城市道路通行能力建模及实例分析——以普洱市思茅区园丁路与茶苑路十字交叉路口为例

黎 凯

新疆叶城县公安局，新疆 叶城 844900

引言

交通问题长期以来一直是困扰人们的一个社会问题，随着社会的发展，交通拥挤现象变得更加严重，尤其是城市道路交通拥挤现象更为突出。分析普洱市思茅区城市道路通行能力，特别是关键十字路口在交通高峰期的道路通行能力。目前，国内外利用数学模型的思想对交通能力的分析研究还比较少，几乎没有学者用数学模型对中小型城市交通通行能力进行分析[1]。鉴于此，建立城市道路通行能力的数学模型并结合普洱市思茅区园丁路与茶苑路城市道路十字交叉口具体交通流进行实例分析，希望通过所建立的数学模型，分析普洱市思茅区交通状况，为普洱市思茅区交通规划提供一定的参考依据。

1 城市道路通行能力及影响因素

城市道路通行能力指城市道路设施所能疏导交通流的能力。即在某一固定的时间段正常的道路基础、交通、管制及运行质量要求下，道路设施允许通过交通流媒质点的能力。通行能力一般以（辆/小时）、（当量标准小客车/小时）表示，基本单位是：（当量标准小客车/小时/车道）。城市道路通行能力实质上是道路承载性能的一种衡量，它既反映了道路承载交通的最大能力，也反映了在特定前提下，道路所能允许车辆运行的极限值。

影响城市道路十字交叉路口通行能力的主要因素有：十字交叉路口所处位置、所占面积、形状、车道宽度、几何线形、环境条件、相交车流通过交叉口的运行方式、交通管理措施、冲突点和交织点等方面的影响，十字交叉路口可出现16 个冲突点和4 个交织点[2，3]。

2 普洱市思茅区城市道路通行能力及影响因素

2.1 道路通行能力的现状

普洱市思茅区地势狭长呈一个不规则的椭圆，南北长东西短，通行能力强的主干道太少。南北走向的主要道路有：普洱大道、茶城大道、宁洱大道、园丁路，东西走向的主要道路有：茶苑路、石龙路、林源路、振兴大道。主干道附近学校分布较多，上、下班高峰期和上学、放学高峰期同时出现导致学校附近的主干道经常出现交通拥堵。静态车位较少，远不能满足普洱市思茅区现有的机动车。如果是遇上雨天，环岛和学校周边交通拥堵现象更加严重。

园丁路北段为双向六车道，园丁路南段为双向四车道，茶苑路为双向四车道，位于中心住宅区，茶苑路西段与园丁路北段相夹的是普洱市园丁小区，茶苑路西段与园丁路南段相夹的是普洱市思茅区公务员小区，茶苑路东段与园丁路南段相夹的是普洱市人民医院妇产儿童医院，这里是人流、车流比较集中的地方，上、下班高峰期和上学、放学高峰期经常出现交通拥堵。

2.2 影响城市道路通行能力的因素

影响普洱市思茅区城市道路通行能力的主要因素有：车多路少，道路等基础性设施与机动车增长量差距过大，认可道路太少，通行能力强的主干道太少，静态车位太少与普洱市思茅区机动车拥有量不协调，从而导致乱停乱放，影响正常的交通运行，进一步导致交通拥挤，甚至交通堵塞，交通管制和平面交叉口的信号配置不合理，大大降低了普洱市思茅区城市道路通行能力。

园丁路与茶苑路十字交叉路口所占面积、形状、车道宽度、几何线形、周边环境、信号灯的位置设置和信号配置、交通参与者的意识和素质、机动车的类型、气候等。

3 普洱市思茅区城市道路的通行能力建模

3.1 问题的分析

交通问题是一个重要的社会问题，特别是城市道路平面交叉口的设计，城市道路平面交叉口是车流、人流最为集中的点，是城市道路相互衔接的重要环节，道路交叉口成为城市交通能否快速通畅的关键部位[4]。因此本文就普洱市区园丁路与茶苑路十字交叉口的7：00-8：30 和17：00-18：30，这两个时段的通行能力进行研究，因为7：00-8：30 和17：00-18：30 正好上下班高峰期和上下学高峰期。园丁路与茶苑路十字交叉口贯穿了整个普洱交通量较大的地区，交叉口所在的区域涉及学校、住宅小区和交易市场等。

