城市道路通行能力建模及實例分析
——以普洱市思茅區(qū)園丁路與茶苑路十字交叉路口為例

黎 凱

新疆葉城縣公安局，新疆 葉城 844900

引言

交通問題長期以來一直是困擾人們的一個社會問題，隨著社會的發(fā)展，交通擁擠現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重，尤其是城市道路交通擁擠現(xiàn)象更為突出。分析普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力，特別是關(guān)鍵十字路口在交通高峰期的道路通行能力。目前，國內(nèi)外利用數(shù)學(xué)模型的思想對交通能力的分析研究還比較少，幾乎沒有學(xué)者用數(shù)學(xué)模型對中小型城市交通通行能力進行分析[1]。鑒于此，建立城市道路通行能力的數(shù)學(xué)模型并結(jié)合普洱市思茅區(qū)園丁路與茶苑路城市道路十字交叉口具體交通流進行實例分析，希望通過所建立的數(shù)學(xué)模型，分析普洱市思茅區(qū)交通狀況，為普洱市思茅區(qū)交通規(guī)劃提供一定的參考依據(jù)。

1 城市道路通行能力及影響因素

城市道路通行能力指城市道路設(shè)施所能疏導(dǎo)交通流的能力。即在某一固定的時間段正常的道路基礎(chǔ)、交通、管制及運行質(zhì)量要求下，道路設(shè)施允許通過交通流媒質(zhì)點的能力。通行能力一般以（輛/小時）、（當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)小客車/小時）表示，基本單位是：（當(dāng)量標(biāo)準(zhǔn)小客車/小時/車道）。城市道路通行能力實質(zhì)上是道路承載性能的一種衡量，它既反映了道路承載交通的最大能力，也反映了在特定前提下，道路所能允許車輛運行的極限值。

影響城市道路十字交叉路口通行能力的主要因素有：十字交叉路口所處位置、所占面積、形狀、車道寬度、幾何線形、環(huán)境條件、相交車流通過交叉口的運行方式、交通管理措施、沖突點和交織點等方面的影響，十字交叉路口可出現(xiàn)16 個沖突點和4 個交織點[2，3]。

2 普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力及影響因素

2.1 道路通行能力的現(xiàn)狀

普洱市思茅區(qū)地勢狹長呈一個不規(guī)則的橢圓，南北長東西短，通行能力強的主干道太少。南北走向的主要道路有：普洱大道、茶城大道、寧洱大道、園丁路，東西走向的主要道路有：茶苑路、石龍路、林源路、振興大道。主干道附近學(xué)校分布較多，上、下班高峰期和上學(xué)、放學(xué)高峰期同時出現(xiàn)導(dǎo)致學(xué)校附近的主干道經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵。靜態(tài)車位較少，遠不能滿足普洱市思茅區(qū)現(xiàn)有的機動車。如果是遇上雨天，環(huán)島和學(xué)校周邊交通擁堵現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

園丁路北段為雙向六車道，園丁路南段為雙向四車道，茶苑路為雙向四車道，位于中心住宅區(qū)，茶苑路西段與園丁路北段相夾的是普洱市園丁小區(qū)，茶苑路西段與園丁路南段相夾的是普洱市思茅區(qū)公務(wù)員小區(qū)，茶苑路東段與園丁路南段相夾的是普洱市人民醫(yī)院婦產(chǎn)兒童醫(yī)院，這里是人流、車流比較集中的地方，上、下班高峰期和上學(xué)、放學(xué)高峰期經(jīng)常出現(xiàn)交通擁堵。

2.2 影響城市道路通行能力的因素

影響普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力的主要因素有：車多路少，道路等基礎(chǔ)性設(shè)施與機動車增長量差距過大，認可道路太少，通行能力強的主干道太少，靜態(tài)車位太少與普洱市思茅區(qū)機動車擁有量不協(xié)調(diào)，從而導(dǎo)致亂停亂放，影響正常的交通運行，進一步導(dǎo)致交通擁擠，甚至交通堵塞，交通管制和平面交叉口的信號配置不合理，大大降低了普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力。

園丁路與茶苑路十字交叉路口所占面積、形狀、車道寬度、幾何線形、周邊環(huán)境、信號燈的位置設(shè)置和信號配置、交通參與者的意識和素質(zhì)、機動車的類型、氣候等。

