行道树倒伏对城市道路交通延误的影响

摘要：为研究行道树倒伏后对城市道路交通流运行状态的影响，采用软件VISSIM仿真福州市多路段交叉口行道树倒伏后路网交通状态，采用软件MATLAB将交通量代入仿真文件生成交通延误，通过软件EViews拟合分析行道树倒伏长度、倒伏宽度及交通量对不同车道数道路交通延误的影响。结果表明：3个影响因素对三车道和四车道交通延误影响较大，对五车道交通延误影响较小；交通延误随行道树倒伏长度、倒伏宽度、交通量的增大而增大，对交通延误影响程度按从大到小排列依次为行道树倒伏长度、宽度、交通量；三车道道路在行道树倒伏长度为5、6 m时，交通延误对交通量的变化较敏感；行道树倒伏长度和倒伏宽度均较小或均较大时，交通量变化对交通延误的影响较小；不同行道树倒伏宽度下，行道树倒伏长度大于6 m后交通延误明显增大；交通量大于1 500 辆/h后行道树倒伏长度、宽度与交通延误的拟合优度趋于稳定，交通量为1800 辆/h时，拟合优度为0.982 2，交通量越大，行道树倒伏长度、倒伏宽度与交通延误的拟合效果越好。

关键词：城市道路；交通延误；行道树倒伏；交通量

中图分类号：U491文献标志码：A文章编号：1672-0032（2024）03-0010-08

引用格式：王宇航，郑益锋，林睿睿，等.行道树倒伏对城市道路交通延误的影响［J］.山东交通学院学报，2024，32（3）：10-17.

WANG Yuhang， ZHENG Yifeng， LIN Ruirui， et al. The impact of fallen roadside trees on urban road traffic delay［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2024，32（3）：10-17.

0 引言

随着全球城市化发展，极端天气增多，近几年我国东南沿海各省多次遭受台风侵袭，行道树倒伏事故频发，造成交通拥堵，影响城市道路交通秩序，存在较大安全隐患。行道树倒伏属突发事件，具有短时性和危险性，行道树由外侧车道向内侧车道倒伏时，与普通交通事故和施工区围挡对交通流的影响不同，研究行道树倒伏对交通流状态的影响有重要的现实意义。

学者多采用卷积神经网络^[1-3]、软件仿真^[4-6]、元胞自动机模拟^[7-9]等方法预测障碍物影响下的短时交通流。梅朵等^[10]基于时空遗传粒子群支持向量机算法预测短时交通流，预测精度较高；张杉等^[11]采用元胞自动机模型分析车辆冰雪道路环境下交通流特性及事故概率，并提出相应管控措施；杨庆祥^[12]通过软件VISSIM仿真施工作业区的道路通行能力，提出作业区通行能力计算公式；姬浩等^[13]采用软件VISSIM分析事故车辆对三车道道路交通流的影响机制及事故持续时间变化时的城市道路交通流演化；刘霞等[14]通过建立元胞自动机模型，考虑事故车辆位置及车辆运行状态，分析事故区域内的车流量和平均车速变化曲线；孙然然等^[15]建立支持向量机模型，实时监测道路交通流参数，识别和预报可能导致交通事故的危险交通流状态。目前多研究雨雪天气、施工围挡及交通事故等因素对道路交通流的影响，对行道树倒伏后城市道路交通流变化的研究较少。

本文以行道树倒伏后占城市道路长度、宽度、车道数及交通量等为主要参数，分析福建省福州市多路段交叉口行道树倒伏后至被清理前对城市道路交通流的影响，为城市道路交通管制提供理论依据。

1 试验方案设计

1.1 道路交通参数

调查风雨天气下道路实际交通量，根据文献[16]规定的折算系数，将机动车交通量转换为当量交通量取整，对不同车道数的道路分别选取6个交通量代入软件VISSIM中仿真，试验路段交通参数如表1所示。

1.2 行道树倒伏长度、宽度、角度

图1 行道树倒伏示意图

风雨作用造成的行道树倒伏状态具有不确定性，假设行道树倒伏后树干左、右侧枝叶均匀分布，行道树高h，树冠宽w_c，倒伏长度为l，倒伏宽度为w，倒伏后与行车方向的夹角为θ，若θgt;90°，则取θ的补角。行道树倒伏示意图如图1所示。依据图1可得：

l=0.5w_ccos θ+hsin θ，（1）

w=0.5hcos θ+w_csin θ。（2）

行道树生长进度不同，有各向异性特点，倒伏角度存在全面性及随机性。调查福州市主城区254棵行道树的高度和树冠宽度，取θ=10°～90°，以10°为间隔依次取数代入式（1）（2），计算得到2 286组行道树倒伏长度和宽度，行道树倒伏长度和宽度的频次与累积频率如图2所示。

