城市小区开放对道路通行的影响研究

孙蓓 济南大学数学科学学院

城市小区开放对道路通行的影响研究

孙蓓 济南大学数学科学学院

首先选取路网密度、车流量、交叉口平均延误时间以及路权作为评价指标；其次对道路阻抗函数、韦伯斯特公式进行修正，并采用容量限制-增量加载方法得出车辆通行的具体情况；最后借助MATLAB软件，对所构建的四种不同类型的小区在不同车流量下开放前后对道路通行产生的影响结果进行分析，进而提出小区开放的合理化建议。

评价指标 路阻函数 容量限制 增量加载 合理化建议

随着国家推广街区制等相关政策的出台，是否开放住宅小区和单位大院成为社会热点问题。其中，开放住宅小区是否能够达到优化路网结构、缓解交通压力是引发群众议论的焦点。基于上述背景，本文定量比较四类小区开放前后对道路通行所产生的影响，并提出合理化建议。

一、确立评价指标

对开放小区的目的作为切入点，选取以下四项指标：

①路网密度，是指小区内及周边建成道路长度与小区建成面积的比值，反映了小区道路分布的密集程度。路网密度值越大，则说明小区开放性越大，进而更大可能地影响周边道路通行。

②车流量，是在一定时间段内某路段所通过的车辆数，一定程度地反映了该路段的拥堵状况。车流量数值越大，说明周边道路越倾向于拥堵，通行越困难。

③交叉口平均延误时间，包括信号灯控制下的延误时间和无信号灯控制下的延误时间，如果车辆在交叉路口的滞留时间过长，那么它的交叉口平均延误时间就会越大。

④路权指在路段内车辆通行的总时间，由通行中的时间和交叉口平均延误时间两项来共同确定。该指标反映车辆在道路上的整体通行情况，该值越小，说明车辆通行程度越好。

二、建立车辆通行模型

经过比较多种交通分配方案，本文将选择容量限制-增量加载方法[1]来研究车辆通行情况，即通过计算路权来选择最优行驶路径。

在此之前，首要任务是采用人工调查法来确定OD量，即出发点到目的地间的交通出行量，那么接下来将进行路权计算及通行分配。

1.车辆行驶路权的计算

（1）道路阻抗函数的确定。美国FHWA提出的BPR路阻函数仅考虑了实际流量对行驶时间的影响，而并没有反映出非机动车、车道宽度的影响，不符合实际情况。通过分析文献[2]，得到符合本论文要求的路阻函数。修正后的理论路阻函数：

由于在实际车辆行驶中是间断性车流，而上述理论函数只是在没有干扰因素的连续车流的情况下得出，所以需要进一步对模型参数进行修正。

考虑到实际中小区周边道路会存在非机动车干扰、车道宽度干扰，故修正

而理论阻塞密度的表达式为：

进行修正后得出：

（2）交叉路口延误时间的确定。交叉路口的延误时间对于车辆通行的影响必须考虑，尤其是小区开放后交叉路口明显增多。在此，分别考虑了有信号灯的交叉路口和无信号灯的交叉路口。

i) 信号灯控制交叉口的延误时间

①确定道路饱和通行能力

经过查阅文献[3]，道路的理论饱和能力为：

而实用饱和能力：

②确定交叉延误时间

对于有信号灯的交叉路口，采用修正后的韦伯斯特公式，则信号灯控制下的延误时间为：

ii)无信号灯控制交叉口延误时间

假如交叉路口没有信号灯，也就是可以把信号灯的有效绿灯时间为一个周期长度，这种情况可以看做是信号灯控制下的一种特殊情况。即：

（3）最终路权的确立

2.车辆通行分配方法

由于考虑到最短路分配方法无法对实际交通量进行均匀分配，不能切合实际人们的出行特点。综合分析后，本文采用容量限制-增量加载分配[3]这一动态分配方法，得出最终的周边道路通行的车流量。

分配方法的具体计算步骤：

采用以上步骤，既考虑了车辆行走时所遇到的阻抗，同时兼顾最短路段分配，故可以得出更加符合实际的开放后主干道车流量。

三、不同类型小区的开放前后的评价

1.小区的构建及指标求解

首先，本文从小区结构角度，构建了集约式、片块式、向心式及轴线式四种不同类型的小区。

采用仿真软件，搜集各项相关数据，运用上述数学模型，然后用MATLAB软件得出最终结果（具体见表1）。

表1　不同类型小区开放前后各指标的相对变化率

2.对指标结果定量分析

根据上述结果，针对不同小区结构所得到的指标数据进行分析：

小区开放前后对交通流量影响最大的小区是向心式小区。该类小区开放前后车流量相对比为0.252439；同时综合其他两个指标，路权相对比仅次于片块式，而且平均延误相对变化不大。综合考虑，向心式小区应进行一定程度的开放。

从总路权指标来看，受影响最大的是片块式小区。该类小区开放前后道路路权相对比为0.786935；而且它的平均延误时间相对比较大，总体来说，这类小区还是可以进行一定的开放的。

而受交叉路口延误影响最大的是轴线式小区。该类小区开放前后道路延误相对比最大，为0.04527；且开放前后车流量变化较小，同时其路网密度增长最大，所以这种轴线式小区相对不适于开放。

四、对管理部门合理化建议

从上述研究结果可以看出，开放小区可以缓解周边城市道路交通压力，具体表现在开放小区后，周边道路车流量减少，车辆在周边道路上的行驶时间减少。而针对交叉路口平均延误时间增加的情况，也要进行慎重思考。

那么本文根据对结果的分析，向有关管理部门提出以下几点建议：

1.对于向心式小区，小区开放后周边道路车流量明显减少，路权也相应减少，虽然交叉路口平均延误时间变大，但减小交通压力的效果依旧明显，故向心式小区适宜开放。

2.对于集约式小区，小区是否开放还需要考虑小区车流量因素，车流量大的时候，开放小区得到的改善效果好。

3.对于片块式小区，小区开放后周边道路车辆行驶时间减小幅度明显，车流量也减少；且改善道路通行的效果明显，故片块式小区也适合开放。

4.对于轴线式小区，由于小区开放后周边道路交叉路口平均延误时间增加幅度最大，即小区开放对该类型小区的负面影响最大，故不适于开放。

5.对于缓解交叉路口交通压力，可采取改善交叉口信号配置的措施，另外也需要减少绿灯损失率，强化交叉路口的交通管理。更甚者，在进行城市规划时合理的设置交叉路口也能大大缓解交通压力。

[1]李向朋.城市交通拥堵对策-封闭性小区交通开放研究[D].[长沙理工大学硕士学位论文].长沙理工大学,2014(4):29-32

[2]王炜,张桂红.城市道路路阻函数研究[J].重庆交通学院学报,1992.9,11(3):85-91

[3]王炜.容量限制交通分配模型的改进及软件开发[J].中国公路学报,1989,2(3):38-39