小区开放对周围道路通行能力影响的统计分析

苏文华

(滨州学院 数学系，山东 滨州 256600)

0 引言

要评价小区开放对周边道路通行的影响，首先将影响道路通行能力的指标分为交叉路和路段两大指标，即一级指标，其次是在一级指标下根据科学性原则、可操作性原则以及整体完备性原则进行分析来建立二级指标，包括路网密度、出行到达时间、平均停车次数、交通量、交叉口延误、排队长度、道路结构以及道路服务水平.通过这两级指标来构建较高敏感性的评价体系，实现指标体系的最优化.

1 指标体系

1.1 交叉口的延误时间与排队长度对周边道路通行能力的影响

延误时间反映交通流在交叉口受阻状况与排队状况，排队长度指交叉口排队车辆占有的路段长度，能直观的反映出道路的交通状况，是城市道路交通运行评估的基本核心问题.

小区开放后其周围的十字路口数将增多，交通信号灯也将相应增多.在十字交叉路口的地方，一般采用相等的时间间隔来控制那里的交叉路口的信号灯.也就是说，通过这种方法来调控交通信号灯将会使交叉路口处的东西方向和南北方向的红灯延时时间相等.然而，当两个方向的车流量有较大差异时，会造成车流量大的那一通道发生严重的堵车，这将会加大十字交叉路口处的总体延误时间.所以本文可选取用延误时间和排队长度作为衡量小区开放前后对周边道路通行影响的评价指标.

1.2 开放小区周围道路的通行交通量

交通量可以分为行人交通量、非机动车交通量和机动车交通量，本文中的交通量是指机动车交通量.是指在单位时间内通过某一断面往返两个方向上的车辆总数.因而它被作为一个重要的参数来表征交通流特性.通过调查道路的交通量可以方便的得出交通运行状况的趋势，以便得到小区周围道路的运行情况.可推断出主干道之间、次干道之间以及主次干道之间的关联，分析交通流量的分配并且可以预测未来的交通流量，从而观察小区在开放前后周边道路通行的变化，可作为开放型小区对周边道路通行影响的评价依据.通过查阅文献资料《道路工程设计规范》整理得到如下表所示：

图1 初始排队长度，最大排队长度，排队最远点长度示意图

设计速度(km/h)6050403020基本通行能力(pcu/(km．ln))18001700165016001400设计通行能力(pcu/(km．ln)14001350130013001100

小区开放前后，小区周围交叉口的交通流变化如图2所示：

图2 小区开放前后交通流的变化

1.3 路段综合运输效能

路段综合运输效能是单位时间内网络交通流或长路短中所有车辆行驶的总里程，用来衡量单位时间内路段能够实现输送的能力.本文研究的是在小区开放后，对周边道路通行效率的影响，通行效率表征的是单位时间内交通网络传送了多少车辆以及每辆车所走的距离.小区开放后，交叉口数量增多，车辆分散到各个路段，使得路段内部车辆密度降低，单位时间内交通网传送的车辆增多，而且效率不仅仅是快速度，还需要将路网的运输能力表现出来，所以本文选取路段综合运输效能作为评价指标.

1.4 平均停车次数

停车次数表征了交通运行的一个状态，在交通系统的众多控制系统和控制方法中是一个极重要的优化指标[11].车辆的停车次数取决于交叉口的供需结构.而小区开放后，不可避免的会增加一定数量的交叉口数量，即车辆的运动轨迹(时空图)也相应发生变化，所以交叉口的平均停车次数与周边道路通行有着密切关系，本文以车辆在交叉口的停车次数为评价指标，明确小区开放前后对周边道路通行的影响.

1.5 道路服务水平等级

主要是指道路上的车辆运行速度和交通总量与可允许的通行能力之比来综合的反映道路的服务质量.可从道路的实际路况、道路的周围环境以及道路的安全因素等来评价道路服务水平.例如，允许的最大行驶速度、道路行驶舒适性、以及安全性等.道路的服务水平一般可以划分为四个等级.如下表所示：

表2 我国大中小城市道路服务水平的划分标准

表3 信号交叉口服务水平

道路的服务水平通常用饱和度(V/C)来表征. 饱和度是指服务交通量和实际车辆通行能力之间的比值，它能表征实际的道路负载状况.因为行车速度、延误时间和饱和度相关，所以当饱和度变大时，车速将会相应降低，而延误时间将会增长；如果饱和度减小，将会出现相反的状况；因此饱和度可以独立的成为一个分级指标.当交通路况以干路、次干路以及支路的通行能力为主时，饱和度将会接近于1，并且会出现大于1的情况，会造成行车速度变慢，但是却能获得较大的道路通行能力，对交通行车安全也是有利的.道路交通服务水平降会降低至E级水平，从而出现通而不畅的交通状态，这和道路的功能是一致的[3].

综上所述，道路服务水平的各项指标，例如车速，车流密度等，都与道路通行能力有着密切的关系；严格的说，没有无服务质量的通行能力.小区开放后与服务水平相关的个别指标都会发生相应的变化，所以本文根据科学性、可操作性、客观性、整体完备性等原则选取道路服务水平作为判断小区开放后对周边道路影响的评价指标，如下表所示：

表4 小区开放前后衡量周围道路通行能力的指标体系

2 模型的构造

选取影响小区开放前后变化较大的几个指标(路网密度、周边道路结构、交通量)并分别获得控制这些变量的因素，建立关于实际道路通行能力的数学模型，依据此数学模型研究小区开放对周边道路通行的影响.基本通行能力作为理想的道路条件,主要是车道宽度应不小于3.75 m ，当标准型的汽车在某一交通车道上用相等的速度连续行驶时,各个行驶的汽车之间保持与它们行车速度相适应的最小间隔, 并且没有其他方向的干扰.则可以构造出速度-密度性模型公式如下：

(1)

基本通行能力：CB=2870pcw/h，v=30km/h

其中:pi代表第i型车的比例系统，Ei代表第i型车的换算系数.