由图2可知：行道树的倒伏长度和倒伏宽度均集中在4～12 m，若倒伏行道树占用车道导致车辆无法通行，进口道的交通处于瘫痪状态，无法分析各因素变化对交通流的影响，根据文献[17]规定的城市道路横断面宽度，以3 m作为1辆车通过的最小宽度，对二车道仅分析行道树倒伏长度为4 m的情况，对三、四、五车道分别分析行道树倒伏长度为4～7、4～11、4～12 m的情况。

1.3 试验平台搭建

福州位于我国东南沿海地区，夏季台风活动频繁，易造成行道树倒伏。选取福州市城市中心区域的6个交叉口及交叉口间连接路段组成的道路网络作为试验路段，该路网潮汐交通现象明显，全天交通量变化大，道路两侧行道树多且种植时间较长。

采用软件VISSIM中的跟驰和换道微观驾驶模型仿真行道树倒伏后的路网交通状态。为保证数据稳定性，仿真1 000 s后开始取值，行道树倒伏后相关部门会尽快清理倒伏行道树，设仿真周期为3 600 s，以900 s为间隔仿真交通延误。

交通延误是指车辆在行驶过程中，因交通流减缓或阻塞等因素造成车辆行驶时间增大。研究行道树倒伏后的交通延误能判断局部交通拥堵情况，对分析交通流运行状态、保障交通安全与畅通、提升道路通行能力有重要作用。

以交通延误作为衡量交通流运行状态的因素，根据行道树倒伏长度及倒伏宽度，在建立的路网车道上设置倒伏行道树，共生成198个VISSIM仿真文件。采用软件MATLAB将不同车道数道路的交通量分别代入198个仿真文件进行联合仿真，将仿真导出的1 188组交通延误写入Excel文档进行后续数据处理与分析。

2 仿真数据分析

2.1 交通延误影响因子与拟合式分析

根据仿真数据分析行道树倒伏长度、倒伏宽度及交通量3个影响因素对交通延误的影响。采用软件EViews拟合仿真数据，得到不同车道下3个影响因素的影响因子及交通延误拟合式，如表2所示。通过EViews回归结果的伴随概率（Prob值）可知各影响因素的显著性差异均小于0.05，说明3个影响因素与交通延误有显著的线性关系。

由表2可知：交通延误拟合式的拟合效果较好，行道树倒伏长度、倒伏宽度及交通量与交通延误有较强的相关性；3个影响因素对交通延误的影响程度按从大到小排列依次为倒伏长度、倒伏宽度、交通量；3个影响因素对三车道和四车道交通延误影响较大，对五车道交通延误影响较小，行道树倒伏易造成二车道交通系统瘫痪；五车道的交通环境较其他车道更复杂，交通延误受多种因素影响。

2.2 交通延误分析

2.2.1 行道树倒伏长度对交通延误的影响

以三车道道路为例，采用软件ORIGIN绘图分析行道树不同倒伏长度、宽度及交通量对交通延误的影响。不同行道树倒伏长度下，倒伏宽度和交通量对三车道道路交通延误的影响曲线如图3所示。

由图3可知：不同行道树倒伏长度下，随行道树倒伏宽度和交通量的增大，交通延误增大；行道树倒伏长度为4、7 m时，不同交通量下行道树倒伏宽度对交通延误的影响曲线整体变化趋势较陡，即倒伏宽度对交通延误影响较大；行道树倒伏长度为5、6 m时，不同交通量下行道树倒伏宽度对交通延误的影响曲线整体变化趋势较缓，即倒伏宽度对交通延误影响较小，此时不同交通量下的交通延误相差较大，说明该行道树倒伏长度下，三车道道路的交通延误对交通量变化较敏感。

行道树倒伏长度、倒伏宽度均为4 m时，交通量由1 300 辆/h增大至1 800辆/h，交通延误仅增大18%，说明三车道道路在行道树倒伏长度和倒伏宽度均较小时，交通量变化对交通流的影响较小，道路能满足正常通行要求；行道树倒伏长度为7 m，倒伏宽度为12 m时，交通量由1 300 辆/h增大至1 800 辆/h，交通延误仅增大10%，说明三车道道路在行道树倒伏长度和倒伏宽度均较大时，交通延误对交通量的变化不敏感，原因是此时交通流为拥堵状态，道路已无法满足正常通行要求。

