基于ISM模型山地城市干道交通系統(tǒng)運(yùn)行效率評價(jià)

文鑫垚

（重慶通拓交通規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司，重慶 404100）

1 研究背景

山地城市以多中心組團(tuán)城市為主，受地形條件的限制，各組團(tuán)區(qū)域的功能性質(zhì)不同，職住分離現(xiàn)象明顯，由此形成了山地城市通勤交通的主要特征：城市交通主要由各區(qū)域之間的貫通性交通和區(qū)域內(nèi)部集散交通兩部分組成。隨著交通運(yùn)行環(huán)境的變化，組團(tuán)城市內(nèi)部干道交通所呈現(xiàn)的問題也日益凸顯，在出行高峰時(shí)間段交通擁堵、交通運(yùn)行效率低下已成常態(tài)。

交通運(yùn)行系統(tǒng)是由人、車、路、環(huán)境以及交通信息等要素構(gòu)成的一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。系統(tǒng)各要素的相互作用以及要素的隨機(jī)性導(dǎo)致了整個(gè)交通運(yùn)行系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)波動(dòng)性。

根據(jù)文獻(xiàn)分析可知ISM 模型在系統(tǒng)要素評價(jià)中應(yīng)用廣泛。因此本文擬通過ISM模型建立影響山地城市各區(qū)域內(nèi)干道交通運(yùn)行效率的各因素的層次結(jié)構(gòu)，并將層次結(jié)構(gòu)中的上層要素作為建立提高山地城市城市干道交通運(yùn)行效率的改善模型的基礎(chǔ)。

2 影響山地城市干道交通運(yùn)行效率的ISM 模型的構(gòu)建

2.1 影響山地城市干道交通運(yùn)行效率的因素分析

為了理清影響組團(tuán)城市干道交通運(yùn)行效率的主要因素，也需要從道路交通系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行分析。

2.1.1 交通參者對交通運(yùn)行效率的影響

在山地城市中如貴州、重慶等地，城市道路的非直線系數(shù)較大，彎道較多、坡度較陡，不利于輕型交通工具的出行。因此在山地城市中很少規(guī)劃有非機(jī)動(dòng)車道，出行者多依靠公共交通、小汽車進(jìn)行出行。而道路自身的容納量是有限的，無法滿足不斷增長的機(jī)動(dòng)車出行需求，由此加重了交通需求與供給之間的矛盾。

2.1.2 車對道路交通運(yùn)行效率的影響

車作為交通系統(tǒng)中的載體，是分析城市道路中交通運(yùn)行效率的主要對象，在道路交通運(yùn)行系統(tǒng)中不同的車輛構(gòu)成比例會(huì)對交通運(yùn)行效率產(chǎn)生不同的影響。山地城市交通組成較為單一，在城市的通勤交通中主要以小汽車和公共汽車兩種車型為主。而公共汽車的運(yùn)行速度較慢，對交通運(yùn)行效率的影響也是最大的。因此應(yīng)在保證出行安全的前提下合理提高公共交通的運(yùn)行效率。

2.1.3 道路環(huán)境對交通系統(tǒng)運(yùn)行效率的影響

山地城市道路的基礎(chǔ)設(shè)施條件直接決定了車輛可能達(dá)到的最高車速，直接影響著道路斷面流量的變化情況。同時(shí)山地城市支路網(wǎng)密度嚴(yán)重不足，城市大多數(shù)小區(qū)、社會(huì)單位的開口也集中分布在干道沿線，都加重了干道的交通壓力。

綜述分析可知影響山地城市干道交通系統(tǒng)運(yùn)行效率的主要因素包括：交通參與者的出行選擇偏好、道路上車輛的構(gòu)成的比例、道路設(shè)計(jì)通行能力、道路的硬件設(shè)施條件、交叉口節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、道路沿線小區(qū)開口處的出入交通量、節(jié)點(diǎn)處的信號配時(shí)、氣象環(huán)境、路段長度。在本文的后續(xù)分析中也主要將這幾個(gè)因素作為分析的基礎(chǔ)。

