小區開放對道路通行的影響

丁施航　馮勇　余潤澤

摘 要 本文以通行能力變化為基本點，通過層次分析法、控制變量法、迭代法、元胞自動機思想、VISSIM仿真等方法，建立相應的數學模型。將小區開放對道路通行的影響分為直道通行能力、交叉口通行能力和道路情況三大指標，最后得到的交通能力影響因數為（0.2072，0.2572，0.2572，0.1531，0.1253）。考慮小區開放與小區結構、周邊道路結構、車流量之間的關系，研究小區結構采用路網連接度和車輛飽和度的指標，將數據代入六指標體系，得到兩種小區結構開放對道路通行能力的影響分別為0.1848，0.2043；得到結論：十字路口越多，交叉口總的交通能力越強，小區越需要開放。

關鍵詞 層次分析法 元胞自動機 迭代法 VISSIM 控制變量法

中圖分類號：U491.1 文獻標識碼：A DOI：10.16400/j.cnki.kjdkz.2017.09.071

Influence of District Opening on Road Traffic

DING Shihang， FENG Yong， YU Runze

（School of Software and Microelectronics， Northwestern Polytechnical University， Xi'an， Shaanxi 710071）

Abstract In this paper， the capacity changes as the basic point， method and variable control method， iterative method， cellular automaton thought， VISSIM simulation by means of AHP， the corresponding mathematical model is established. The open area impact on road traffic is divided into straight road capacity and traffic capacity of the intersection and road three index effects the final factor is the traffic capacity （0.2072， 0.2572， 0.2572， 0.1531， 0.1253）.Consider the relationship between residential and open cell structure and the surrounding road structure and traffic flow， the research on community structure using network connectivity and vehicle saturation index， the data into the six index system， get the effect of two kinds of open cell structure on the road capacity were 0.1848， 0.2043； conclusion： the total intersection crossroads more. The traffic capacity is higher， more community needs to open.

Keywords hierarchical analysis； cellular automaton； iterative method； VISSIM； control variable method

0 引言

2016年2月21日，國務院發布《關于進一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見》，其中第十六條關于推廣街區制，原則上不再建設封閉住宅小區，已建成的住宅小區和單位大院要逐步開放等意見，引起了廣泛的關注和討論。

小區開放后，路網密度提高，道路面積增加，通行能力自然會有提升。也有人認為這與小區面積、位置、外部及內部道路狀況等諸多因素有關，不能一概而論。但同時小區開放后，雖然可通行道路增多了，相應地，小區周邊主路上進出小區的交叉路口的車輛也會增多，也可能會影響主路的通行速度，由此在多方面綜合考慮小區開放對道路交通的影響。

1 問題的提出

（1）選取合適的評價指標體系，用以評價小區開放對周邊道路通行的影響。

（2）小區開放產生的效果，可能會與小區結構及周邊道路結構、車流量有關。選取或構建不同類型的小區，應用建立的模型，定量比較各類型小區開放前后對道路通行的影響。

2 問題一的模型建立與求解

2.1 模型的建立

為了評價小區開放對周邊道路的影響，設定三個指標：道路情況、直道通行能力和交叉口通行能力。其中道路情況包括安全性；直道通行能力包括行車流量和分、合流點速度；交叉口通行能力包括丁字路口和十字路口（每個路口都不考慮紅綠燈的情況）通行能力，建立三層模型。

2.1.1安全性分析

我們將小區當作一個黑箱，只考慮它的輸入輸出，所以我們不考慮小區內部的安全性，只考慮在小區周圍道路行車安全性。設看到前方車輛剎車后行車反應距離為，由反應時間和車速決定，反應時間取決于司機的反應程度；制動距離，由制動力、車重和制動時的初速度有關，可得安全性評估函數

（1）

2.1.2 行車流量

設最大車輛密度為，車輛密度最小時的車輛速度為，從參考資料可得，流量、速度、密度之間的關系為endprint

（2）

開放前后的主干道路對比可知，小區開放后，主道路上行車流量減小。

2.1.3分、合流點速度

設靠近分流點的行車速度為，靠近合流點的行車速度為， 定義分合流點交通速度的影響程度為

（3）

從式3可以看出，當主干道上的車輛駛入小區（分流）時，Pc>0，分流點速度增大；當小區內的車進入主干道時，Pc<0，合流點速度減小。

2.1.4十字路口

為簡化問題，我們忽略十字路口紅綠燈，而是采用十字環形交叉口，這也是一種常見的道路結構。當小區開放后，主干道路上的車輛數會發生變化，根據沃爾普公式，當小區開放后，交叉段進行交叉的車輛占全部車輛之比減小，相應的十字路口通行能力增大，因此，十字路口的通行能力受到小區開放的影響。

