基于车辆分流模型的开放小区交通规划研究

尚夏 上海海事大学 交通运输学院

基于车辆分流模型的开放小区交通规划研究

尚夏 上海海事大学 交通运输学院

针对某些城市的某些区域城市高峰时段道路拥堵问题，我国提出“开放小区”的概念，其实质即为车辆分流。本文运用车辆分流模型来探究小区开放以缓解道路交通拥堵问题。首先，用BPR函数计算出路网中车辆在每条可行路径上的平均运行总时间，以此作为车辆分流模型中衡量道路通行能力标准；其次，以交通网络车流量达到均衡时，路网中平均行车时间最小为目标建立了车辆分流模型，研究分流车辆达到平衡时车辆分配问题。

交通流分配 小区开放 车辆分流

一、研究背景

2016年，国务院提出了建设“开放小区”的意见，以缓解高峰时段的交通拥堵问题。将开放小区和车辆分流有机结合，已成为缓解高峰时段交通拥堵的有效途径。虽然我国学者对于是否应该开放小区做过一定程度的研究，但多为定性分析或仅集中在某一类型的小区，不能定量地分析不同模式的小区对于周边道路通行情况的影响。本文建立了交通高峰时段车辆分流模型，研究不同模式小区开放对周边道路的影响，以缓解小区周边路网的道路拥挤。

二、道路交通拥堵评价模型的建立

道路拥堵对车流量的影响将最直接作用于其所在的交通网络，导致路段通行能力发生改变。因此，对于道路交通拥堵评价体系，可以用车辆在单条道路上所花费的行驶时间来表示。

而实际车流是均匀分布在一个交通网络中而相互影响，共同决定车流的运行总时间。假设车辆平均分布的交通网络中，各交叉路口节点共组成M条路段，每条路段上的车流是随机的，并且车流驶入方向固定，那么车辆从一个固定的起点通过一个交通网络到达一个固定的终点时，可以选择交通网络中N条可行路径，车辆流通过此交通网络的总时间等于每一可行路径所有车辆运行总时间的总和。所以车辆运行的总时间为：

小区开放后，车辆将可以通过小区内部，相当于原交通网络中又多了若干条道路组成的网络，车辆将可以从小区内部进行分流。假设发生小区内新开放的道路为，则当交通网络中车流量达到平衡时，车辆运行的总时间为：

同时，考虑到每个交通网络中的道路数量不同，在其他条件相同的情况下，车辆在可行路径数量多的路网中运行的总时间必定大于其在可行路径数量少的路网中运行的总时间。为了更好的衡量某一路网中的道路通行能力，以该路网中车辆在每条可行路径上的平均运行总时间作为最终的衡量标准，其关系式可表示为：

上述四式中：Tji表示第条可行路径上第条道路上车流运行时间；表示第条可行路径上第条道路上车辆在畅行状态下车流的运行时间；Cji表示第条可行路径上第条车道道路通行能力；表示第条可行路径上由拥堵的路段分流到畅通的路段的车流量；表示第条可行路径上由路段分流到小区开放的路段的车流量为该交通网络中总的可行路径数量；为各交叉口节点组成的路段总数。

三、车辆分流模型的建立

（一）交通路网的矩阵表示方法

一个交通节点路网的基本参数，可以用矩阵的形式来描述，这样可方便将算法程序化，其中矩阵的行序号表示起点，列序号表示终点。

（二）可行路径求解

为方便计算，首先根据一个具体路网的道路通行能力矩阵，求解一个可行路径矩阵，求解出来的可行路径矩阵每一行都表示一条可行路径，分别用对应的节点编号表示，矩阵的行数表示可行路径的条数，这样就可以求出路网中所有可行路径。接着向后逐步位移依次筛选，直至到达终点。最后向后逐步排除无效位点得到最终的可达路径。

（三）运行时间计算

车辆经过开放小区道路进行分流必须使被分流车辆最后一辆车到达目的地的时间为最短。其线性规划模型为：。式中为出发点到终点间可行路径的通行时间矩阵；为所有可行路径中的最大值；是指当所有路径中最大通行时间最小时，可以实现车辆分流时间上的最优化。

（四）车辆初始分配算法

初始分配是首先求出两固定节点之间路网中饱和度最小的路段。该路段车流密度最小，向这种路段添加车辆有利于交通流合理分配。分配单位车辆后，再重新计算路段的饱和度，分配下一辆车辆，直到所有的O辆车全部被分配，然后输出初始分配后的流量矩阵Q。此时，整个路网处于一种合理的饱和度状态。

（五）最优时间程序设计

车流经过上述分配后，分流并不是一种时间上的最优化，还需要调整车辆在路网中的布局，直至算出最短的通行时间，以确认分配是一种最优时间分配。最优时间程序设计是以这个最大通行时间为标准，将此路段上的单位车辆分别调整到其他路段，并计算通行时间，如果存在比这个最大时间还小的时间，那么重复上述步骤再次调整，直到找不到比这个时间更短的时间。此时最短时间就是所求的最小时间。

[1]周杨,钱才云.与城市交通空间发生行为互动的住区界面设计[R].国际绿色建筑与节能大会, 2013.

[2]李向朋. 城市交通拥堵对策—封闭型小区交通开放研究[D]. 长沙理工大学, 2014.