小區(qū)開放對道路通行的影響

龔長會，包曉潔，管怡成

（南京郵電大學 貝爾英才學院，江蘇 南京 210023）

小區(qū)開放對道路通行的影響

龔長會，包曉潔，管怡成

（南京郵電大學 貝爾英才學院，江蘇 南京 210023）

近年來，我國小區(qū)對外開放問題越來越引起人們的關(guān)注，就小區(qū)開放后對周邊道路通行的影響設(shè)立了合理的評價指標，建立了關(guān)于車輛通行的二流交通模型，對小區(qū)開放前后的排隊長度、飽和度與延遲時間做出模擬數(shù)學的綜合評價，以分析不同類型小區(qū)結(jié)構(gòu)及周邊道路結(jié)構(gòu)、車流量等開放后的效果。

二流交通模型；蒙特卡洛模擬；模擬數(shù)學

1 研究背景

隨著中國經(jīng)濟的不斷騰飛，城市的擁堵現(xiàn)象日益嚴重。從2016年初國務院提出關(guān)于街區(qū)制小區(qū)和單位大院開放的意見以來，城市規(guī)劃和交通管理部門就小區(qū)開放對周邊道路通行的影響進行了研究。本文選取成都市3個開放式小區(qū)出入口處120m的城市道路為研究對象，首先建立道路通行的二流交通模型；然后依據(jù)蒙特卡洛模擬和二流交通理論求解該模型，并結(jié)合模糊數(shù)學得到評價結(jié)果，對小區(qū)開放前后是否緩解交通壓力作出評估。

2 模型的建立與求解

2.1 排隊長度

運動車輛形成的交通流為行駛交通流，停止車輛形成的交通流稱為阻塞交通流，這兩種交通流即為交通二流理論[1]對車輛的劃分。針對多車道公路，交通二流理論采用平均車道排隊長度來衡量整條公路的堵車情況。我們需要結(jié)合小區(qū)開放的實際情況對排隊長度公式予以討論。

（1）小區(qū)尚未開放。在研究多車道單出入口公路時，可以通過單一出入口這一條件，得到進入這條公路的汽車總數(shù)總是與駛出該公路的汽車總數(shù)相等的結(jié)論，如下式：

其中：Mi(j,t)是在t時間內(nèi)通過該條多車道單出入口公路入口的車輛總和，Mo(j,t)是在t時間內(nèi)通過該條多車道單出入口公路出口的車輛總和，j為該條多車道單出入口公路的具體車道序號，n是該條多車道單出入口公路總共擁有的車道總數(shù)；Ms是起始時刻位于該公路出入口之間所有車道的車輛數(shù)；Ms′(t)是t時刻位于該公路出入口之間所有車道的車輛數(shù)。

由于交通密度對車輛排隊長度公式的使用范圍有著很重要的限制，所以對于交通密度我們需要分段進行考慮。根據(jù)交通密度將道路分為空閑、擁擠與阻塞三種運行情況，綜合考慮得出計算公式。

因此可得車輛排隊長度的適用條件如下：

（2）小區(qū)完全開放。基于小區(qū)開放對周邊公路增添出入口數(shù)目的不確定性，以及小區(qū)內(nèi)部道路沒有指定方向且不與周邊道路類似的實際情況，提出合理假設(shè)：①小區(qū)道路既可以進入周邊道路，又可以駛出周邊道路，可將一條周邊道路的全部小區(qū)道路出入口等效為一個出口，一個入口。②對于使用小區(qū)出入口的車輛，其進入小區(qū)的概率為Pi，駛出小區(qū)的概率為Po，且兩者都是關(guān)于時間t的函數(shù)，滿足Pi(t)+Po(t)=1。

現(xiàn)根據(jù)上述兩條假設(shè)，研究小區(qū)車流量的計算公式。首先計算小區(qū)理論最大車流量，理論最大車流量即小區(qū)居民將車輛全部開出小區(qū)或駛?cè)胄^(qū)時通過小區(qū)出入口的值，其計算公式如下：