2.1.5丁字路口

我們考慮主干道路中間有隔離帶的情況，所以我們只考慮車道功能為直左和直右的情況，其他情況的分析可以參照這個方法。交叉口通行能力主要受速度、車流量的影響，而速度和車流量在小區開放后會發生變化，所以丁字路口的通行能力主要受速度、車流量的影響，而速度和車流量在小區開放后會發生變化，所以交叉口通行能力也會受到小區開放的影響。

2.2 模型的求解

針對模型用簡單的層次分析法來確定六個受影響指標的貢獻權重。因此將特征向量的各個元素歸一化后得到各指標的權值如表1所示。

表1 權重分配表

可以看出，在六種受影響的指標中，路網結構指標的權重最小，并且該指標難以量化，所以將該指標的權重按權重分配到其他受影響指標上，權重分別為0.2072，0.2572，0.2572，0.1531，0.1253。

3 問題二的模型建立與求解

之前，將小區看成一個黑箱子，因為第二問需要對小區結構進行建模，所以將黑箱子具體化。

3.1 小區開放產生的效果與小區結構的關系

設為路網中節點的數量，表示第個節點所連接的道路的條數，為總的路段數，為路網連接度，則計算公式為

（4）

對于單向車道，按照國家規定應有相應的折減系數，具體如表2所示：

表2 單向車道折減系數表

那么就可以對小區內不同的車道進行車流量分析。

圖1 不同內部結構的小區對比圖

使用控制變量法，假設兩個小區外部的情況相同，對這兩個小區分別求小區內的交通能力。

對于內部結構為方形的小區來說，，對于內部結構為放射狀的小區來說，，對于車輛飽和度，當車流密度達到200輛/千米時，道路堵塞，此時車速為0，假設小區內道路均為雙車道，那么設計交通量為。

構造小區內部交通能力的函數。假設車輛在時間的時候進入小區，那么在進入的一瞬間速度為，因此設常量，進入小區后，由于小區車道寬度以及居民安全性的考慮，需要減速，在本問題中，使用二車道折減系數進行減速，即。一般主干道路的路網連接度為3.2-3.9之間，這里取3.5，那么根據路網連接度比例和車輛飽和度來將模型進行遷移得到的不同小區對交通能力的影響。并采用兩種不同的小區結構，得到的結果為：方形結構交通能力影響為0.1848，放射式小區結構的交通能力影響為0.2043。

3.2 小區開放產生的效果與車流量的關系

在小區開放之前的路段，行車密度會隨著時間的變化逐漸增大，因而行車速度減慢，而整體的車流量是不斷增大的，小區開放以后的路段，行車密度顯然減小，最后趨向于某個穩定的值，而速度逐漸增大，達到穩定車密度情況下的穩定速度，車流量逐漸減小至穩定值。

3.3 小區開放產生的效果與周邊道路結構的關系

對于十字路口路網結構來說，十字路口的交通能力之和為

（5）

同理可以建立兩個十字路口和兩個丁字路口交通能力之和，與一個十字路口和兩個丁字路口交通能力之和

在一般的十字交叉路口，取，，，，，，并將速度與密度的關系代入，可以求出三種結構的交通能力，很明顯，得到的結果為，交通能力越強，說明該種結構上的車輛越多，密度越大，所以需要交通能力相對強的開放小區。而根據1的求解可知小區內路網連接度和車輛飽和度越大，通行能力越強。從這里可以看出，對于位于邊界的小區（交叉路口少），沒有必要開放。

4 模型的優點

本文的模型簡單易行，容易應用到現實生活中。在一些假設的基礎上，針對各種道路與小區結構給出了影響模型，從各個方面對道路通行能力進行推測與評估，并對模型的結果進行了仿真驗證，提高了結果的準確性。

參考文獻

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