城市小區開放對道路通行的影響研究

孫蓓 濟南大學數學科學學院

城市小區開放對道路通行的影響研究

孫蓓 濟南大學數學科學學院

首先選取路網密度、車流量、交叉口平均延誤時間以及路權作為評價指標；其次對道路阻抗函數、韋伯斯特公式進行修正，并采用容量限制-增量加載方法得出車輛通行的具體情況；最后借助MATLAB軟件，對所構建的四種不同類型的小區在不同車流量下開放前后對道路通行產生的影響結果進行分析，進而提出小區開放的合理化建議。

評價指標 路阻函數 容量限制 增量加載 合理化建議

隨著國家推廣街區制等相關政策的出臺，是否開放住宅小區和單位大院成為社會熱點問題。其中，開放住宅小區是否能夠達到優化路網結構、緩解交通壓力是引發群眾議論的焦點。基于上述背景，本文定量比較四類小區開放前后對道路通行所產生的影響，并提出合理化建議。

一、確立評價指標

對開放小區的目的作為切入點，選取以下四項指標：

①路網密度，是指小區內及周邊建成道路長度與小區建成面積的比值，反映了小區道路分布的密集程度。路網密度值越大，則說明小區開放性越大，進而更大可能地影響周邊道路通行。

②車流量，是在一定時間段內某路段所通過的車輛數，一定程度地反映了該路段的擁堵狀況。車流量數值越大，說明周邊道路越傾向于擁堵，通行越困難。

③交叉口平均延誤時間，包括信號燈控制下的延誤時間和無信號燈控制下的延誤時間，如果車輛在交叉路口的滯留時間過長，那么它的交叉口平均延誤時間就會越大。

④路權指在路段內車輛通行的總時間，由通行中的時間和交叉口平均延誤時間兩項來共同確定。該指標反映車輛在道路上的整體通行情況，該值越小，說明車輛通行程度越好。

二、建立車輛通行模型

經過比較多種交通分配方案，本文將選擇容量限制-增量加載方法[1]來研究車輛通行情況，即通過計算路權來選擇最優行駛路徑。

在此之前，首要任務是采用人工調查法來確定OD量，即出發點到目的地間的交通出行量，那么接下來將進行路權計算及通行分配。

1.車輛行駛路權的計算

（1）道路阻抗函數的確定。美國FHWA提出的BPR路阻函數僅考慮了實際流量對行駛時間的影響，而并沒有反映出非機動車、車道寬度的影響，不符合實際情況。通過分析文獻[2]，得到符合本論文要求的路阻函數。修正后的理論路阻函數：

由于在實際車輛行駛中是間斷性車流，而上述理論函數只是在沒有干擾因素的連續車流的情況下得出，所以需要進一步對模型參數進行修正。

考慮到實際中小區周邊道路會存在非機動車干擾、車道寬度干擾，故修正

而理論阻塞密度的表達式為：

進行修正后得出：

（2）交叉路口延誤時間的確定。交叉路口的延誤時間對于車輛通行的影響必須考慮，尤其是小區開放后交叉路口明顯增多。在此，分別考慮了有信號燈的交叉路口和無信號燈的交叉路口。

i) 信號燈控制交叉口的延誤時間

①確定道路飽和通行能力

經過查閱文獻[3]，道路的理論飽和能力為：

而實用飽和能力：

②確定交叉延誤時間

對于有信號燈的交叉路口，采用修正后的韋伯斯特公式，則信號燈控制下的延誤時間為：

ii)無信號燈控制交叉口延誤時間

假如交叉路口沒有信號燈，也就是可以把信號燈的有效綠燈時間為一個周期長度，這種情況可以看做是信號燈控制下的一種特殊情況。即：

（3）最終路權的確立

2.車輛通行分配方法

由于考慮到最短路分配方法無法對實際交通量進行均勻分配，不能切合實際人們的出行特點。綜合分析后，本文采用容量限制-增量加載分配[3]這一動態分配方法，得出最終的周邊道路通行的車流量。

分配方法的具體計算步驟：

采用以上步驟，既考慮了車輛行走時所遇到的阻抗，同時兼顧最短路段分配，故可以得出更加符合實際的開放后主干道車流量。

三、不同類型小區的開放前后的評價

1.小區的構建及指標求解

首先，本文從小區結構角度，構建了集約式、片塊式、向心式及軸線式四種不同類型的小區。

采用仿真軟件，搜集各項相關數據，運用上述數學模型，然后用MATLAB軟件得出最終結果（具體見表1）。

表1　不同類型小區開放前后各指標的相對變化率

2.對指標結果定量分析

根據上述結果，針對不同小區結構所得到的指標數據進行分析：

小區開放前后對交通流量影響最大的小區是向心式小區。該類小區開放前后車流量相對比為0.252439；同時綜合其他兩個指標，路權相對比僅次于片塊式，而且平均延誤相對變化不大。綜合考慮，向心式小區應進行一定程度的開放。

從總路權指標來看，受影響最大的是片塊式小區。該類小區開放前后道路路權相對比為0.786935；而且它的平均延誤時間相對比較大，總體來說，這類小區還是可以進行一定的開放的。

而受交叉路口延誤影響最大的是軸線式小區。該類小區開放前后道路延誤相對比最大，為0.04527；且開放前后車流量變化較小，同時其路網密度增長最大，所以這種軸線式小區相對不適于開放。

四、對管理部門合理化建議

從上述研究結果可以看出，開放小區可以緩解周邊城市道路交通壓力，具體表現在開放小區后，周邊道路車流量減少，車輛在周邊道路上的行駛時間減少。而針對交叉路口平均延誤時間增加的情況，也要進行慎重思考。

那么本文根據對結果的分析，向有關管理部門提出以下幾點建議：

1.對于向心式小區，小區開放后周邊道路車流量明顯減少，路權也相應減少，雖然交叉路口平均延誤時間變大，但減小交通壓力的效果依舊明顯，故向心式小區適宜開放。

2.對于集約式小區，小區是否開放還需要考慮小區車流量因素，車流量大的時候，開放小區得到的改善效果好。

3.對于片塊式小區，小區開放后周邊道路車輛行駛時間減小幅度明顯，車流量也減少；且改善道路通行的效果明顯，故片塊式小區也適合開放。

4.對于軸線式小區，由于小區開放后周邊道路交叉路口平均延誤時間增加幅度最大，即小區開放對該類型小區的負面影響最大，故不適于開放。

5.對于緩解交叉路口交通壓力，可采取改善交叉口信號配置的措施，另外也需要減少綠燈損失率，強化交叉路口的交通管理。更甚者，在進行城市規劃時合理的設置交叉路口也能大大緩解交通壓力。

[1]李向朋.城市交通擁堵對策-封閉性小區交通開放研究[D].[長沙理工大學碩士學位論文].長沙理工大學,2014(4):29-32

[2]王煒,張桂紅.城市道路路阻函數研究[J].重慶交通學院學報,1992.9,11(3):85-91

[3]王煒.容量限制交通分配模型的改進及軟件開發[J].中國公路學報,1989,2(3):38-39