2.2 解釋結(jié)構(gòu)模型的建立

2.2.1 ISM 模型基本思想

解釋結(jié)構(gòu)模型分析法是利用圖論中的關(guān)聯(lián)矩陣原理來分析復(fù)雜系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，是一種以定性分析為主的，把含糊不清的思想、看法轉(zhuǎn)化為直觀的、具有良好整體結(jié)構(gòu)的幾何模型。

2.2.2 模型建立的基本步驟

根據(jù)提出的問題，確定構(gòu)成系統(tǒng)的要素集合S，并將各要素編號，列出要素明細(xì)表，記作：

進(jìn)行討論分析，找出各要素之間的直接關(guān)系，且引入如下的二元關(guān)系式：

以此建立各要素間的直接關(guān)系矩陣M，從而求得其可達(dá)矩陣，表示為：

式中：n—直接關(guān)系矩陣M 的階數(shù)。

通過可達(dá)矩陣T分解成兩個(gè)集合，分別表示為：R(s i)集合：包含由si可能達(dá)到的一切有關(guān)的要素集合；A(si)集合：包含一切有關(guān)系的要素可以達(dá)到si的集合。

最后通過計(jì)算R（si)和A(si)的交集，確定上位要素和下層要素，然后根據(jù)上位要素和下層要素，畫出系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)圖。

2.2.3 模型的建立與求解

分別用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9表示交通參與者的出行選擇偏好、道路上車輛的構(gòu)成的比例、道路設(shè)計(jì)通行能力、道路的硬件設(shè)施條件、交叉口節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)、道路沿線小區(qū)開口處的出入交通量、節(jié)點(diǎn)處的信號配時(shí)、氣象環(huán)境、路段長度。

根據(jù)ISM 模型的具體步驟，可得出該系統(tǒng)的直接關(guān)系矩陣，接著根據(jù)布爾運(yùn)算規(guī)則通過MATLAB 編程可求得其可達(dá)矩陣，最后根據(jù)可達(dá)集合與先行集合的定義，利用MATLAB 編程得出上層元素集合為：｛S3,S4,S5,S9｝。根據(jù)此次計(jì)算結(jié)果可得出各層元素的分布，見下圖：

圖1 各要素之間的層次結(jié)構(gòu)圖

3 山地城市交通效率的改善措施

分析交通參與者的出行偏好時(shí)可以轉(zhuǎn)向與小區(qū)匯入交通量的分析；在考慮路段長度和交叉口節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)時(shí)，可以主要考慮節(jié)點(diǎn)處的信號配時(shí)。一般來說城市道路車輛延誤的主要來源在于各節(jié)點(diǎn)處的排隊(duì)等待時(shí)間，因此可以通過交叉口的渠化、交通組織形式的調(diào)整的達(dá)到優(yōu)化交通運(yùn)行效率的目的。

4 其他方面的改進(jìn)的措施

（1）對山地城市多個(gè)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)干線協(xié)調(diào)控制，以系統(tǒng)延誤最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化；

（2）應(yīng)改善公共交通的運(yùn)營環(huán)境，對此類型的干道施劃公交優(yōu)先道并配備相應(yīng)的公交相位。由于山地城市受地形的限制，道路難以拓寬，若道路自身的通行能力不足以當(dāng)前機(jī)動(dòng)車的出行需求，則在施劃公交專用道時(shí)還應(yīng)該配備相應(yīng)的強(qiáng)制性措施，削減機(jī)動(dòng)車的出行量。因?yàn)楣粚Ｓ玫罆?huì)占用原有的道路資源，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)動(dòng)車所享有的道路資源更少，若實(shí)施不當(dāng)可能會(huì)降低道路運(yùn)行的安全性和打亂原有的交通秩序，引發(fā)社會(huì)矛盾。

5 總結(jié)

本文首先對影響山地城市干道交通運(yùn)行效率的因素進(jìn)行了分析，并基于ISM模型建立了各因素之間的層次結(jié)構(gòu)。基于各因素之間的關(guān)系，本文提取上層關(guān)鍵要素，并針對性的提出了相應(yīng)的改善的方案。