基于模糊控制系統(tǒng)的交通影響程度評價模型

在進行新的土地開發(fā)時，開發(fā)項目產(chǎn)生的交通量勢必對項目周圍路網(wǎng)造成一定的影響。對于影響程度的大小是一個模糊概念，它不僅和開發(fā)項目本身有關(guān)（土地利用角度），又與項目周圍的交通狀況有很大的關(guān)系（交通系統(tǒng)角度）[1]。當項目周圍的交通現(xiàn)狀相對擁擠時，開發(fā)項目即使生成的交通量很少，也會對周圍路網(wǎng)造成較大影響，因此從交通系統(tǒng)和土地利用相結(jié)合的角度來研究影響程度這一問題顯然是非常必要的。本模型就是基于此種考慮，建立一個對交通影響程度進行評價的模糊控制系統(tǒng)模型。

1.問題分析

建立一個模糊控制系統(tǒng)模型首先要確定控制系統(tǒng)的輸入、輸出變量。對于交通影響程度評價系統(tǒng)來說，我們不難發(fā)現(xiàn)，交通與用地就是我們所需要的輸入變量，而對于輸出變量則可直接采用交通影響程度這一概念，而并非經(jīng)常所述的交通滿意程度的概念。因為用交通影響程度更能直接反映出開發(fā)項目對周圍路網(wǎng)的交通影響，同時也有利于建立該模糊控制系統(tǒng)模型。在輸入變量的界定中，交通系統(tǒng)可以用周圍路網(wǎng)的平均負荷度來衡量，而對于用地系統(tǒng)來說，采用開發(fā)項目高峰小時生成交通量來衡量，這一指標在一定程度上反映了土地利用的性質(zhì)、規(guī)模及區(qū)位等系列特征，因此是一個比較理想的度量指標。

2.模型變量說明

（1）VPH（Vehicle Per Hour）：高峰小時項目生成交通量；（2）VDC (Vehicle Divide Capacity):項目周邊路網(wǎng)平均負荷度；（3）TID (Traffic Impact Degree)：開發(fā)項目對周邊路網(wǎng)的交通影響程度；（4）Myrule：模糊數(shù)學中由模糊條件語句組成的規(guī)則庫（IF…THEN語句）；（5）Time：模糊控制系統(tǒng)的時間；（6）Timestep：模糊系統(tǒng)控制的時間步長；（7）T：實現(xiàn)系統(tǒng)自增變量。

3.基于模糊控制系統(tǒng)的交通影響程度評價模型

（1）模型框架

基于上述分析和及模型變量說明，利用模糊控制語言FCL(Fuzzy Control Language)，我們不難建立如圖1所示的模糊控制系統(tǒng)模型。

（2）隸屬度函數(shù)

分別對兩個輸入變量建立隸屬度函數(shù)，對系統(tǒng)的輸出變量同樣也建立隸屬度函數(shù)，如圖2所示。

（3）模糊邏輯規(guī)則庫

模糊控制系統(tǒng)模型中對于模糊邏輯規(guī)則庫的建立是至關(guān)重要的，建立規(guī)則庫不可能憑空想象，一定要建立在已有實踐項目及專家經(jīng)驗的基礎(chǔ)上才能得到比較理想的結(jié)果，從而更能體現(xiàn)出本模型的實用價值。因此在建立本系統(tǒng)模型之前筆者參考了大量的相關(guān)資料，如北京工業(yè)大學的自然基金項目《交通影響分析體系研究》[2]、《交通影響分析指南》等，得到了25條比較切合實際的模糊邏輯規(guī)則語言。如其中一條模糊語言：IF VPH is Low and VDC is Low， THEN TID is Low.

（4）模糊控制點界定

根據(jù)道路通行能力手冊（Highway Capacity Manual，簡稱HCM），一般認定VDC<0.4時，車輛處于不受阻礙的自由流狀態(tài)[3]；而VDC>0.9時，道路服務(wù)水平由D變成了E，這也是模糊控制系統(tǒng)需要做出敏銳反應(yīng)的突變點。對于高峰小時交通量，美國等發(fā)達國家的大城市由于其機動化水平較高，因此規(guī)定進行交通影響分析的上限也比較高，VPH取100PCU/h，即單向高峰小時項目生成交通量超過100pcu，就認為由它造成的交通影響是不能接受的，該項目必須進行交通影響分析。而國內(nèi)一些大城市如南京市規(guī)定為60PCU/h，即建設(shè)項目單向高峰小時項目生成交通量超過60PCU/h，該開發(fā)項目也必須進行交通影響分析。顯然對于本模糊控制系統(tǒng)模型而言，VPH=60PCU/h也是模糊控制系統(tǒng)的一個突變點。

（5）模糊控制系統(tǒng)推理結(jié)果

筆者對模糊控制系統(tǒng)進行正負兩個方向的模擬。首先是VDC和VPH都逐漸增大，即正方向模擬；另一種情況是VPH增大，VDC逐漸減小，即負方向模擬。兩種情況的模擬結(jié)果如圖3、圖4所示。