3 普洱市思茅區(qū)城市道路的通行能力建模

3.1 問題的分析

交通問題是一個重要的社會問題，特別是城市道路平面交叉口的設(shè)計，城市道路平面交叉口是車流、人流最為集中的點，是城市道路相互銜接的重要環(huán)節(jié)，道路交叉口成為城市交通能否快速通暢的關(guān)鍵部位[4]。因此本文就普洱市區(qū)園丁路與茶苑路十字交叉口的7：00-8：30 和17：00-18：30，這兩個時段的通行能力進行研究，因為7：00-8：30 和17：00-18：30 正好上下班高峰期和上下學(xué)高峰期。園丁路與茶苑路十字交叉口貫穿了整個普洱交通量較大的地區(qū)，交叉口所在的區(qū)域涉及學(xué)校、住宅小區(qū)和交易市場等。

3.2 模型的假設(shè)

交通流可以近似的看作流體，交通流只受到交通信號燈的影響，不受外界的影響。如：氣候、行人等。若路上車輛很少時，則汽車將以其可能的最大速度行駛。在一定的密度下（擁擠以至發(fā)生堵塞時）汽車將停止不動。

汽車為標(biāo)準(zhǔn)長度的小轎車、公交車、客車、大貨車、小貨車、電動車、自行車。當(dāng)十字交叉口的信號燈變?yōu)榫G燈時電動車與小轎車的通行比率為1：1.6；自行車與小轎車的通行比率為1：2.3；本文數(shù)據(jù)收集的計時周期為7：00-8：30；17：00-18：30，時間周期為10 分鐘一段；計算出的通行能力數(shù)據(jù)取進一法[5]。

3.3 模型的準(zhǔn)備

模型代碼

表1 混合車隊的

表1 混合車隊的

大車：小車 2：8 3：7 4：6 5：5 6：4 7：3 8：2（S） 2.65 2.95 3.12 3.26 3.30 3.34 3.42

3.4 模型的建立與求解

3.4.1 車道的設(shè)計通行能力的分析

一條直行車道的設(shè)計通行能力計算公式為：

3.4.2 影響車輛通行能力的主要因素

多車道對路段通行能力的影響，一般靠近中心的車道為快車道，速度更快一點，通行能力為最大，折減系數(shù)條=1.00，靠中心的第二條車道為行車道，速度比超車道慢一點，通行能力次之。折減系數(shù)為0.80～0.89，一般取條=0.85?？恐行牡牡谌龡l車道為慢車道，速度比最慢，通行能力最小。折減系數(shù)為0.65～0.78，一般取條=0.70。車道寬度對路段通行能力的影響，車道寬度b 與車道的通行能力具有緊密的聯(lián)系，具體折減系數(shù)車道見下表2：

表2 車道寬度修正系數(shù)

交叉口對路段通行能力的影響因素[9,10]，按交叉口對路段通行能力的折減系數(shù)為交=0.81。

綜合考慮上面影響車輛設(shè)計通行能力的折減系數(shù)，則路段的設(shè)計通行能力為：

設(shè)計通行能力是按不同服務(wù)水平條件下所具有的通行能力[11]。

3.4.3 車道的可能通行能力的分析

按照《城市道路設(shè)計規(guī)范》（CJJ 37-90）[12]建議的一條車道理論通行能力，可確定一條直行車道的基本通行能力為，見表3。

表3 《城市道路設(shè)計規(guī)范》建議的一條車道理論通行能力

由表3 的數(shù)據(jù)可以得到和有密切的關(guān)系，首先我們使用數(shù)據(jù)擬合的方法得到和的近似數(shù)學(xué)表達式。首先使用數(shù)學(xué)軟件maple 得到和 的散點圖（圖1）

使用數(shù)學(xué)軟件（maple）采用最小二乘法進行數(shù)學(xué)擬合可以得到和滿足（maple 程序見附錄）

綜合考慮上面影響車輛通行能力的折減系數(shù)，則路段可能通行能力為

4 普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力實例分析

4.1 園丁路與茶苑路交叉口的設(shè)計通行能力

園丁路北段為雙向六車道，園丁路南段為雙向四車道；茶苑路為雙向四車道，園丁路與茶苑路十字交叉口控制信號燈的設(shè)置，園丁路為直行、左轉(zhuǎn)分行，直行有效綠燈時間=30s；左轉(zhuǎn)有效綠燈時間=35s；茶苑路東段為直行和左轉(zhuǎn)混行，直行和左轉(zhuǎn)有效綠燈時間=35s；茶苑路西段為直行和左轉(zhuǎn)混行，直行和左轉(zhuǎn)有效綠燈時間=35s；園丁路與茶苑路信號燈周期=145s；其中一周期的損失時間為=10s為茶苑路東段直左轉(zhuǎn)車所占的比例，為茶苑路西段直左轉(zhuǎn)車所占的比例。取=2.3s，=2.60s，=0.9，=30%，=50%，則代入

