城市平行交通的分析、设置和评价

城市平行交通的分析、设置和评价

0单单行交通组织现在，为了缓解拥堵，所有主要城市都采用了“单线”的老有效方法。由一条或多条单行线和与其相连通的双行路段组成的连通网络称为“单行交通网络”。它是在已有的路网的基础上通过对某些路段实施全天候单行或限时段单行的管制,实现在空间和时间上交通流重组的一种交通组织方式。单行的种类有固定式单行和限时单行,固定式单行是通行方向全天固定;限时单行又分两种,第一种限定某一个时段单行,其它时段恢复双行;第二种是在一个时段的通行方向和另一个时段的通行方向相反,比如早高峰时段和晚高峰时段路段的通行方向相反。实施单行交通的优点在于,可有效地减少交通冲突点,从而使车辆快速通过路口和路段。比如,一个双向两车道的平面交叉口在实施单行措施之前,冲突点为16个;而实施单行后,冲突点仅剩4个。仅从交通的角度来看,不考虑经济等其他社会影响,其效果有8利1弊。可提高道路的通行能力30%和提高路段通行速度50%等,其弊端就是绕行和出行费用的增加。因此,单行网络目前被国内外很多大中城市采用而且效果显著,比如伦敦、东京、大连、南京、广州、上海和杭州等。虽然设置单行并不是解决交通问题的根本方法,但它的确是一种成本低而见效快的缓解局部交通的方法,非常适合在国内的大中小城市进行推广应用。但目前并没有关于“单行交通”的理论及相关文献,大多数城市是根据实地分析和经验设置单行交通的,非常需要一套包括单行交通设置前的路网拓扑分析和路网流量分析、单行交通的设置方法、单行交通实施后效果评价的方法。因此,本文通过对国内外多个城市的单行交通实施经验进行分析和总结,提出一套单行交通网络的分析、设计和评价的方法,为实施单行交通网络提供理论指导。1综合单行道路网络的嵌入和嵌入城市的路网主要由四种路段组成:快速路、主干路、次干路和支路,而且其数量的比例类似人体的血液循环系统中的血管种类的比例,大约为1:2:4:8。这是一种非常稳定的正三角结构,低等级道路通行能力低,但数量多,高等级道路通行能力高,但数量少,这样数量相对比较多的低等级的道路可以有效分散和吸收来自高等级道路的车流。可目前的情况是,由于低等级道路和高等级道路以及低等级道路之间的冲突点非常多,致使高等级道路的交通流不能很快地引入低等级道路,引入低等级道路的交通流也无法消散。因此,目前各大城市主要在支路上实施单行交通,这也是本文讨论的重点,而对于能否在主干路和次干路上实施单行交通,本文暂不做分析。同时本文所指的单行交通仅适用于整个城市的路网中的局部路网,全面单行交通网络不是本文讨论的内容。如图1所示。这个局部网络嵌入在城市大网络中。由于部分支路实施单行,支路与干道在交叉口处的冲突点减少,干道带来的大量的交通流可以迅速地引入内部支路网,从而缓解干道与支路的交叉口处的拥挤;同时路网内部支路与支路之间的交叉口处的冲突点也大大减少,可使微循环流动的速度大大加快,从而快速吸收和消散从干道引入的大量的交通流。2对应规则和有向边通过上述初步分析,满足一定条件的拓扑结构的路网是实施单行交通的前提,因此,本文要用到图论中的内容。所以首先介绍本文用到的图论中的部分内容和两个相关定义。2.1图论中定义首先把一个实际的区域路网转化成图论中的图。对应规则是:路网中的交叉口对应图中的顶点;而路网中的路段根据通行方向对应图中的有向边。如图1所示的路网,在实施单行前,其对应的有向图如图2所示。(V1,V2,V3,V4,…)等是图的顶点,(e1,e2,e3,e4,…)是图的有向边。有向边的权值为路段的实际通行能力。通道:通道是顶点和边的有限交错序列,(V1,e1,V2,e2,V3),它以顶点起始和结束,且V1和V3是通道的终点和端点。闭通道:如果通道的两个端点相同,则为闭通道。