基于路网的通行效率分析

陈士举 李春明 李灿东 杨鹏飞

摘要：本文针对整个路网的交通情况来建立模型，实现路网的通行效率计算。首先，根据车道交通流量不同和冲突不同，分别构建二相位和四相位的交叉口通行效率模型，再整合建立整个路网的路口通行效率模型；然后，以单位时间内整个网络中交通流量所包括的全部车辆行驶的总里程来构建整个的路段通行效率；最后，通过路段和路口的通行效率来计算整个路网的通行效率。

关键词：城市交通；交通网络通行效率；通行效率模型；路网交通

中图分类号：〖HTK〗U491.2+65〖HTH〗文献标识码：A

近几年来，随着国内经济的飞速发展，私家车的数量已经飞速的增长，所以导致道路的交通拥堵非常严重。最近的研究成果主要包括：以通行能力为优化目标[1]和以延误控制为优化目标[2]等优化方法。由于路口是由时间和空间组成的二维系统，再根据不同的交通状况建立了路口通行效率模型。[3]

为了能够更有效的计算出整个路网的交通通行效率[4]，在研究交叉口通行效率的基础上，本文还加入了路段通行效率的计算。然后将交叉口和路段的通行效率结合起来，进而能够计算出整个路网的交通通行效率。

1 路网通行效率模型建立

1.1 路段通行效率模型

假设车辆j表示在t时刻时，在某一路段上行驶的任意车辆，在短时间（用Δt表示）内，车辆j行驶的距离为：

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

式（1）中，当Δt足够小时，则全部车辆在（t，t+Δt）时段内的速度变化波动非常小。

1.2 交叉口通行效率模型

德国研究者WemerBrilon认为：单一交通流的通行效率的表达式为：

1.2.1四相位交通通行效率

在四相位路口时，直行和左转的车辆分别单独放行，设Q和v0的关系式为：v0=f（Q）（3），则通行效率E表示为：E=Q·f（Q）（4）。假设路口的交通信号灯的周期是T，绿灯放行的时间是g，四相位路口通行效率为：[XCimage278.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（5）

1.2.2二相位交通通行效率

两相位交叉口时，设本车道的车流是a，而冲突车道的车流是b，假设有m个冲突的车道，则第i个冲突车道的车流量与车速之间表达式为：[XCimage279.tif；%40%40，JZ]（6）而延误时间[XCimage280.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（7）

设各个冲突车道通行的时间为gi，整个的信号周期全部时长是T，而时间可以测量，因此将模型变形为：

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

将整个路网分解为直行路段和路口路段，其中路口分为c个四相位路口和d个二相位路口，因此，整个路网的通行效率为：[XCimage283.tif；%50%50，JZ]〖JY〗（9）

2 仿真实验结果分析

2.1 仿真环境的构建

分析在整个路网中，假设整个路网为3*3的9个路口组成，每个路口交通信号周期均为T，放行时间g为可调的。通过设定路口的放行时间仿真出不同放行时间下的路网通行效率。

2.2 车速度—车流量模型

为了得到相应的车速度与车流量的模型，四相位路口和二相位路口模型分别采取石家庄市中华大街—中山路交叉口和维明大街—新石南路交叉口的实际数据来求得相应的关系式。通过测量车流量与车平均速度的实际数据，可以得到表达式为：

维明大街—新石南路交叉口为二相位控制的交叉口，在路口通行时存在交通延误，所以通过实际测量可以得出延误时间与车流量的关系式为：

2.3 路网通行效率仿真

如下图1所示，为了能够更好的模拟整个路网的交通状况，仿真过程中将路口1，3，5，7，9设计为二相位控制交通信号灯的交叉口，将2、4、6、8设计为四相位控制交通信号灯的交叉口。

仿真中假设每条道路均为两车道，仿真可分为以下两部分：

（1）在路口放行时间不改变时，逐渐增加整个路网的整体车流量：研究分析车流量增加对整个路网的交通通行效率的改变，仿真结果如图2所示：

（2）在整体车流量恒定为1500（veh/h）的前提下，分别改变二相位和四相位路口下的放行时间：设定每个方向总体时间为75s，改变的放行时间为10s—60s之间，分析改变放行时间后对整个路网的交通通行效率的改变，仿真结果如图3所示：

3 结语

通过实验仿真，可以观察到在车流量不断增加情况下，整个路网的交通通行效率在不断地降低。为了能够找到一个好的解决通行效率的问题，本文完成了进一步的仿真，即通过改变每个路口的放行时间来观察整个路网的通行效率。仿真数据结果显示，当车流量增加到一定程度时，放行时间并不是越多越好，而是与当前的通行车辆与效率等因素相关。

参考文献：

[1]张惠玲，王益，尹宝计，等.基于实时延误的交叉口控制方案优化分析[J].广西学学报（自然科学版）， 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]張东媛，蒋燕，李季星.基于路网有效通行效率的路段重要度评价方法[J].公路与汽运，2014，165（1）：3134.

[5]沈明江，刘丰军，朱慧，朱潇赢.通行效率评价体系研究及杭州应用实践[J].公路交通科技，2016，135（3）：337340.

[6]沈家军，王炜.道路交叉口通行效率与冲突强度模型研究[J].公路交通科技，2010，27（8）：9195.

〖HTH〗基金项目：〖HTK〗河北省科学技术厅自助课题（16040601Z）

作者简介：陈士举（1992），男，河北邢台人，硕士。

〖HTH〗*通讯作者：〖HTK〗李春明（1972），女，河北石家庄人，博士，副教授，研究放向为模式识别、运动目标检测与识别等。