基于路網(wǎng)的通行效率分析

陳士舉 李春明 李燦東 楊鵬飛

摘要：本文針對整個路網(wǎng)的交通情況來建立模型，實現(xiàn)路網(wǎng)的通行效率計算。首先，根據(jù)車道交通流量不同和沖突不同，分別構(gòu)建二相位和四相位的交叉口通行效率模型，再整合建立整個路網(wǎng)的路口通行效率模型；然后，以單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡中交通流量所包括的全部車輛行駛的總里程來構(gòu)建整個的路段通行效率；最后，通過路段和路口的通行效率來計算整個路網(wǎng)的通行效率。

關鍵詞：城市交通；交通網(wǎng)絡通行效率；通行效率模型；路網(wǎng)交通

中圖分類號：〖HTK〗U491.2+65〖HTH〗文獻標識碼：A

近幾年來，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，私家車的數(shù)量已經(jīng)飛速的增長，所以導致道路的交通擁堵非常嚴重。最近的研究成果主要包括：以通行能力為優(yōu)化目標[1]和以延誤控制為優(yōu)化目標[2]等優(yōu)化方法。由于路口是由時間和空間組成的二維系統(tǒng)，再根據(jù)不同的交通狀況建立了路口通行效率模型。[3]

為了能夠更有效的計算出整個路網(wǎng)的交通通行效率[4]，在研究交叉口通行效率的基礎上，本文還加入了路段通行效率的計算。然后將交叉口和路段的通行效率結(jié)合起來，進而能夠計算出整個路網(wǎng)的交通通行效率。

1 路網(wǎng)通行效率模型建立

1.1 路段通行效率模型

假設車輛j表示在t時刻時，在某一路段上行駛的任意車輛，在短時間（用Δt表示）內(nèi)，車輛j行駛的距離為：

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

式（1）中，當Δt足夠小時，則全部車輛在（t，t+Δt）時段內(nèi)的速度變化波動非常小。

1.2 交叉口通行效率模型

德國研究者WemerBrilon認為：單一交通流的通行效率的表達式為：

1.2.1四相位交通通行效率

在四相位路口時，直行和左轉(zhuǎn)的車輛分別單獨放行，設Q和v0的關系式為：v0=f（Q）（3），則通行效率E表示為：E=Q·f（Q）（4）。假設路口的交通信號燈的周期是T，綠燈放行的時間是g，四相位路口通行效率為：[XCimage278.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（5）

1.2.2二相位交通通行效率

兩相位交叉口時，設本車道的車流是a，而沖突車道的車流是b，假設有m個沖突的車道，則第i個沖突車道的車流量與車速之間表達式為：[XCimage279.tif；%40%40，JZ]（6）而延誤時間[XCimage280.tif；%40%40，JZ]〖JY〗（7）

設各個沖突車道通行的時間為gi，整個的信號周期全部時長是T，而時間可以測量，因此將模型變形為：

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

將整個路網(wǎng)分解為直行路段和路口路段，其中路口分為c個四相位路口和d個二相位路口，因此，整個路網(wǎng)的通行效率為：[XCimage283.tif；%50%50，JZ]〖JY〗（9）

2 仿真實驗結(jié)果分析

2.1 仿真環(huán)境的構(gòu)建

分析在整個路網(wǎng)中，假設整個路網(wǎng)為3*3的9個路口組成，每個路口交通信號周期均為T，放行時間g為可調(diào)的。通過設定路口的放行時間仿真出不同放行時間下的路網(wǎng)通行效率。

2.2 車速度—車流量模型

為了得到相應的車速度與車流量的模型，四相位路口和二相位路口模型分別采取石家莊市中華大街—中山路交叉口和維明大街—新石南路交叉口的實際數(shù)據(jù)來求得相應的關系式。通過測量車流量與車平均速度的實際數(shù)據(jù)，可以得到表達式為：

維明大街—新石南路交叉口為二相位控制的交叉口，在路口通行時存在交通延誤，所以通過實際測量可以得出延誤時間與車流量的關系式為：

2.3 路網(wǎng)通行效率仿真

如下圖1所示，為了能夠更好的模擬整個路網(wǎng)的交通狀況，仿真過程中將路口1，3，5，7，9設計為二相位控制交通信號燈的交叉口，將2、4、6、8設計為四相位控制交通信號燈的交叉口。

仿真中假設每條道路均為兩車道，仿真可分為以下兩部分：

（1）在路口放行時間不改變時，逐漸增加整個路網(wǎng)的整體車流量：研究分析車流量增加對整個路網(wǎng)的交通通行效率的改變，仿真結(jié)果如圖2所示：

（2）在整體車流量恒定為1500（veh/h）的前提下，分別改變二相位和四相位路口下的放行時間：設定每個方向總體時間為75s，改變的放行時間為10s—60s之間，分析改變放行時間后對整個路網(wǎng)的交通通行效率的改變，仿真結(jié)果如圖3所示：

3 結(jié)語

通過實驗仿真，可以觀察到在車流量不斷增加情況下，整個路網(wǎng)的交通通行效率在不斷地降低。為了能夠找到一個好的解決通行效率的問題，本文完成了進一步的仿真，即通過改變每個路口的放行時間來觀察整個路網(wǎng)的通行效率。仿真數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，當車流量增加到一定程度時，放行時間并不是越多越好，而是與當前的通行車輛與效率等因素相關。

參考文獻：

[1]張惠玲，王益，尹寶計，等.基于實時延誤的交叉口控制方案優(yōu)化分析[J].廣西學學報（自然科學版）， 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]張東媛，蔣燕，李季星.基于路網(wǎng)有效通行效率的路段重要度評價方法[J].公路與汽運，2014，165（1）：3134.

[5]沈明江，劉豐軍，朱慧，朱瀟贏.通行效率評價體系研究及杭州應用實踐[J].公路交通科技，2016，135（3）：337340.

[6]沈家軍，王煒.道路交叉口通行效率與沖突強度模型研究[J].公路交通科技，2010，27（8）：9195.

〖HTH〗基金項目：〖HTK〗河北省科學技術(shù)廳自助課題（16040601Z）

作者簡介：陳士舉（1992），男，河北邢臺人，碩士。

〖HTH〗*通訊作者：〖HTK〗李春明（1972），女，河北石家莊人，博士，副教授，研究放向為模式識別、運動目標檢測與識別等。