小区开放对道路通行的影响

龚长会，包晓洁，管怡成

（南京邮电大学 贝尔英才学院，江苏 南京 210023）

小区开放对道路通行的影响

龚长会，包晓洁，管怡成

（南京邮电大学 贝尔英才学院，江苏 南京 210023）

近年来，我国小区对外开放问题越来越引起人们的关注，就小区开放后对周边道路通行的影响设立了合理的评价指标，建立了关于车辆通行的二流交通模型，对小区开放前后的排队长度、饱和度与延迟时间做出模拟数学的综合评价，以分析不同类型小区结构及周边道路结构、车流量等开放后的效果。

二流交通模型；蒙特卡洛模拟；模拟数学

1 研究背景

随着中国经济的不断腾飞，城市的拥堵现象日益严重。从2016年初国务院提出关于街区制小区和单位大院开放的意见以来，城市规划和交通管理部门就小区开放对周边道路通行的影响进行了研究。本文选取成都市3个开放式小区出入口处120m的城市道路为研究对象，首先建立道路通行的二流交通模型；然后依据蒙特卡洛模拟和二流交通理论求解该模型，并结合模糊数学得到评价结果，对小区开放前后是否缓解交通压力作出评估。

2 模型的建立与求解

2.1 排队长度

运动车辆形成的交通流为行驶交通流，停止车辆形成的交通流称为阻塞交通流，这两种交通流即为交通二流理论[1]对车辆的划分。针对多车道公路，交通二流理论采用平均车道排队长度来衡量整条公路的堵车情况。我们需要结合小区开放的实际情况对排队长度公式予以讨论。

（1）小区尚未开放。在研究多车道单出入口公路时，可以通过单一出入口这一条件，得到进入这条公路的汽车总数总是与驶出该公路的汽车总数相等的结论，如下式：

其中：Mi(j,t)是在t时间内通过该条多车道单出入口公路入口的车辆总和，Mo(j,t)是在t时间内通过该条多车道单出入口公路出口的车辆总和，j为该条多车道单出入口公路的具体车道序号，n是该条多车道单出入口公路总共拥有的车道总数；Ms是起始时刻位于该公路出入口之间所有车道的车辆数；Ms′(t)是t时刻位于该公路出入口之间所有车道的车辆数。

由于交通密度对车辆排队长度公式的使用范围有着很重要的限制，所以对于交通密度我们需要分段进行考虑。根据交通密度将道路分为空闲、拥挤与阻塞三种运行情况，综合考虑得出计算公式。

因此可得车辆排队长度的适用条件如下：

（2）小区完全开放。基于小区开放对周边公路增添出入口数目的不确定性，以及小区内部道路没有指定方向且不与周边道路类似的实际情况，提出合理假设：①小区道路既可以进入周边道路，又可以驶出周边道路，可将一条周边道路的全部小区道路出入口等效为一个出口，一个入口。②对于使用小区出入口的车辆，其进入小区的概率为Pi，驶出小区的概率为Po，且两者都是关于时间t的函数，满足Pi(t)+Po(t)=1。

现根据上述两条假设，研究小区车流量的计算公式。首先计算小区理论最大车流量，理论最大车流量即小区居民将车辆全部开出小区或驶入小区时通过小区出入口的值，其计算公式如下：

其中，fvmax为小区最大车流量，C为小区人均拥有车辆，R为小区人数。

张子翔：画院要根据自身体制类别的不同和各地经济发展不平衡特点，以求真务实的精神进行改革。认不清改革的形势，安于现状，不思进取，会逐步被时代所淘汰。画院在当前的形势之下，存在着诸多与改革不相适应的地方，管理体系混乱，制度约束缺损，队伍青黄不接，资金保障不足，阵地窗口萎缩等问题，阻碍着画院的发展壮大。画院要发展，就应在领导班子、编制体制、队伍建设、阵地建设、创作研究、藏品管理等方面进行大胆的改革，逐步地、稳健地向前推进，以应对不断发展的社会形势需要。

其次探讨小区实际车流量，由于上式已得出小区理论最大车流量，因此设定小区出入系数kv(t)，这是一个关于时间的变量，范围是(0,1)，小区出入系数kv(t)在居民上下班高峰会变大，在午夜及凌晨会变小。因此可得小区实际车流量：

由于上式只是表示小区出入车流量的总和，因此还必须利用假设（2）中的进出小区概率来描述，如下式：

由于道路的车辆流量是守恒的，因此可得到小区完全开放后周边道路平均车道排队长度公式：

由于上述车流速度、车流量对于车流密度的限制，因此必须对排队长度公式限定使用范围，所得公式如下：

2.2 基于蒙特卡洛算法的排队长度计算

选取三个不同小区出入口周边120m的城市道路在小区开放前后的车辆排队长度作为研究对象，以每隔10s选取一个观测点的方式，将一个小时划分成360个观测点对排队长度进行研究。根据每隔10s选取一个观测点的方式，需要对上述参数进行转化，将各个道路通行能力转化为每10s的汽车当量。