轨迹:如果通道所有的边都不相同时,叫做轨迹,如果轨迹的端点相同,则为闭轨迹。(V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1)组成一条闭轨迹。同时,叫回路回路:当闭轨迹除端点外所有的顶点都不相同时,叫做回路。(V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1)组成回路。下面介绍两个与单行相关的定义。主张单行道l的设计单行互补:由于在实施单行的路段L上,车辆仅向一个方向行驶,车辆想回到原地,只能从另外的路段回来,因此就需要在实施单行路段L的附近再设计一个与L通行方向相反的单行道L′。而且L和L′的路段种类要尽可能相似,尽可能平行,尽可能距离接近,这就是单行互补的概念。未设置交通流对称均匀的路段对偶支路路段:如果两条路段L和L′满足上述单行互补概念,如果L和L′是支路且车道数和实际通行能力相同,且它们之间的平行距离不超过300～500m,为对偶支路路段;2.2设置判据区域路网N可实施单行交通的判据:(1)被研究区域路网内路段的流量分析。这一步解决在路网上实施单行交通的必要性分析。下面分三种情况讨论。a.如果被研究区域网络的几条路段在现有双向通行的交通流组织下,由于受到潮汐交通的影响,早高峰时段(t1,t2)和晚高峰时段(t3,t4)的交通形成单向不对称拥堵。即上行流量VS和下行流量VX符合式(1),这种区域交通网络称为潮汐不均匀网络,VS−VX>VRt1<t<t2VX−VS>VRt3<t<t4(1)VS-VX>VRt1<t<t2VX-VS>VRt3<t<t4(1)b.如果被研究网络的几条路段的上行流量VS和下行流量VX经常单向不对称,而且不对称的时间段T占全天有效通行时间段TS的比例超过设定值R,即T/TS>R,那么适合采用单向交通网络。TS有效通行时间段是指路段流量超过一个最小设定值的时间段,一般是从凌晨4点到夜间11点。如图3所示,局部路网中的东大影壁路设置为由南向北的全天候单行。c.如果被研究网络的某些路段的上行流量VS和下行流量VX出现非常均匀的拥堵,也就是说这个区域的交通需求大而且均匀。这种情况也是最经常出现的,且出现在交通流集中的闹市区或者老城区。(2)被研究区域路网N中是否含有对偶支路路段而且对偶支路路段(定义3)与其相连接的路段(可以是对偶路段也可以是非对偶路段)形成回路(定义1)。路网只有具备含有对偶路段的回路才有可能实行单向交通,否则车辆从单行线的某点出发,将无法回到出发地点。这一步分析了实施单向交通的可能性。对于(1)中a、b两种情况,无需进行这一步的判断,而对于c类情况,则需进行这一步的判断。如图2所示的单行交通网络,((V1,e1,V2,e2,V3,e3,V4,e4,V1))组成一个回路,其中(e1,e3)与(e2,e4)分别为对偶路段。3单行交通的设置方法单行交通网络的设置方法包括两个方面,第一是定位单行路段,第二是确定单行路段的通行方向。由于实际情况复杂多变,涉及因素非常多,因此本文仅给出一般性的指导原则,具体问题还需具体分析。定位单行路段:单行路段一定设置在对偶路段上,虽然对偶路段不一定被设置成为单行路段。如果支路对偶路段为单行路段,那么主要考虑其互补性;如图4所示,尧化公安路和尧化三号路为互补对偶支路,设置为单行。确定单行路段的通行方向:单行的方向可分为三种情况。a.对应“2.2设置判据”中“(1)被研究区域路网内路段的流量分析”中的a类情况,也就是潮汐交通情况。这种情况下单行路段的通行方向是分时段的,分为早高峰通行时段和晚高峰通行时段,并且在这两个时段中单行路段的通行方向是相反的,它们分别与早高峰和晚高峰时期的交通流方向一致。