其中，fvmax為小區(qū)最大車流量，C為小區(qū)人均擁有車輛，R為小區(qū)人數(shù)。

張子翔：畫院要根據(jù)自身體制類別的不同和各地經(jīng)濟發(fā)展不平衡特點，以求真務實的精神進行改革。認不清改革的形勢，安于現(xiàn)狀，不思進取，會逐步被時代所淘汰。畫院在當前的形勢之下，存在著諸多與改革不相適應的地方，管理體系混亂，制度約束缺損，隊伍青黃不接，資金保障不足，陣地窗口萎縮等問題，阻礙著畫院的發(fā)展壯大。畫院要發(fā)展，就應在領(lǐng)導班子、編制體制、隊伍建設(shè)、陣地建設(shè)、創(chuàng)作研究、藏品管理等方面進行大膽的改革，逐步地、穩(wěn)健地向前推進，以應對不斷發(fā)展的社會形勢需要。

其次探討小區(qū)實際車流量，由于上式已得出小區(qū)理論最大車流量，因此設(shè)定小區(qū)出入系數(shù)kv(t)，這是一個關(guān)于時間的變量，范圍是(0,1)，小區(qū)出入系數(shù)kv(t)在居民上下班高峰會變大，在午夜及凌晨會變小。因此可得小區(qū)實際車流量：

由于上式只是表示小區(qū)出入車流量的總和，因此還必須利用假設(shè)（2）中的進出小區(qū)概率來描述，如下式：

由于道路的車輛流量是守恒的，因此可得到小區(qū)完全開放后周邊道路平均車道排隊長度公式：

由于上述車流速度、車流量對于車流密度的限制，因此必須對排隊長度公式限定使用范圍，所得公式如下：

2.2 基于蒙特卡洛算法的排隊長度計算

選取三個不同小區(qū)出入口周邊120m的城市道路在小區(qū)開放前后的車輛排隊長度作為研究對象，以每隔10s選取一個觀測點的方式，將一個小時劃分成360個觀測點對排隊長度進行研究。根據(jù)每隔10s選取一個觀測點的方式，需要對上述參數(shù)進行轉(zhuǎn)化，將各個道路通行能力轉(zhuǎn)化為每10s的汽車當量。

由于實際路況中對于同一路段，其進出車流大小并不會永遠與實際道路通行能力相等，因此在相對短的時間內(nèi)，道路進入車流與道路駛出車流可以看作基于均值為實際道路通行能力的隨機數(shù)據(jù)；而小區(qū)駛出車流、小區(qū)駛?cè)胲嚵饕才c前者道路進入車流和道路駛出車流有同樣的規(guī)律，即小區(qū)駛出車流、小區(qū)駛?cè)胲嚵髟谙鄬Χ痰臅r間內(nèi)也可以看做基于均值為小區(qū)實際道路通行能力的隨機數(shù)據(jù)。

（1）構(gòu)造或描述概率過程。將道路進入車流、道路駛出車流、小區(qū)駛出車流和小區(qū)駛?cè)胲嚵髯鳛殡S機數(shù)據(jù)，以平均每10s進入或駛出車輛的均值為道路進入車流和道路駛出車流，即可得出的1.75pcu/10sec，再設(shè)定隨機過程方差為0.1；對駛出小區(qū)車流和駛?cè)胄^(qū)車流，以平均每10s進入或駛出小區(qū)車輛作為均值，取小區(qū)駛出車流均值為1.1pcu/10sec，小區(qū)駛?cè)胲嚵骶禐?.9pcu/10sec，再設(shè)定隨機過程方差為0.1。

（2）實現(xiàn)從已知概率分布抽樣。因為以10s為間隔將一個小時分成了360個觀測點，因此對以上數(shù)據(jù)道路進入車流、道路駛出車流等各進行360次隨機，共得到360組隨機數(shù)據(jù)；并根據(jù)小區(qū)開放前后周邊道路平均車道排隊長度公式和上述隨機值得到從0時刻計時開始至t時刻截止通過該條多車道單出入口公路入口的車輛總和和通過車出口車輛總和等值。

