基于支路路段流量相互影響的交通網絡平衡分析

(重慶交通大學交通運輸學院 重慶 400074)

一、引言

城市交通系統作為城市發展的重要基礎支撐體系，運行效率高低對城市發展、運作和擴展等方面起著重要的作用。近年來，城市的交通需求遠遠超過了道路的交通供給，即交通供需不平衡。一般情況下，主干道的通行能力大于支路的通行能力，車輛從主干道駛入支路時或從支路駛入主干道時，通常會因為波的反方向傳播，形成分流點的擁堵。由于支路的道路等級較低，兩方向的道路之間不會修建隔離帶，因此造成的雙向流量的相互影響也會阻礙交通流的傳播速度，產生擁堵。

二、支路在城市路網中的作用

支路上為地方服務的車輛通行，禁止過境車輛出入。在一定程度上，支路也可分擔干道的交通壓力，這就使得支路在路網中起著不可或缺的作用[1]。

(一)分離區域不同職能用地

由于其性質所定，支路連接干道與街坊路，劃分了交通區域與居住經濟等用地。不僅實現了兩者交通可達性，解決了人們進出居住小區的交通問題，同時，因支路提供了有效的“沿街面”，避免了人們對干道的活動干擾，從另一方面來說，也減少了交通事故的發生率。

(二)分離不同距離出行者的需求

出行者選擇出行線路主要是依據出行距離的遠近來決定。居民出行的距離較近，支路就成了他們的首要選擇；而遠距離出行者則會考慮時間因素，但同時遠距離出行往往又會經過支路，這就造成了支路交通“近多遠少”的情況，增加了其交通壓力。

三、基于支路雙車道的交通流特性

(一)通行能力較低

相比干道，雖然支路在道路網中所占比例較大且路長較長，但路面狹窄的特點直接降低其通行能力。1968年，Harders等人給出了支路的通行能力[2]為：Cn=vpe-vptj/(1-e-vptj)

其中，tj為車輛的車頭時距，vp為交通流流率。

亓會杰等人綜合已有的研究結論，通過推導含大中小三種車型的混合交通流的支路通行能力，提出了一個改進的計算模型。該模型得出，決定支路通行能力的因素較多，但主要取決于主路的交通流狀態[3]。

(二)雙向流量相互影響

雙向道路上車流流向相反且無較寬的隔離帶，兩股車流必然存在一定的影響，如路段中間段存在左轉掉頭，車輛在路段兩端通過信號燈等情況，一側車流流量發生變化，對向車流的阻抗會隨之發生相應的增減。

四、支路路段相互影響的用戶平衡配流

一般的配流問題都假設各路段阻抗相互獨立，即a路段的阻抗與其他路段的流量無關，只由該路段的流量xa決定[4]。本文只介紹路段對稱影響下的用戶平衡配流建模原理及方法。

在對稱問題中，需要提出兩個假設：(1)路段正向流量與反向流量的相互影響的。記正向路段為a，則反向路段則為a’。即路段a的流量對路段a’的阻抗邊際影響等于路段a’的流量對路段a的阻抗邊際影響。

構建滿足用戶平衡條件的路段流量計算模型如下：

其中，f為路徑流量，x為路段流量，δ為路徑與路段之間的相關系數。

第四步：計算迭代步長αn(α的范圍為0～1)

第六步：若滿足收斂準則xn≈xn+1，則停止迭代；否則，令n=n+1，返回第二步,重復以上步驟。

五、算例分析

圖為一個起點一個訖點的簡單網絡，兩個端點分別為點1和點2,a和a’是兩條相互影響的路段。

設路段a及a’的阻抗函數分別為t1=4+6x1+4x2；t2=5+4x1+6x2，且x1+x2=10

迭代次數及計算結果如下：

表1 均衡配流計算結果

由表可知，路段a和a’可分得流量為x1=5,x2=5

六、總結

支路路段流量的平衡配流在治理交通擁堵、減少交通壓力方面起著至關重要的作用。本文只以一個簡單的OD對網絡作了路段相互影響的配流模型分析，然而在實際交通環境下路網更為復雜，需要考慮的因素也較多，如路段內部的交通影響，路段交叉口較多的沖突現象，甚至考慮行人的過街現象。在未來的交通發展中，這些問題都會得到解決，交通組織也會更加優化。