城市平行交通的分析、設置和評價

城市平行交通的分析、設置和評價

0單單行交通組織現(xiàn)在，為了緩解擁堵，所有主要城市都采用了“單線”的老有效方法。由一條或多條單行線和與其相連通的雙行路段組成的連通網絡稱為“單行交通網絡”。它是在已有的路網的基礎上通過對某些路段實施全天候單行或限時段單行的管制,實現(xiàn)在空間和時間上交通流重組的一種交通組織方式。單行的種類有固定式單行和限時單行,固定式單行是通行方向全天固定;限時單行又分兩種,第一種限定某一個時段單行,其它時段恢復雙行;第二種是在一個時段的通行方向和另一個時段的通行方向相反,比如早高峰時段和晚高峰時段路段的通行方向相反。實施單行交通的優(yōu)點在于,可有效地減少交通沖突點,從而使車輛快速通過路口和路段。比如,一個雙向兩車道的平面交叉口在實施單行措施之前,沖突點為16個;而實施單行后,沖突點僅剩4個。僅從交通的角度來看,不考慮經濟等其他社會影響,其效果有8利1弊?？商岣叩缆返耐ㄐ心芰?0%和提高路段通行速度50%等,其弊端就是繞行和出行費用的增加。因此,單行網絡目前被國內外很多大中城市采用而且效果顯著,比如倫敦、東京、大連、南京、廣州、上海和杭州等。雖然設置單行并不是解決交通問題的根本方法,但它的確是一種成本低而見效快的緩解局部交通的方法,非常適合在國內的大中小城市進行推廣應用。但目前并沒有關于“單行交通”的理論及相關文獻,大多數城市是根據實地分析和經驗設置單行交通的,非常需要一套包括單行交通設置前的路網拓撲分析和路網流量分析、單行交通的設置方法、單行交通實施后效果評價的方法。因此,本文通過對國內外多個城市的單行交通實施經驗進行分析和總結,提出一套單行交通網絡的分析、設計和評價的方法,為實施單行交通網絡提供理論指導。1綜合單行道路網絡的嵌入和嵌入城市的路網主要由四種路段組成:快速路、主干路、次干路和支路,而且其數量的比例類似人體的血液循環(huán)系統(tǒng)中的血管種類的比例,大約為1:2:4:8。這是一種非常穩(wěn)定的正三角結構,低等級道路通行能力低,但數量多,高等級道路通行能力高,但數量少,這樣數量相對比較多的低等級的道路可以有效分散和吸收來自高等級道路的車流?？赡壳暗那闆r是,由于低等級道路和高等級道路以及低等級道路之間的沖突點非常多,致使高等級道路的交通流不能很快地引入低等級道路,引入低等級道路的交通流也無法消散。因此,目前各大城市主要在支路上實施單行交通,這也是本文討論的重點,而對于能否在主干路和次干路上實施單行交通,本文暫不做分析。同時本文所指的單行交通僅適用于整個城市的路網中的局部路網,全面單行交通網絡不是本文討論的內容。如圖1所示。這個局部網絡嵌入在城市大網絡中。由于部分支路實施單行,支路與干道在交叉口處的沖突點減少,干道帶來的大量的交通流可以迅速地引入內部支路網,從而緩解干道與支路的交叉口處的擁擠;同時路網內部支路與支路之間的交叉口處的沖突點也大大減少,可使微循環(huán)流動的速度大大加快,從而快速吸收和消散從干道引入的大量的交通流。2對應規(guī)則和有向邊通過上述初步分析,滿足一定條件的拓撲結構的路網是實施單行交通的前提,因此,本文要用到圖論中的內容。所以首先介紹本文用到的圖論中的部分內容和兩個相關定義。2.1圖論中定義首先把一個實際的區(qū)域路網轉化成圖論中的圖。對應規(guī)則是:路網中的交叉口對應圖中的頂點;而路網中的路段根據通行方向對應圖中的有向邊。如圖1所示的路網,在實施單行前,其對應的有向圖如圖2所示。(V1,V2,V3,V4,…)等是圖的頂點,(e1,e2,e3,e4,…)是圖的有向邊。有向邊的權值為路段的實際通行能力。通道:通道是頂點和邊的有限交錯序列,(V1,e1,V2,e2,V3),它以頂點起始和結束,且V1和V3是通道的終點和端點。閉通道:如果通道的兩個端點相同,則為閉通道。軌跡:如果通道所有的邊都不相同時,叫做軌跡,如果軌跡的端點相同,則為閉軌跡。