（3）建立各種估計量。根據(jù)上述步驟中得出的道路進入車流、道路駛出車流、小區(qū)駛出車流和小區(qū)駛?cè)胲嚵麟S機數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)代入公式，計算出這1h內(nèi)360個觀測點的排隊長度，結(jié)果見表1：

表1 小區(qū)開放前后周邊道路平均排隊長度

2.3 飽和度

飽和度為道路上交通流量的總量與實際道路通行能力的比值，本文對基于小區(qū)開放與否對延誤時間做出定量研究，其計算方式如下：

其中：b為路段飽和度，Qz為路段總交通流量，Qs為實際道路通行能力。

2.4 延誤時間

延誤時間已經(jīng)在問題一中給出物理概念，而本文對基于小區(qū)開放與否對延誤時間做出定性研究，其計算方式如下：

其中：ty為延誤時間，單位是s；tx為車輛在路段上一個信號燈周期內(nèi)綠燈所占的時間；tz為車輛在路段上一個信號燈周期所占的時間；b為最大服務交通量與基本通過能力之比。

2.5 綜合評價

通過使用谷歌地球的路況功能獲得三個目標小區(qū)開放前后出入口周邊120m路段1h的車輛通行情況的數(shù)據(jù)，將獲取到的數(shù)據(jù)帶入模型中得到三個小區(qū)的三種指標的定量數(shù)據(jù)，見表2：

將各小區(qū)開放前后指標的值，使用模糊綜合評價模型求得各小區(qū)開放前后對周邊道路影響的評價結(jié)果如下：

表2 小區(qū)開放前后指標值

三組數(shù)據(jù)對應三個小區(qū)，每組數(shù)據(jù)的前后兩個值分別代表每個小區(qū)開放前后的評價結(jié)果。由評價結(jié)果可知，小區(qū)1的開放緩解了其周邊道路的交通壓力，小區(qū)2和3的開放對其周邊道路的交通不利。

3 結(jié)果分析

由表2可知，在求解交通二流模型后，小區(qū)1在小區(qū)開放后的平均排隊長度變小，而小區(qū)2和3在小區(qū)開放后的平均排隊長度都變大；3個小區(qū)開放后使得周邊道路的飽和度都變大；小區(qū)2延誤時間變小，小區(qū)1和3的延誤時間變大。

由此可見小區(qū)開放后對周邊道路的三個評價指標的影響是不一定的。從模糊數(shù)學的綜合評價結(jié)果來看小區(qū)1在開放后可以緩解周邊道路的交通壓力，而小區(qū)2和3在開放后對周邊道路的交通卻會造成不利影響。從模型檢驗的角度來說，這個結(jié)果符合周邊道路通行能力在3個小區(qū)開放后的結(jié)果，因此我們可以知道部分小區(qū)適合對外開放，部分小區(qū)不適合對外開放，具體效果需要針對具體小區(qū)來分析。

[1]韓延玲.智能交通系統(tǒng)中視頻車輛檢測與定位技術(shù)研究[D].杭州:杭州電子科技大學,2011.

Influence of Community Open-up on Road Connectivity

Gong Changhui,Bao Xiaojie,Guan Yicheng
(Bell Honors School,Nanjing University of Posts&Telecommunication,Nanjing 210023,China)

In this paper,we established the index system for the evaluation of the impact of community open-up on the connectivity of the surrounding roadways,built the two-fluid traffic model and then evaluated comprehensively the queuing length,traffic saturation and waiting time of the roadways before and after the open-up of the community.

two-fluid traffic model;Monte Carlo simulation;mathematicalsimulation

F224.0;U116.5

A

1005-152X(2017)01-0098-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.020

2016-09-12

龔長會，男，江蘇揚州人，南京郵電大學貝爾英才學院學生，主要研究方向：信息安全。