由于实际路况中对于同一路段，其进出车流大小并不会永远与实际道路通行能力相等，因此在相对短的时间内，道路进入车流与道路驶出车流可以看作基于均值为实际道路通行能力的随机数据；而小区驶出车流、小区驶入车流也与前者道路进入车流和道路驶出车流有同样的规律，即小区驶出车流、小区驶入车流在相对短的时间内也可以看做基于均值为小区实际道路通行能力的随机数据。

（1）构造或描述概率过程。将道路进入车流、道路驶出车流、小区驶出车流和小区驶入车流作为随机数据，以平均每10s进入或驶出车辆的均值为道路进入车流和道路驶出车流，即可得出的1.75pcu/10sec，再设定随机过程方差为0.1；对驶出小区车流和驶入小区车流，以平均每10s进入或驶出小区车辆作为均值，取小区驶出车流均值为1.1pcu/10sec，小区驶入车流均值为0.9pcu/10sec，再设定随机过程方差为0.1。

（2）实现从已知概率分布抽样。因为以10s为间隔将一个小时分成了360个观测点，因此对以上数据道路进入车流、道路驶出车流等各进行360次随机，共得到360组随机数据；并根据小区开放前后周边道路平均车道排队长度公式和上述随机值得到从0时刻计时开始至t时刻截止通过该条多车道单出入口公路入口的车辆总和和通过车出口车辆总和等值。

（3）建立各种估计量。根据上述步骤中得出的道路进入车流、道路驶出车流、小区驶出车流和小区驶入车流随机数据，将数据代入公式，计算出这1h内360个观测点的排队长度，结果见表1：

表1 小区开放前后周边道路平均排队长度

2.3 饱和度

饱和度为道路上交通流量的总量与实际道路通行能力的比值，本文对基于小区开放与否对延误时间做出定量研究，其计算方式如下：

其中：b为路段饱和度，Qz为路段总交通流量，Qs为实际道路通行能力。

2.4 延误时间

延误时间已经在问题一中给出物理概念，而本文对基于小区开放与否对延误时间做出定性研究，其计算方式如下：

其中：ty为延误时间，单位是s；tx为车辆在路段上一个信号灯周期内绿灯所占的时间；tz为车辆在路段上一个信号灯周期所占的时间；b为最大服务交通量与基本通过能力之比。

2.5 综合评价

通过使用谷歌地球的路况功能获得三个目标小区开放前后出入口周边120m路段1h的车辆通行情况的数据，将获取到的数据带入模型中得到三个小区的三种指标的定量数据，见表2：

将各小区开放前后指标的值，使用模糊综合评价模型求得各小区开放前后对周边道路影响的评价结果如下：

表2 小区开放前后指标值

三组数据对应三个小区，每组数据的前后两个值分别代表每个小区开放前后的评价结果。由评价结果可知，小区1的开放缓解了其周边道路的交通压力，小区2和3的开放对其周边道路的交通不利。

3 结果分析

由表2可知，在求解交通二流模型后，小区1在小区开放后的平均排队长度变小，而小区2和3在小区开放后的平均排队长度都变大；3个小区开放后使得周边道路的饱和度都变大；小区2延误时间变小，小区1和3的延误时间变大。

由此可见小区开放后对周边道路的三个评价指标的影响是不一定的。从模糊数学的综合评价结果来看小区1在开放后可以缓解周边道路的交通压力，而小区2和3在开放后对周边道路的交通却会造成不利影响。从模型检验的角度来说，这个结果符合周边道路通行能力在3个小区开放后的结果，因此我们可以知道部分小区适合对外开放，部分小区不适合对外开放，具体效果需要针对具体小区来分析。

[1]韩延玲.智能交通系统中视频车辆检测与定位技术研究[D].杭州:杭州电子科技大学,2011.

Influence of Community Open-up on Road Connectivity

Gong Changhui,Bao Xiaojie,Guan Yicheng
(Bell Honors School,Nanjing University of Posts&Telecommunication,Nanjing 210023,China)

In this paper,we established the index system for the evaluation of the impact of community open-up on the connectivity of the surrounding roadways,built the two-fluid traffic model and then evaluated comprehensively the queuing length,traffic saturation and waiting time of the roadways before and after the open-up of the community.

two-fluid traffic model;Monte Carlo simulation;mathematicalsimulation

F224.0;U116.5

A

1005-152X(2017)01-0098-03

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.01.020

2016-09-12

龚长会，男，江苏扬州人，南京邮电大学贝尔英才学院学生，主要研究方向：信息安全。