小区开放对道路交通的影响

冯时

摘 要：本文主要研究小区开放对周边道路通行的影响，并相应地建立了小区车辆通行模型。

关键词：可变元胞传输模型；VISSIM仿真；复杂网络模型；路网结构；交通流

模型的建立与求解：本次建模首先将不同类型小区的路网结构抽象化，利用MATLAB构建5种复杂网络模型，再将不同网络结构的描述参数数据代入VCTM模型，并利用VISSIM软件进行道路通行的交通流仿真，最后比较小区开放前后的交通流状态定性比较小区开放对周边道路通行状况的影响。

1 模型介绍

1.1 可变元胞传输模型（VCTM模型）

可变元胞传输模型（VCTM模型）是在传统元胞传输模型（CTM模型）的基础上加以改进而建立的改进型元胞传输模型。由于CTM模型能清楚地描述排队的物理效应以及一些交通流动力学特性，对交通流有良好的描述效果，并且足以满足本次建模所需的精度要求，所以具有很大的利用价值，但是在实际为小区周边道路建立元胞时，由于路网中道路长度不一，且包含了普通路段、引道段、交不同性质的叉口等不同性质路段，因此建立相同长度元胞困难，故提出可变元胞传输模型（VCTM模型）。

1.2 复杂网络模型

1）建立背景——布雷斯悖論。由于在实际的的城市交通管理和道路网络上的旅行时间增加了，而且是所有出行者的行时间都增加了，这一附加路段不但没有减少交通延滞，反而降低了整个交通网络的服务水准，这种“出力不讨好”且与人们直观感受相背的交通网络现象即为人们所说的“布雷斯悖论”现象。在本次要解决有关小区开放后对周边道路通行的问题中，依然涉及布雷斯悖论的相关内容，即小区开放相当于对周边道路增加支路（宽度为12-25米，用于小区路的连接线，区别于快速路、主干路和次干路），改变了周边道路的路网结构，但对周边道路通行能力的影响究竟是好是坏无法准确判断，因此，定量讨论并评价小区开放对周边道路通行的影响正是此次建模的目的所在。

2）交通流及其评价指标。交通流是指在单位时间内，通过道路上某一地点或者某一断面的实际参与交通的参与者数量，又称作交通流量或者流量，它可以作为道路截面实际通行能力的测算标准。在这里我们选取以下三个指标用于小区开放后周边道路状况的评价：平均行驶速度v、交通阻抗t、拥堵延迟？子。为了更真实的反映道路网络中车流的双向流动，利用VISSIM交通仿真软件，对基于VCTM可变元胞传输模型的小区开放前后的周边道路的路网结构进行仿真。并可根据VISSIM交通仿真软件的预测结果，对小区开放前后的周边路网结构的优劣及道路通行能力进行评价。

2 模型的求解与应用

将构建的不同类型的小区及其周边路网结构抽象成模拟网络结构，较为全面地覆盖所有小区路网结构，包括未开放的封闭小区在内共5种。

3 基于交通流评价参数的4种复杂网络小区开放前后交通流状况对比

3.1平均行驶速度v的比较

由下图可知，随着交通需求系数的增加，小区开放后整体路网结构为规则模型的小区的平均行驶水平反而低于开放前平均行驶水平，故可初步判断此类小区开放后周边道路通行能力最差，不宜对外开放。而在其他三类速度水平高于开放前的模拟模型中，无标度网络的平均行驶速度提高最大，故可初步判断小区开放后整体路网结构为无标度模型的小区周边道路通行能力最好，最适宜开放。

3.2 交通阻抗R的比较

作为验证，可以从交通阻抗在小区开放前后的变化情况中看出，依然是小区开放后整体路网结构为规则模型的小区交通阻抗最大，而无标度模型的交通阻抗最小。

3.3 拥堵延迟？子的比较

为进一步验证小区开放后4种路网结构的道路通行能力，通过对拥堵延迟的比较，可以看到小区开放后整体路网结构为规则模型的小区拥堵延迟最大，而无标度模型的拥堵延迟最小，印证前面的结论。

4 基于复杂网络模型提出的合理化建议

综合分析后可知，可采取以下措施来提升道路交通状况：1）若为规则网络，在需求系数较小时，道路整体的平均行驶速度有不明显的提高，在大多数的交通状况下，整体的平均行驶速度下降。这种类型的小区并不适合完全开放，否则将影响整体的交通性能，首先，可以采取不开放小区的政策；其次，还可以考虑开放部分小区道路，使得整体的拓扑结构趋向于无标度网络以提升网络的各项指标。2）对于随机网络和小世界网络，车流量直接影响需求系数，在调查该区域车流量后，根据其值的大小分别采取不同的措施：若小区周边道路需求系数小于0.12时，道路整体平均行驶速度的提升较为明显，可以采取开放小区的政策；而在需求系数大于0.12时，整体的平均速度值与开放前基本重合，小区开放与否影响不大，可不开放小区。3）在需求系数值域的大部分范围中，无标度网络的平均行驶速度有较为明显的提升，若该路段交通拥堵等较为严重，则开放此类小区对改善交通状况将起到至关重要的作用。

参考文献：

[1] 赵玲.城市道路网络结构分析及其对交通流的影响研究[D].湖南：中南大学，2013.

[2] 胡晓健，王炜，盛慧.基于可变元胞传输模型的城市道路交通流的估计方法[D].南京：东南大学，2010.

[3] 刘巍，曾庆山.基于复杂网络的Braess悖论现象[J].河南：郑州大学，2015.