4.模型結(jié)果分析

（1）正方向模擬結(jié)果分析（見表1）

顯然，交通影響程度TID與項目周邊路網(wǎng)平均負荷度VDC和高峰小時項目生成交通量VPH是成正比關(guān)系的，因此模擬結(jié)果是一條階梯遞增函數(shù)曲線。對于1號突變點是由VDC=0.4這一模糊控制點所導(dǎo)致的結(jié)果。因為VDC<0.4時，車輛是以自由流行進的，而一旦超過這個值，車輛運行條件將發(fā)生明顯的變化，因此交通影響程度TID也產(chǎn)生了突變，從0.15突增至0.58；而對于2號突變點則是由VPH=60PCU/h這一模糊控制點造成的，原因如前所述。TID由0.58增加到0.82；對于最后的3號突變點是由VDC=0.9導(dǎo)致的，也就是道路服務(wù)水平由D級降低到E級這一臨界狀態(tài)，因為一般要求城市市郊區(qū)道路服務(wù)水平不得低于D級，因此模糊控制系統(tǒng)對這一臨界狀態(tài)也產(chǎn)生了敏感的突變。TID由0.82增加到0.95。

（2）負方向模擬結(jié)果分析（見表2）

由于高峰小時項目生成交通量VPH是單調(diào)遞增，而項目周邊路網(wǎng)平均負荷度VDC是單調(diào)遞減的，因此生成的曲線顯然不是簡單的遞增或者遞減。各個突變點說明如下：系統(tǒng)模擬開始時，VPH值很小，因此交通影響程度TID就取決于VDC，即交通影響程度TID隨VDC的下降而呈階梯下降。1號突變點是由于VDC=0.9這一模糊控制點導(dǎo)致的，因為VDC=0.9是道路服務(wù)水平D級與E級的分隔值，交通影響程度TID由0.82降低至0.58；2號突變點的形成原因是VDC=0.75， 也就是道路服務(wù)水平C級與D級的分隔值，交通影響程度TID由0.58降低至0.31。由于VDC的逐漸下降，其對交通影響程度TID的作用越來越小，同時由于VPH的逐漸增長，使其成為了影響交通影響程度TID的主流因素，因此交通影響程度又開始呈現(xiàn)階梯遞增現(xiàn)象，其中3號突變點就是由于VPH=60PCU/h導(dǎo)致的結(jié)果，交通影響程度TID由0.31增加至0.58；而4號突變點是由VPH=100PCU/h這一模糊控制點導(dǎo)致的，交通影響程度TID由0.58降低至0.82。VDC的繼續(xù)下降必然使得原來的交通系統(tǒng)進入自由流狀態(tài)，而當VDC=0.4時，如正方向模擬結(jié)果分析，使得VDC占據(jù)了主導(dǎo)影響因素的地位，同時VPH已經(jīng)超過了臨界值，它的繼續(xù)增大也只是簡單的量的積累，而不會成為影響TID的主要因素，因此形成了5號突變點，交通影響程度TID由0.82降低至0.58。同時在VDC=0.4的影響下，系統(tǒng)又進入了階梯遞減的狀態(tài)。值得說明的是，雖然5號突變點是由于VDC=0.4而形成的，但由于VPH已經(jīng)超過臨界值，因此5號突變點位置的交通影響程度TID還是很大的，與VDC=0.9時基本相當。

5.結(jié)論

本文借助模糊控制系統(tǒng)平臺POPFUZZY模擬軟件，結(jié)合交通影響評價理論，建立了基于模糊控制系統(tǒng)的交通影響程度評價模型，有一定的原創(chuàng)性。從模型結(jié)果分析中不難看出，各個突變點都很好地反映了項目周邊路網(wǎng)平均交通負荷度與項目高峰小時生成交通量對交通影響程度的靈敏度，這些模糊控制點也是符合當前國內(nèi)外專家在這一領(lǐng)域的研究成果。更值得一提的是，在階梯之間的曲線很好的反映了負荷度和高峰小時交通量在非臨界點狀態(tài)下輸入輸出變量之間的曲線關(guān)系，這就為具體項目的交通影響評價工作提供了技術(shù)參考與評價準則。

由于模糊控制系統(tǒng)的核心是模糊邏輯規(guī)則庫，而規(guī)則庫的建立又受制于已有的研究成果，如何進一步完善模糊邏輯規(guī)則庫將是未來該課題深化研究的重點。

參考文獻：

[1]潘有成，莫海波.新開發(fā)區(qū)域建設(shè)項目交通影響評價及其應(yīng)用研究[J].重慶交通學院學報.2007，26(2):140-144.

[2]王麗.大城市交通影響分析體系研究[D].北京:北京工業(yè)大學，2001.

[3]李作敏.交通工程學（第二版）[M].北京:人民交通出版社，2003.

(責任編輯：趙靜)