(V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1)組成一條閉軌跡。同時,叫回路回路:當閉軌跡除端點外所有的頂點都不相同時,叫做回路。(V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1)組成回路。下面介紹兩個與單行相關的定義。主張單行道l的設計單行互補:由于在實施單行的路段L上,車輛僅向一個方向行駛,車輛想回到原地,只能從另外的路段回來,因此就需要在實施單行路段L的附近再設計一個與L通行方向相反的單行道L′。而且L和L′的路段種類要盡可能相似,盡可能平行,盡可能距離接近,這就是單行互補的概念。未設置交通流對稱均勻的路段對偶支路路段:如果兩條路段L和L′滿足上述單行互補概念,如果L和L′是支路且車道數和實際通行能力相同,且它們之間的平行距離不超過300～500m,為對偶支路路段;2.2設置判據區(qū)域路網N可實施單行交通的判據:(1)被研究區(qū)域路網內路段的流量分析。這一步解決在路網上實施單行交通的必要性分析。下面分三種情況討論。a.如果被研究區(qū)域網絡的幾條路段在現(xiàn)有雙向通行的交通流組織下,由于受到潮汐交通的影響,早高峰時段(t1,t2)和晚高峰時段(t3,t4)的交通形成單向不對稱擁堵。即上行流量VS和下行流量VX符合式(1),這種區(qū)域交通網絡稱為潮汐不均勻網絡,VS?VX>VRt1<t<t2VX?VS>VRt3<t<t4(1)VS-VX>VRt1<t<t2VX-VS>VRt3<t<t4(1)b.如果被研究網絡的幾條路段的上行流量VS和下行流量VX經常單向不對稱,而且不對稱的時間段T占全天有效通行時間段TS的比例超過設定值R,即T/TS>R,那么適合采用單向交通網絡。TS有效通行時間段是指路段流量超過一個最小設定值的時間段,一般是從凌晨4點到夜間11點。如圖3所示,局部路網中的東大影壁路設置為由南向北的全天候單行。c.如果被研究網絡的某些路段的上行流量VS和下行流量VX出現(xiàn)非常均勻的擁堵,也就是說這個區(qū)域的交通需求大而且均勻。這種情況也是最經常出現(xiàn)的,且出現(xiàn)在交通流集中的鬧市區(qū)或者老城區(qū)。(2)被研究區(qū)域路網N中是否含有對偶支路路段而且對偶支路路段(定義3)與其相連接的路段(可以是對偶路段也可以是非對偶路段)形成回路(定義1)。路網只有具備含有對偶路段的回路才有可能實行單向交通,否則車輛從單行線的某點出發(fā),將無法回到出發(fā)地點。這一步分析了實施單向交通的可能性。對于(1)中a、b兩種情況,無需進行這一步的判斷,而對于c類情況,則需進行這一步的判斷。如圖2所示的單行交通網絡,((V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1))組成一個回路,其中(e1,e3)與(e2,e4)分別為對偶路段。3單行交通的設置方法單行交通網絡的設置方法包括兩個方面,第一是定位單行路段,第二是確定單行路段的通行方向。由于實際情況復雜多變,涉及因素非常多,因此本文僅給出一般性的指導原則,具體問題還需具體分析。定位單行路段:單行路段一定設置在對偶路段上,雖然對偶路段不一定被設置成為單行路段。如果支路對偶路段為單行路段,那么主要考慮其互補性;如圖4所示,堯化公安路和堯化三號路為互補對偶支路,設置為單行。確定單行路段的通行方向:單行的方向可分為三種情況。a.對應“2.2設置判據”中“(1)被研究區(qū)域路網內路段的流量分析”中的a類情況,也就是潮汐交通情況。這種情況下單行路段的通行方向是分時段的,分為早高峰通行時段和晚高峰通行時段,并且在這兩個時段中單行路段的通行方向是相反的,它們分別與早高峰和晚高峰時期的交通流方向一致。b.對應“2.2設置判據”中“(1)被研究區(qū)域路網內路段的流量分析”中的b類情況,也就是全天不對稱交通流的情況。