基于路網的通行效率分析

陳士舉 李春明 李燦東 楊鵬飛

摘要：本文針對整個路網的交通情況來建立模型，實現路網的通行效率計算。首先，根據車道交通流量不同和沖突不同，分別構建二相位和四相位的交叉口通行效率模型，再整合建立整個路網的路口通行效率模型；然后，以單位時間內整個網絡中交通流量所包括的全部車輛行駛的總里程來構建整個的路段通行效率；最后，通過路段和路口的通行效率來計算整個路網的通行效率。

關鍵詞：城市交通；交通網絡通行效率；通行效率模型；路網交通

中圖分類號：〖HTK〗U491.2+65〖HTH〗文獻標識碼：A

近幾年來，隨著國內經濟的飛速發展，私家車的數量已經飛速的增長，所以導致道路的交通擁堵非常嚴重。最近的研究成果主要包括：以通行能力為優化目標[1]和以延誤控制為優化目標[2]等優化方法。由于路口是由時間和空間組成的二維系統，再根據不同的交通狀況建立了路口通行效率模型。[3]

為了能夠更有效的計算出整個路網的交通通行效率[4]，在研究交叉口通行效率的基礎上，本文還加入了路段通行效率的計算。然后將交叉口和路段的通行效率結合起來，進而能夠計算出整個路網的交通通行效率。

1 路網通行效率模型建立

1.1 路段通行效率模型

假設車輛j表示在t時刻時，在某一路段上行駛的任意車輛，在短時間（用Δt表示）內，車輛j行駛的距離為：

[JZ（][XCimage270.tif；%50%50，JZ][JZ）][JY]（1）

式（1）中，當Δt足夠小時，則全部車輛在（t，t+Δt）時段內的速度變化波動非常小。

1.2 交叉口通行效率模型

德國研究者WemerBrilon認為：單一交通流的通行效率的表達式為：

1.2.1四相位交通通行效率

在四相位路口時，直行和左轉的車輛分別單獨放行，設Q和v0的關系式為：v0=f（Q）（3），則通行效率E表示為：E=Q·f（Q）（4）。假設路口的交通信號燈的周期是T，綠燈放行的時間是g，四相位路口通行效率為：[XCimage278.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（5）

1.2.2二相位交通通行效率

兩相位交叉口時，設本車道的車流是a，而沖突車道的車流是b，假設有m個沖突的車道，則第i個沖突車道的車流量與車速之間表達式為：[XCimage279.tif；%40%40，JZ]（6）而延誤時間[XCimage280.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（7）

設各個沖突車道通行的時間為gi，整個的信號周期全部時長是T，而時間可以測量，因此將模型變形為：

[JZ（][XCimage282.tif；%70%70，JZ]〖JZ）〗〖JY〗（8）

將整個路網分解為直行路段和路口路段，其中路口分為c個四相位路口和d個二相位路口，因此，整個路網的通行效率為：[XCimage283.tif；%50%50，JZ]〖JY〗（9）

2 仿真實驗結果分析

2.1 仿真環境的構建

分析在整個路網中，假設整個路網為3*3的9個路口組成，每個路口交通信號周期均為T，放行時間g為可調的。通過設定路口的放行時間仿真出不同放行時間下的路網通行效率。

2.2 車速度—車流量模型

為了得到相應的車速度與車流量的模型，四相位路口和二相位路口模型分別采取石家莊市中華大街—中山路交叉口和維明大街—新石南路交叉口的實際數據來求得相應的關系式。通過測量車流量與車平均速度的實際數據，可以得到表達式為：

維明大街—新石南路交叉口為二相位控制的交叉口，在路口通行時存在交通延誤，所以通過實際測量可以得出延誤時間與車流量的關系式為：

2.3 路網通行效率仿真

如下圖1所示，為了能夠更好的模擬整個路網的交通狀況，仿真過程中將路口1，3，5，7，9設計為二相位控制交通信號燈的交叉口，將2、4、6、8設計為四相位控制交通信號燈的交叉口。

仿真中假設每條道路均為兩車道，仿真可分為以下兩部分：

（1）在路口放行時間不改變時，逐漸增加整個路網的整體車流量：研究分析車流量增加對整個路網的交通通行效率的改變，仿真結果如圖2所示：

（2）在整體車流量恒定為1500（veh/h）的前提下，分別改變二相位和四相位路口下的放行時間：設定每個方向總體時間為75s，改變的放行時間為10s—60s之間，分析改變放行時間后對整個路網的交通通行效率的改變，仿真結果如圖3所示：

3 結語

通過實驗仿真，可以觀察到在車流量不斷增加情況下，整個路網的交通通行效率在不斷地降低。為了能夠找到一個好的解決通行效率的問題，本文完成了進一步的仿真，即通過改變每個路口的放行時間來觀察整個路網的通行效率。仿真數據結果顯示，當車流量增加到一定程度時，放行時間并不是越多越好，而是與當前的通行車輛與效率等因素相關。

參考文獻：

[1]張惠玲，王益，尹寶計，等.基于實時延誤的交叉口控制方案優化分析[J].廣西學學報（自然科學版）， 2015，40（1）：149154.

[2]Chang Yulin，Cui Yibo，Zhang Peng.Multiphase signal setting and capacity of signalized intersection[J].Journal of southeast university （ english edition），2009，25（1）：123127.

[3]Shen Jiajun，Tian Zhongzong，Wang Wei.Correlation between degree of complexity and efficiency for intersections in China[J].Journal of transportation engineering，2016，139（2）：193199.

[4]張東媛，蔣燕，李季星.基于路網有效通行效率的路段重要度評價方法[J].公路與汽運，2014，165（1）：3134.

[5]沈明江，劉豐軍，朱慧，朱瀟贏.通行效率評價體系研究及杭州應用實踐[J].公路交通科技，2016，135（3）：337340.

[6]沈家軍，王煒.道路交叉口通行效率與沖突強度模型研究[J].公路交通科技，2010，27（8）：9195.

〖HTH〗基金項目：〖HTK〗河北省科學技術廳自助課題（16040601Z）

作者簡介：陳士舉（1992），男，河北邢臺人，碩士。

〖HTH〗*通訊作者：〖HTK〗李春明（1972），女，河北石家莊人，博士，副教授，研究放向為模式識別、運動目標檢測與識別等。