引言

隨著社會發(fā)展及交通情況的變化 , 以封閉式結(jié)構(gòu)為規(guī)劃小區(qū)的不足之處逐漸顯露出來 。20l6年2月2l日 , 中央公布文件 ,要求不再建設(shè)封閉式住宅區(qū) , 實現(xiàn)中心城區(qū)公交站500 m 內(nèi)覆蓋。處于焦點話題之一 的是:實行開放小區(qū)后能否達(dá)到國家期望中的優(yōu)化路網(wǎng) ,提高道路的容納量以及通行能力的 目的。復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論為交通運輸網(wǎng)絡(luò)的研究提供了新思路 ,有大量專家學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究 。Gao和Shen提出基于交通流演化的網(wǎng)絡(luò)模型 ,在交通流狀態(tài)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之間建立橋梁 。趙暉針對一般輸運網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)特性 ,建立了動力學(xué)模型 ,該模型很好地反映了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的演化機制過程 。馬丹利用元胞傳輸模型和K短路算法研究了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與城市交通流運行兩者之間的關(guān)系。

本文結(jié)合復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論和動態(tài)交通流分配方法 ,對阻抗計算進(jìn)行了重點研究 , 建立GS (Greenshields) -CTM (Cell Transmissionmodel)動態(tài)交通流仿真模型。首先用此模型對小區(qū)開放前后 ,小區(qū)周邊道路網(wǎng)絡(luò)的交通流特性進(jìn)行仿真 ,得到網(wǎng)絡(luò)平均車流密度、網(wǎng)絡(luò)總延誤、網(wǎng)絡(luò)平均旅行速度。因這3個指標(biāo)可以較直觀地反映小區(qū)周邊道路容納量以及道路通行能力 ,所以將小區(qū)開放前后的這3個指標(biāo)(6個數(shù)據(jù))帶入層次分析法和嫡權(quán)法的組合賦權(quán)評價模型 ,從而計算出小區(qū)開放對周邊道路通行能力的影響。引入介數(shù)的定義 ,建立了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點介數(shù)模型 ,計算小區(qū)內(nèi)部道路和交叉口在整個小區(qū)周邊網(wǎng)絡(luò)的重要程度 ,并用此篩選出該小區(qū)對外開放的道路和交叉口 。 由此得到了一個綜合計算小區(qū)開放對周邊道路通行能力的影響及制定該小區(qū)開放策略的系統(tǒng) 。為封閉式小區(qū)是否應(yīng)該開放 ,開放后的開放規(guī)劃提供參考意見。本文最后以已開放的上海梧桐小區(qū)為例 ,進(jìn)行實例驗證。

1GS-CTM動態(tài)交通流仿真模型的建立與求解

1. 1 模型構(gòu)建

CTM模型能夠根據(jù)仔細(xì)選擇的中間點預(yù)測交通流行為 ,可以較精確地估計實際路段阻抗 ,但所需計算量巨大 。GS模型使用簡單的速密關(guān)系 ,所需計算量小 ,但并不能準(zhǔn)確描述路段上間斷的交通流 。因此 ,本文結(jié)合兩個模型的優(yōu)點 ,將GS速密關(guān)系引入到CTM模型中 ,在保證仿真精度的條件下 , 降低計算的復(fù)雜程度 ,建立GS-CTM動態(tài)交通流分配仿真模型:

目標(biāo)函數(shù)

約束條件

式中 ,za(1)表示時刻1進(jìn)入路段a的實際阻抗::a(1)表示時刻1路段a的交通量::EQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3((1+l)表示時刻(1+l)進(jìn)入路段a將到終點b的交通量:sEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3((1)表示時刻1進(jìn)入路段a將到終點b的駛?cè)肓?uEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3((1)表示時刻1路段ab的駛出量。

1.2 路段阻抗計算

將路段劃分為多個等距的元胞 , 并將時間離散化成多個時間間隔 ,其中細(xì)胞的長度等于自由流在一個時間間隔內(nèi)行走的距離 , 因此車輛在每個時間間隔內(nèi)都不會離駛當(dāng)前所在細(xì)胞 。利用路段起點的車輛流入量和路段終點的車輛流出量計算出路段的各個元胞內(nèi)的車輛平均速度 , 從而計算出路段元胞的阻抗。

式中 ,ca(1)表示時刻1路段a的瞬時阻抗:pa(1)表示時刻1路段a 的車流密度:pa,j表示路段a的阻塞密度。

2 層次分析法和嫡值法的組合賦權(quán)評價模型

設(shè)小區(qū)開放前后對道路通行能力影響指數(shù)分別為d0和dl?；趯哟畏治龇軐?quán)重進(jìn)行優(yōu)化分配 ,嫡值法能反映信息嫡的有效價值 , 因此采用組合賦權(quán)進(jìn)行求解 ,增加了可信度 。建立如下影響評價模型:

式中 ,cl和cEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為小區(qū)開放后和開放前的網(wǎng)絡(luò)平均車流密度:c2和 cEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為網(wǎng)絡(luò)總延誤:c3和cEQ \* jc3 \* hps10 \o\al(\s\up 3(為平均旅行速度。

式中 ,x表示采用層次分析法得到的權(quán)重 ,y表示采用嫡值法得到的權(quán)重。

3 網(wǎng)絡(luò)撲拓節(jié)點介數(shù)模型

為對小區(qū)內(nèi)部所有道路和交叉口進(jìn)行篩選 ,考慮將小區(qū)內(nèi)部道路和交叉口對周邊整個道路網(wǎng)絡(luò)的重要程度作為篩選依據(jù) , 由此引入了介數(shù)的定義。

介數(shù)的定義:介數(shù)為點或邊對應(yīng)的最短路徑經(jīng)過該點或該邊的數(shù)量比例 ,反映點或邊在整個網(wǎng)絡(luò)中的重要程度。城市道路網(wǎng)絡(luò)是由許多交叉口和路段所組成 ,將所研究小區(qū)的內(nèi)部和其周邊所在網(wǎng)絡(luò)抽象成一個由點集V和邊集E構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)G=(V ,E) 。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涔?jié)點介數(shù)模型建立為:

式中, θ(億)表示點億或邊億的介數(shù):Dij(億)表示億為點或邊時 ,(Vi,Vj)之間的最短途徑中經(jīng)過億的數(shù)量。

4 以上海梧桐小區(qū)為例進(jìn)行驗證

4. 1 仿真參數(shù)確定及仿真步驟

考慮到本文重點研究小區(qū)開放前后的不同道路網(wǎng)絡(luò)對交通流運行的影響 , 因此可將其他參數(shù)設(shè)置成相同。

參數(shù)確定如下:每個仿真小時段芒 為 10 s : 阻塞密度pj為0 . 143 veh/m: 自由流速度⑦f 為0.9 km/min:每個路段的長度為 600 m:每個路段包含的元胞個數(shù)為4個 。仿真結(jié)果如圖1、圖2所示。

再將仿真得到的網(wǎng)絡(luò)平均車流密度 、網(wǎng)絡(luò)總延誤以及網(wǎng)絡(luò)平均旅行速度帶入綜合評價模型:

4.2 結(jié)果分析

由仿真模型得到開放前后道路擁堵情況 , 由仿真結(jié)果明顯看出 ,開放后道路擁堵情況明顯好轉(zhuǎn) ,并且計算出網(wǎng)絡(luò)平均車流密度各為0.062 veh/m、0.043 veh/m:網(wǎng)絡(luò)總延誤各為157 h、125 h:網(wǎng)絡(luò)平均旅行速度各為12.2 km/h、16.4 km/h 。模擬結(jié)果表明 ,上海梧桐小區(qū)開放后 ,周邊道路網(wǎng)絡(luò)平均車流密度和網(wǎng)絡(luò)總延誤有所下降 , 網(wǎng)絡(luò)平均旅行速度有所提高 , 即小區(qū)開放提高了道路的容納量以及通行能力 ,且效果較明顯。根據(jù)高德地圖官網(wǎng)報告數(shù)據(jù) ,該小區(qū)開放后 ,小區(qū)周邊道路擁堵情況確實有所緩解 , 由此證實了模型的可靠性。

同時因計算得到的小區(qū)開放對周邊道路通行能力的影響指數(shù)結(jié)果為正 ,且為0.288 ,可知該小區(qū)適合開放 ,且開放價值較大。

5 結(jié)語

本文首先將Gs模型里的速密關(guān)系引入到CTM模型中 ,對路段阻抗問題進(jìn)行了研究 ,并對小區(qū)開放前后 ,周邊道路網(wǎng)絡(luò)交通流運行特性進(jìn)行了仿真 。接著建立了組合賦權(quán)評價模型量化小區(qū)開放對周邊道路通行能力的影響 。然后運用節(jié)點介數(shù)模型篩選出該小區(qū)對外開放的道路和交叉口 。最后以上海梧桐城邦小區(qū)為例進(jìn)行實例驗證 ,得到如下結(jié)果:開放前后網(wǎng)絡(luò)平均車流密度各為0.062 veh/m、0.043 veh/m:網(wǎng)絡(luò)總延誤各 為157 h、125 h:網(wǎng)絡(luò)平均旅行速度各為12.2 km/h、16.4 km/h。小區(qū)開放對周邊道路通行能力的影響為正(0.288),說明適合開放。