得園丁路（北進口）直行通行能力為：

園丁路（北進口）直行右轉(zhuǎn)通行能力為：

園丁路（北進口）直行左轉(zhuǎn)通行能力為：

所以園丁路（北進口）通行能力為：

得園丁路（南進口）直行通行能力為：

園丁路（南進口）直行右轉(zhuǎn)通行能力為：

園丁路（南進口）直行左轉(zhuǎn)通行能力為：

所以園丁路（南進口）通行能力為：

得茶苑路（東進口）直行通行能力為：

茶苑路（東進口）直行右轉(zhuǎn)通行能力為：

茶苑路（東進口）直行左轉(zhuǎn)通行能力為：

所以茶苑路（東進口）通行能力為：

得茶苑路（西進口）直行通行能力為：

茶苑路（西進口）直行右轉(zhuǎn)通行能力為：

茶苑路（西進口）直行左轉(zhuǎn)通行能力為：

所以茶苑路（西進口）通行能力為：

綜上所述園丁路與茶苑路十字交叉口的設(shè)計通行能力為：

通過已經(jīng)算出的設(shè)計通行能力，可以借助公式：

代入設(shè)計通行能力和信號燈周期, 求出每個信號燈周期設(shè)計通過的車輛數(shù)D；然后同樣借助公式

4.2 園丁路與茶苑路交叉口的設(shè)計通行能力與實際通行能力的分析

由（4）、（5），代入園丁路與茶苑路交叉口的設(shè)計通行能力、一個計時周期內(nèi)實際通過的車輛數(shù)和信號燈周期，得：

由原始數(shù)據(jù)可以換算出一個計時周期內(nèi)實際通過的車輛數(shù)Ci，從而計算出每個信號燈周期實際通過的車輛數(shù)Di。

所以：

所以：

綜上所述得：

從數(shù)字上可以看出在理想條件下即：園丁路與茶苑路十字交叉口的設(shè)計通行能力遠低于實際交通流，已經(jīng)不能滿足交通流的需求。但是根據(jù)現(xiàn)實情況，加入行人等外界因素的影響，園丁路與茶苑路十字交叉口的設(shè)計通行能力將遠遠低于實際交通流，可能會出現(xiàn)長時間的交通阻塞；如果遇到惡劣的暴雨天氣或者交通事故，園丁路與茶苑路十字交叉口的設(shè)計通行能力將不能滿足交通流的需求，可能會出現(xiàn)區(qū)域性交通阻塞。

5 改進的方案和措施

5.1 城市道路平面交叉口控制原則

減少沖突點和交織點；控制相對行車速度；重交通流和公共交通優(yōu)先；非均勻交通流的分離[4]。

5.2 城市道路平面交叉口控制方法

5.2.1 監(jiān)控與人工控制

即交通高峰期和遇上暴風(fēng)、雷雨等惡劣環(huán)境時，交通指揮中心通過監(jiān)控觀察尋找交通暢通的道路，然后通知執(zhí)勤交警疏導(dǎo)車輛往暢通的道路通行。

5.2.2 信號與人工控制

即交通信號再加上交通民警輔助控制，適用于交通量很大且交通沖突較嚴(yán)重的平面交叉口。

5.2.3 車速指示標(biāo)志控制與前置信號控制合并使用

據(jù)報道，前置信號控制與速度指示標(biāo)志控制同時使用，可使在城市道路平面交叉口不停車通過的車輛數(shù)從城市道路平面交叉口通行能力的55%提高到70%-77%[5，13]。

6 結(jié)論與展望

影響普洱市思茅區(qū)城市道路通行能力的主要因素為： 道路功能和用途不明確，缺乏主干道路系統(tǒng)、不同等級的道路級配不合理，道路等基礎(chǔ)性設(shè)施與機動車增長量差距過大，認可道路太少，靜態(tài)車位太少與普洱市思茅區(qū)機動車擁有量不協(xié)調(diào)，交叉路口設(shè)置不合理，交通管制和平面交叉口的信號配置不合理，交通流誘導(dǎo)信息缺乏，交通管理和研究力量薄弱、交通意識淡薄，交通秩序混亂。

城市道路通行能力主要反映道路服務(wù)數(shù)量的多少或能力的大小，研究城市道路平面交叉口的通行能力計算方法是城市道路通行能力影響因素分析的基礎(chǔ)。

城市道路基礎(chǔ)條件，如：道路交通設(shè)施類型、道路平面和縱斷面線形、道路橫斷面構(gòu)成、交叉口的位置、大小和形狀等等成為影響道路行車安全、運行速度、通行能力的主要因素。此外，城市道路基本交通條件，如：車輛的類型和性能不同，行駛方向不均衡，車道分布不合理等；城市道路交通管制條件如交通信號相位、時段、周期、綠信比等控制參數(shù)的設(shè)置，同樣影響城市道路通行能力。