3.2 模型的假设

交通流可以近似的看作流体，交通流只受到交通信号灯的影响，不受外界的影响。如：气候、行人等。若路上车辆很少时，则汽车将以其可能的最大速度行驶。在一定的密度下（拥挤以至发生堵塞时）汽车将停止不动。

汽车为标准长度的小轿车、公交车、客车、大货车、小货车、电动车、自行车。当十字交叉口的信号灯变为绿灯时电动车与小轿车的通行比率为1：1.6；自行车与小轿车的通行比率为1：2.3；本文数据收集的计时周期为7：00-8：30；17：00-18：30，时间周期为10 分钟一段；计算出的通行能力数据取进一法[5]。

3.3 模型的准备

模型代码

表1 混合车队的

表1 混合车队的

大车：小车 2：8 3：7 4：6 5：5 6：4 7：3 8：2（S） 2.65 2.95 3.12 3.26 3.30 3.34 3.42

3.4 模型的建立与求解

3.4.1 车道的设计通行能力的分析

一条直行车道的设计通行能力计算公式为：

3.4.2 影响车辆通行能力的主要因素

多车道对路段通行能力的影响，一般靠近中心的车道为快车道，速度更快一点，通行能力为最大，折减系数条=1.00，靠中心的第二条车道为行车道，速度比超车道慢一点，通行能力次之。折减系数为0.80～0.89，一般取条=0.85。靠中心的第三条车道为慢车道，速度比最慢，通行能力最小。折减系数为0.65～0.78，一般取条=0.70。车道宽度对路段通行能力的影响，车道宽度b 与车道的通行能力具有紧密的联系，具体折减系数车道见下表2：

表2 车道宽度修正系数

交叉口对路段通行能力的影响因素[9,10]，按交叉口对路段通行能力的折减系数为交=0.81。

综合考虑上面影响车辆设计通行能力的折减系数，则路段的设计通行能力为：

设计通行能力是按不同服务水平条件下所具有的通行能力[11]。

3.4.3 车道的可能通行能力的分析

按照《城市道路设计规范》（CJJ 37-90）[12]建议的一条车道理论通行能力，可确定一条直行车道的基本通行能力为，见表3。

表3 《城市道路设计规范》建议的一条车道理论通行能力

由表3 的数据可以得到和有密切的关系，首先我们使用数据拟合的方法得到和的近似数学表达式。首先使用数学软件maple 得到和 的散点图（图1）

使用数学软件（maple）采用最小二乘法进行数学拟合可以得到和满足（maple 程序见附录）

综合考虑上面影响车辆通行能力的折减系数，则路段可能通行能力为

4 普洱市思茅区城市道路通行能力实例分析

4.1 园丁路与茶苑路交叉口的设计通行能力

园丁路北段为双向六车道，园丁路南段为双向四车道；茶苑路为双向四车道，园丁路与茶苑路十字交叉口控制信号灯的设置，园丁路为直行、左转分行，直行有效绿灯时间=30s；左转有效绿灯时间=35s；茶苑路东段为直行和左转混行，直行和左转有效绿灯时间=35s；茶苑路西段为直行和左转混行，直行和左转有效绿灯时间=35s；园丁路与茶苑路信号灯周期=145s；其中一周期的损失时间为=10s为茶苑路东段直左转车所占的比例，为茶苑路西段直左转车所占的比例。取=2.3s，=2.60s，=0.9，=30%，=50%，则代入

