于此種考慮，建立一個對交通影響程度進行評價的模糊控制系統模型。

1.問題分析

建立一個模糊控制系統模型首先要確定控制系統的輸入、輸出變量。對于交通影響程度評價系統來說，我們不難發現，交通與用地就是我們所需要的輸入變量，而對于輸出變量則可直接采用交通影響程度這一概念，而并非經常所述的交通滿意程度的概念。因為用交通影響程度更能直接反映出開發項目對周圍路網的交通影響，同時也有利于建立該模糊控制系統模型。在輸入變量的界定中，交通系統可以用周圍路網的平均負荷度來衡量，而對于用地系統來說，采用開發項目高峰小時生成交通量來衡量，這一指標在一定程度上反映了土地利用的性質、規模及區位等系列特征，因此是一個比較理想的度量指標。

2.模型變量說明

（1）VPH（Vehicle Per Hour）：高峰小時項目生成交通量；（2）VDC (Vehicle Divide Capacity):項目周邊路網平均負荷度；（3）TID (Traffic Impact Degree)：開發項目對周邊路網的交通影響程度；（4）Myrule：模糊數學中由模糊條件語句組成的規則庫（IF…THEN語句）；（5）Time：模糊控制系統的時間；（6）Timestep：模糊系統控制的時間步長；（7）T：實現系統自增變量。

3.基于模糊控制系統的交通影響程度評價模型

（1）模型框架

基于上述分析和及模型變量說明，利用模糊控制語言FCL(Fuzzy Control Language)，我們不難建立如圖1所示的模糊控制系統模型。

（2）隸屬度函數

分別對兩個輸入變量建立隸屬度函數，對系統的輸出變量同樣也建立隸屬度函數，如圖2所示。

（3）模糊邏輯規則庫

模糊控制系統模型中對于模糊邏輯規則庫的建立是至關重要的，建立規則庫不可能憑空想象，一定要建立在已有實踐項目及專家經驗的基礎上才能得到比較理想的結果，從而更能體現出本模型的實用價值。因此在建立本系統模型之前筆者參考了大量的相關資料，如北京工業大學的自然基金項目《交通影響分析體系研究》[2]、《交通影響分析指南》等，得到了25條比較切合實際的模糊邏輯規則語言。如其中一條模糊語言：IF VPH is Low and VDC is Low， THEN TID is Low.

（4）模糊控制點界定

根據道路通行能力手冊（Highway Capacity Manual，簡稱HCM），一般認定VDC<0.4時，車輛處于不受阻礙的自由流狀態[3]；而VDC>0.9時，道路服務水平由D變成了E，這也是模糊控制系統需要做出敏銳反應的突變點。對于高峰小時交通量，美國等發達國家的大城市由于其機動化水平較高，因此規定進行交通影響分析的上限也比較高，VPH取100PCU/h，即單向高峰小時項目生成交通量超過100pcu，就認為由它造成的交通影響是不能接受的，該項目必須進行交通影響分析。而國內一些大城市如南京市規定為60PCU/h，即建設項目單向高峰小時項目生成交通量超過60PCU/h，該開發項目也必須進行交通影響分析。顯然對于本模糊控制系統模型而言，VPH=60PCU/h也是模糊控制系統的一個突變點。

（5）模糊控制系統推理結果

筆者對模糊控制系統進行正負兩個方向的模擬。首先是VDC和VPH都逐漸增大，即正方向模擬；另一種情況是VPH增大，VDC逐漸減小，即負方向模擬。兩種情況的模擬結果如圖3、圖4所示。

4.模型結果分析

（1）正方向模擬結果分析（見表1）

顯然，交通影響程度TID與項目周邊路網平均負荷度VDC和高峰小時項目生成交通量VPH是成正比關系的，因此模擬結果是一條階梯遞增函數曲線。對于1號突變點是由VDC=0.4這一模糊控制點所導致的結果。因為VDC<0.4時，車輛是以自由流行進的，而一旦超過這個值，車輛運行條件將發生明顯的變化，因此交通影響程度TID也產生了突變，從0.15突增至0.58；而對于2號突變點則是由VPH=60PCU/h這一模糊控制點造成的，原因如前所述。TID由0.58增加到0.82；對于最后的3號突變點是由VDC=0.9導致的，也就是道路服務水平由D級降低到E級這一臨界狀態，因為一般要求城市市郊區道路服務水平不得低于D級，因此模糊控制系統對這一臨界狀態也產生了敏感的突變。TID由0.82增加到0.95。

（2）負方向模擬結果分析（見表2）

由于高峰小時項目生成交通量VPH是單調遞增，而項目周邊路網平均負荷度VDC是單調遞減的，因此生成的曲線顯然不是簡單的遞增或者遞減。各個突變點說明如下：系統模擬開始時，VPH值很小，因此交通影響程度TID就取決于VDC，即交通影響程度TID隨VDC的下降而呈階梯下降。1號突變點是由于VDC=0.9這一模糊控制點導致的，因為VDC=0.9是道路服務水平D級與E級的分隔值，交通影響程度TID由0.82降低至0.58；2號突變點的形成原因是VDC=0.75， 也就是道路服務水平C級與D級的分隔值，交通影響程度TID由0.58降低至0.31。由于VDC的逐漸下降，其對交通影響程度TID的作用越來越小，同時由于VPH的逐漸增長，使其成為了影響交通影響程度TID的主流因素，因此交通影響程度又開始呈現階梯遞增現象，其中3號突變點就是由于VPH=60PCU/h導致的結果，交通影響程度TID由0.31增加至0.58；而4號突變點是由VPH=100PCU/h這一模糊控制點導致的，交通影響程度TID由0.58降低至0.82。VDC的繼續下降必然使得原來的交通系統進入自由流狀態，而當VDC=0.4時，如正方向模擬結果分析，使得VDC占據了主導影響因素的地位，同時VPH已經超過了臨界值，它的繼續增大也只是簡單的量的積累，而不會成為影響TID的主要因素，因此形成了5號突變點，交通影響程度TID由0.82降低至0.58。同時在VDC=0.4的影響下，系統又進入了階梯遞減的狀態。值得說明的是，雖然5號突變點是由于VDC=0.4而形成的，但由于VPH已經超過臨界值，因此5號突變點位置的交通影響程度TID還是很大的，與VDC=0.9時基本相當。

5.結論

本文借助模糊控制系統平臺POPFUZZY模擬軟件，結合交通影響評價理論，建立了基于模糊控制系統的交通影響程度評價模型，有一定的原創性。從模型結果分析中不難看出，各個突變點都很好地反映了項目周邊路網平均交通負荷度與項目高峰小時生成交通量對交通影響程度的靈敏度，這些模糊控制點也是符合當前國內外專家在這一領域的研究成果。更值得一提的是，在階梯之間的曲線很好的反映了負荷度和高峰小時交通量在非臨界點狀態下輸入輸出變量之間的曲線關系，這就為具體項目的交通影響評價工作提供了技術參考與評價準則。

由于模糊控制系統的核心是模糊邏輯規則庫，而規則庫的建立又受制于已有的研究成果，如何進一步完善模糊邏輯規則庫將是未來該課題深化研究的重點。

參考文獻：

[1]潘有成，莫海波.新開發區域建設項目交通影響評價及其應用研究[J].重慶交通學院學報.2007，26(2):140-144.

[2]王麗.大城市交通影響分析體系研究[D].北京:北京工業大學，2001.

[3]李作敏.交通工程學（第二版）[M].北京:人民交通出版社，2003.

(責任編輯：趙靜)