b.对应“2.2设置判据”中“(1)被研究区域路网内路段的流量分析”中的b类情况,也就是全天不对称交通流的情况。通行方向与交通流大的方向一致。c.对应“2.2设置判据”中“(1)被研究区域路网内路段的流量分析”中的c类情况,也就是均匀对称交通流。这种情况下往往路网内的对偶路段非常多,设置可以非常灵活。这时需要尽量照顾到人们的出行习惯,同时协调与单行网络外部路段的流量分配关系,根据实际交通流情况进行适当设置,形成交通流对称均匀的路网。但实际情况可能会非常复杂,路段对偶性不一定非常强,比如支路和次干路的上行方向形成近似对偶路段,这时就需具体问题具体分析了。4单行交通实施的效果评价由于实施单行的本质是牺牲局部利益达到整体利益的优化。因此,本文的评价方法非常简洁,评价指标分为两类,第一类是优化利益评价指标部分,第二类是牺牲利益评价指标部分。如果实施后,优化利益大于牺牲的利益,那么实施效果是非常好的,否则,效果比较差。第一类优化利益评价指标:网络内的平均车速增加量S、平均通行能力增加量V,车辆平均延误时间减少量T,汽车尾气排放减少量H。如果车辆平均延误时间减少了,那么T>0,否则T<0,H同理。第二类牺牲利益评价指标:平均出行费用增加量C,周边商家利益损失量E。同样,如果单行道周边商家利益受损,那么E>0,否则E<0。显然第一类评价指标是从交通的角度评价其效果,第二类是从经济影响、居民出行方便性影响等社会性因素进行评价。综合上述两部分的评价指标,本文给出一个简洁的公式。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为各项评价因子的权重,具体权重的数值还需结合实际情况进行选择。如果R>0,那么说明如果整体利益的增加大于局部利益的损失,这个单行网络的设置在总体上是成功的、有效的。如果等于0,那么效果一般,否则,效果较差。5单行交通分析、设置和评价综合上述内容,本节给出一个城市具体实施单行交通网的步骤,如图5所示。(1)收集城市交通流数据,定位经常出现交通拥堵的区域。(2)对这些区域根据第2节的判据进行能否实行单行网络的分析。(3)对可行区域根据第3节的单行网络的设置方法定位和设置单行交通。(4)采用综合交通流仿真(比如人工交通系统)的手段得到第一部分和第二部分评价指标。人工交通仿真系统是一种把交通看作一个开发的复杂系统,把它放入经济、政治、文化、环保、法制中进行综合分析和研究。(5)采用第4节的评价公式进行评价,当然公式(2)中的权重指数r1、r2、r3,需要根据实际情况设置。(6)如果R<0,那么重复步骤(3)、(4)、(5),直到R>0。(7)根据上述设置方法,进行现场实施。6结论和工作展望本文结合国内外的大中城市实施单行交通的经验,给出包括单行设置前的分析、单行网络的设置和单行实施后的评价的单行综合分析体系。由于实施单行涉及的因素非常多,实际情况复杂多变,因此本文给出的单行综合分析体系也仅仅是基本性的指导原则,具体问题还需具体分析。本文仅仅对局部城市路网能否实施单行做了详细阐述,而目前各大中小城市有全面推进单行交通网络的趋势。这种做法的参考依据是:人体的血液循环系统就是一个高效的单行交通网络系统,同样如果一个城市的交通也可以近似地组织,那么交通效率就可以提高很多。这样类比虽然有一定的道理,但是单行并不是解决城市交通拥堵的根本方法,它仅仅是手段之一,交通的缓解和治理还需多种手段和多种方法共同配合。目前国内的大城市比如大连、上海、杭州、广州在实施单行交通网络后,效果非常明显,其根本原因在于这些城市的支路网发育非常成熟,微循环比较丰富,非常适合单行交通网络的实施。北京目前也小范围地实施了单行交通,效果不是非常明显,那么北京的这种干道多、支路少的路