实际通行能力：

CP=CB*fHV*fw*fp*fsw

(2)

得到折算系数如下所示：

表5 《城市道路交通规划设计规范》[2]

表6 停车场设计车型外廓尺寸

在城市道路设计中，标准车道宽度为3.75m，当行车车道的宽度比该值大时，不会影响道路的通行能力；如果行车车道的宽度比该值小时，车道的通行能力将会降低.车道宽度对道路通行能力的修正系数可按下式确定：

(3)

式中：W—条机动车道的宽度(m).

将机动车道的宽度代入上式得车道宽度对通行能力的修正系数为1；驾驶员反映时间一般都是5-7秒，对道路通行能力的影响一般，所以我们在此取其系数为0.75；三车道折线对道路通行能力前后几乎没有影响，所以我们取交通组成修成系数为1.根据道路经过的各种车辆的数据(见附录1、2、3、4)，分别求出的它们的交通组成修成系数，进而求出它们的道路通行能力，结合SPSS软件，求出它们的方差分析表，进而求出P值，结合给定的显著水平，判断前后是否存在显著差异.

3 实证分析

由题意知小区开放产生的影响可能与周边道路的结构以及车流量有关，先从各个时段通过该小区的车辆数及路网密度来确定小区的类型，利用vissim仿真软件获取各个类型小区的车流量数据，运用修正系数把影响道路通行的各个指标联系起来，得到不同类型的小区开放前后的实际通行能力的变化，运用配对样本t检验，得到P值，判断其显著性差异，来评价各类型小区开放对道路通行的影响，再依据基本通行能力与实际通行能力的比值，得到饱和度等级.

图3 VISSIM仿真的路况片段 图4 大型小区开放前后流通能力

3.1 开放前后基本通行能力的分析

3.1.1 大型小区开放前后的基本通行能力：

将以上数据带入(2)式中可得大型小区开放前时的实际通行能力为：

CP=2870*0.7818*1*0.75*1=1682.8245

大型小区开放后的实际通行能力为：

CP=2870*0.8252*1*0.75*1=1776.243

大型小区开放后道路的实际交通通行能力：1776.243及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为592.081；开放大型小区前道路的全天实际交通通行能力：1682.8245及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为560.9415.利用配对样本t检验，在显著性水平的条件下，得到p值大于α，在统计学的意义下，认为大型小区开放前后无显著性差异.

得到大型小区开放前后的关系图4所示：

3.1.2 小型小区开放前后基本通行能力

将数据带入(1)式中可得到小型开放前的实际通行能力为：

CP=2870*0.855369*1*0.75*1=1841.1624

小型开放后的实际通行能力为：

CP=2870*0.81463*1*0.75*=1753.491075

开放小型小区后道路的实际交通通行能力：1753.491075，及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为584.4972 ；开放小型小区前道路的实际交通通行能力：1841.1624，及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为613.7208，开放后的道路通行能力低于了该类小区所开放前的道路通行能力.得出小型小区开放前后的关系如图5所示：

图5 小型小区开放前后流通能力 图6 中型小区开放前后流通能力

3.1.3 中型小区开放前后基本通行能力

将数据带入(1)式中可得到中型开放前的基本通行能力为：

CP=2870*0.786470197*1*0.75*1=1692.8771

得到中型开放后的基本通行能力为：

CP=2870*0.8603283*1*0.75*1=1851.85667

开放中型小区后道路的实际交通通行能力：1851.85667，及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为617.286；开放小型小区后道路的全天实际交通通行能力：1692.8771，及每条道路所需要承担的平均交通通行能力为564.2924，这个值远远超过了该类小区所开放前的道路通行能力.利用配对样本t检验，得到p小于α，认为小区开放前后有显著性差异.

得到中型小区开放前后的关系如图6所示：

3.2 饱和度分析

利用3.1中的各个类型小区的实际道路通行能力和基本通行能力得到饱和度:

当在路段上交流量等于无平交路段、十字形交叉和环形交叉口总的基本通行能力，得到各种类型小区开放前后的等级如下表7所示:

表7 三种类型小区开放前后饱和度等级

4 对策建议

从交通通行角度获得影响周边道路通行的评价指标，对城市规划和交通管理两个部门提出合理化建议.得出开放小区主要针对中型小区实施，因为在中型小区实施开放可以使道路的公共化程度提高，通过合理的道路布局提高土地的利用率.合理化建议的总体目标和重点任务是中国城市实现未来发展蓝图的具体“路线图”，但开放不能过于开放，封闭不能过于封闭，所以对城市城市规划和交通管理部门提出了更高的要求.

结合道路交通能力和饱和度等级，我们得出以下结论：小型小区开放后交通能力小于开放前的交通能力，会形成新的道路压力，造成交通堵塞，所以建议城市规划和交通管理部门不对小型小区实施开放政策；中型小区开放后交通能力远远大于开放前的交通能力，开放后会缩短行程延误时间和排队长度，避免了交通堵塞情况的发生，因此建议城市规划和交通管理部门对中型小区实施开放政策；不建议对小型小区实施开放政策；大型小区开放后交通能力稍微大于开放前的交通能力，影响不显著，所以对于大型小区是否开放不做具体要求.

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