得园丁路（北进口）直行通行能力为：

园丁路（北进口）直行右转通行能力为：

园丁路（北进口）直行左转通行能力为：

所以园丁路（北进口）通行能力为：

得园丁路（南进口）直行通行能力为：

园丁路（南进口）直行右转通行能力为：

园丁路（南进口）直行左转通行能力为：

所以园丁路（南进口）通行能力为：

得茶苑路（东进口）直行通行能力为：

茶苑路（东进口）直行右转通行能力为：

茶苑路（东进口）直行左转通行能力为：

所以茶苑路（东进口）通行能力为：

得茶苑路（西进口）直行通行能力为：

茶苑路（西进口）直行右转通行能力为：

茶苑路（西进口）直行左转通行能力为：

所以茶苑路（西进口）通行能力为：

综上所述园丁路与茶苑路十字交叉口的设计通行能力为：

通过已经算出的设计通行能力，可以借助公式：

代入设计通行能力和信号灯周期, 求出每个信号灯周期设计通过的车辆数D；然后同样借助公式

4.2 园丁路与茶苑路交叉口的设计通行能力与实际通行能力的分析

由（4）、（5），代入园丁路与茶苑路交叉口的设计通行能力、一个计时周期内实际通过的车辆数和信号灯周期，得：

由原始数据可以换算出一个计时周期内实际通过的车辆数Ci，从而计算出每个信号灯周期实际通过的车辆数Di。

所以：

所以：

综上所述得：

从数字上可以看出在理想条件下即：园丁路与茶苑路十字交叉口的设计通行能力远低于实际交通流，已经不能满足交通流的需求。但是根据现实情况，加入行人等外界因素的影响，园丁路与茶苑路十字交叉口的设计通行能力将远远低于实际交通流，可能会出现长时间的交通阻塞；如果遇到恶劣的暴雨天气或者交通事故，园丁路与茶苑路十字交叉口的设计通行能力将不能满足交通流的需求，可能会出现区域性交通阻塞。

5 改进的方案和措施

5.1 城市道路平面交叉口控制原则

减少冲突点和交织点；控制相对行车速度；重交通流和公共交通优先；非均匀交通流的分离[4]。

5.2 城市道路平面交叉口控制方法

5.2.1 监控与人工控制

即交通高峰期和遇上暴风、雷雨等恶劣环境时，交通指挥中心通过监控观察寻找交通畅通的道路，然后通知执勤交警疏导车辆往畅通的道路通行。

5.2.2 信号与人工控制

即交通信号再加上交通民警辅助控制，适用于交通量很大且交通冲突较严重的平面交叉口。

5.2.3 车速指示标志控制与前置信号控制合并使用

据报道，前置信号控制与速度指示标志控制同时使用，可使在城市道路平面交叉口不停车通过的车辆数从城市道路平面交叉口通行能力的55%提高到70%-77%[5，13]。

6 结论与展望

影响普洱市思茅区城市道路通行能力的主要因素为： 道路功能和用途不明确，缺乏主干道路系统、不同等级的道路级配不合理，道路等基础性设施与机动车增长量差距过大，认可道路太少，静态车位太少与普洱市思茅区机动车拥有量不协调，交叉路口设置不合理，交通管制和平面交叉口的信号配置不合理，交通流诱导信息缺乏，交通管理和研究力量薄弱、交通意识淡薄，交通秩序混乱。

城市道路通行能力主要反映道路服务数量的多少或能力的大小，研究城市道路平面交叉口的通行能力计算方法是城市道路通行能力影响因素分析的基础。

城市道路基础条件，如：道路交通设施类型、道路平面和纵断面线形、道路横断面构成、交叉口的位置、大小和形状等等成为影响道路行车安全、运行速度、通行能力的主要因素。此外，城市道路基本交通条件，如：车辆的类型和性能不同，行驶方向不均衡，车道分布不合理等；城市道路交通管制条件如交通信号相位、时段、周期、绿信比等控制参数的设置，同样影响城市道路通行能力。