通行方向與交通流大的方向一致。c.對應“2.2設置判據”中“(1)被研究區(qū)域路網內路段的流量分析”中的c類情況,也就是均勻對稱交通流。這種情況下往往路網內的對偶路段非常多,設置可以非常靈活。這時需要盡量照顧到人們的出行習慣,同時協(xié)調與單行網絡外部路段的流量分配關系,根據實際交通流情況進行適當設置,形成交通流對稱均勻的路網。但實際情況可能會非常復雜,路段對偶性不一定非常強,比如支路和次干路的上行方向形成近似對偶路段,這時就需具體問題具體分析了。4單行交通實施的效果評價由于實施單行的本質是犧牲局部利益達到整體利益的優(yōu)化。因此,本文的評價方法非常簡潔,評價指標分為兩類,第一類是優(yōu)化利益評價指標部分,第二類是犧牲利益評價指標部分。如果實施后,優(yōu)化利益大于犧牲的利益,那么實施效果是非常好的,否則,效果比較差。第一類優(yōu)化利益評價指標:網絡內的平均車速增加量S、平均通行能力增加量V,車輛平均延誤時間減少量T,汽車尾氣排放減少量H。如果車輛平均延誤時間減少了,那么T>0,否則T<0,H同理。第二類犧牲利益評價指標:平均出行費用增加量C,周邊商家利益損失量E。同樣,如果單行道周邊商家利益受損,那么E>0,否則E<0。顯然第一類評價指標是從交通的角度評價其效果,第二類是從經濟影響、居民出行方便性影響等社會性因素進行評價。綜合上述兩部分的評價指標,本文給出一個簡潔的公式。R=r1?(S+V+T+H)?(r2?C+r3?E)(2)R=r1?(S+V+Τ+Η)-(r2?C+r3?E)(2)其中r1、r2、r3為各項評價因子的權重,具體權重的數值還需結合實際情況進行選擇。如果R>0,那么說明如果整體利益的增加大于局部利益的損失,這個單行網絡的設置在總體上是成功的、有效的。如果等于0,那么效果一般,否則,效果較差。5單行交通分析、設置和評價綜合上述內容,本節(jié)給出一個城市具體實施單行交通網的步驟,如圖5所示。(1)收集城市交通流數據,定位經常出現(xiàn)交通擁堵的區(qū)域。(2)對這些區(qū)域根據第2節(jié)的判據進行能否實行單行網絡的分析。(3)對可行區(qū)域根據第3節(jié)的單行網絡的設置方法定位和設置單行交通。(4)采用綜合交通流仿真(比如人工交通系統(tǒng))的手段得到第一部分和第二部分評價指標。人工交通仿真系統(tǒng)是一種把交通看作一個開發(fā)的復雜系統(tǒng),把它放入經濟、政治、文化、環(huán)保、法制中進行綜合分析和研究。(5)采用第4節(jié)的評價公式進行評價,當然公式(2)中的權重指數r1、r2、r3,需要根據實際情況設置。(6)如果R<0,那么重復步驟(3)、(4)、(5),直到R>0。(7)根據上述設置方法,進行現(xiàn)場實施。6結論和工作展望本文結合國內外的大中城市實施單行交通的經驗,給出包括單行設置前的分析、單行網絡的設置和單行實施后的評價的單行綜合分析體系。由于實施單行涉及的因素非常多,實際情況復雜多變,因此本文給出的單行綜合分析體系也僅僅是基本性的指導原則,具體問題還需具體分析。本文僅僅對局部城市路網能否實施單行做了詳細闡述,而目前各大中小城市有全面推進單行交通網絡的趨勢。這種做法的參考依據是:人體的血液循環(huán)系統(tǒng)就是一個高效的單行交通網絡系統(tǒng),同樣如果一個城市的交通也可以近似地組織,那么交通效率就可以提高很多。這樣類比雖然有一定的道理,但是單行并不是解決城市交通擁堵的根本方法,它僅僅是手段之一,交通的緩解和治理還需多種手段和多種方法共同配合。目前國內的大城市比如大連、上海、杭州、廣州在實施單行交通網絡后,效果非常明顯,其根本原因在于這些城市的支路網發(fā)育非常成熟,微循環(huán)比較豐富,非常適合單行交通網絡的實施。北京目前也小范圍地實施了單行交通,效果不是非常明顯,那么北京的這種干道多、支路少的路