2.2.2 行道树倒伏宽度对交通延误的影响

不同行道树倒伏宽度下，倒伏长度和交通量对三车道道路交通延误的影响曲线如图4所示。

由图4可知：1）不同行道树倒伏宽度下，随行道树倒伏长度和交通量的增大，交通延误增大。2）行道树倒伏宽度为12 m，交通量为1 800 辆/h时，倒伏长度由4 m增至6 m时，交通延误增大11%；倒伏长度由6 m增至7 m时，交通延误增大14%，行道树倒伏长度大于6 m后，交通延误明显增大；其他行道树倒伏宽度下，交通延误的变化规律相同。3）不同行道树倒伏宽度下，倒伏长度为4～6 m时，交通量为1 300～1 700 辆/h的交通延误与交通量为1 800 辆/h的相差较大；倒伏长度为7 m时，不同交通量下的交通延误相差较小，均接近拥堵状态。

2.2.3 交通量对交通延误的影响

不同交通量下，行道树倒伏长度及倒伏宽度对三车道道路交通延误的影响曲线如图5所示。

由图5可知：1）不同交通量下，随行道树倒伏长度、倒伏宽度的增大，交通延误增大。2）行道数倒伏长度为4 m时，交通量分别为1 300、1 400、1 500、1 600、1 700、1 800 辆/h，随行道树倒伏宽度增大，交通延误分别增大18%、23%、24%、25%、26%、38%，行道树倒伏长度较小时，随交通量增大，行道树倒伏宽度对交通延误的影响程度增大；行道数倒伏长度为7 m时，交通量分别为1 300、1 400、1 500、1 600、1 700、1 800 辆/h，随行道树倒伏宽度由4 m增至12 m，交通延误分别增大36%、17%、14%、14%、12%、11%，行道树倒伏长度较大时，随交通量增大，倒伏宽度对交通延误影响程度减小。

不同交通量下，行道树倒伏长度及倒伏宽度对三车道道路交通延误影响的三维图如图6所示。

由图6可知：随行道树倒伏长度、倒伏宽度、交通量的增大，交通延误增大。在台风、暴雨等极端天气下，交通管理部门应优先控制行道树倒伏长度可能性大的路段的交通量，避免出现交通堵塞，影响倒伏行道树的清理工作。

2.3 不同交通量的数据敏感性分析

以三车道为例分析随交通量的变化，行道树倒伏长度与宽度对交通延误的影响程度的拟合优度，判断行道树倒伏长度与宽度对交通延误的敏感性。采用软件EViews拟合6组不同交通量的仿真数据，得到交通量为1 300、1 400、1 500、1 600、1 700、1 800 辆/h的拟合优度分别为0.791 6、0.882 4、0.963 3、0.969 3、0.973 9、0.982 2。交通量较小时，拟合优度较小，交通量为1 300～1 500 辆/h时，拟合优度随交通量增大而快速增大，交通量超过1 500 辆/h后，拟合优度趋于稳定，交通量为1 800 辆/h时拟合优度最大。说明交通量越大，行道树倒伏长度、宽度与交通延误的拟合优度越大，对交通延误的影响越大。

3 结论

针对沿海城市行道树倒伏对交通流运行状态的影响问题，以行道树倒伏长度、宽度及交通量为影响因素，通过软件VISSIM仿真分析各影响因素与交通延误的关系。交通延误随行道树倒伏长度、宽度及交通量的增大而增大，行道树倒伏长度对交通延误的影响最大，倒伏宽度次之，交通量最小；三车道道路在行道树倒伏长度为5、6 m，交通量增大时，交通延误明显增大，而倒伏宽度对不同交通量下的交通延误影响较小；三车道道路在不同行道树倒伏宽度下，行道树倒伏长度大于6 m后交通延误明显增大；行道树倒伏长度较小时，随交通量增大，行道树倒伏宽度对交通延误影响程度增大；行道树倒伏长度较大时，随交通量增大，倒伏宽度对交通延误影响程度减小。交通量越大，行道树倒伏长度、倒伏宽度与交通延误的拟合优度越大。

城市道路交通环境复杂，未来可通过选取多种影响因素，结合仿真软件分析交通流的运行状态，获得更接近现实情况的仿真结果，为城市交通管制及交通规划提供可靠的理论依据。

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The impact of fallen roadside trees on urban road traffic delay

WANG Yuhang， ZHENG Yifeng， LIN Ruirui， YUE Xiaoquan^*， ZHANG Kexin

College of Transportation and Civil Engineering， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou 350002， China

Abstract：In order to study the impact of fallen roadside trees on the operational status of urban road traffic， using software VISSIM to simulate the traffic condition at multiple intersections in Fuzhou City after the roadside trees fell， and using software MATLAB to input traffic volume into the simulation file to calculate traffic delays. The effects of the length and width of fallen roadside trees， and traffic volume on traffic delays are fitted and analyzed using software EViews. The results show that the length and width of fallen roadside trees and traffic volume have a significant impact on traffic delays of three-lane and four-lane roads， but have a lesser impact on five-lane roads traffic delays； Traffic delays increase with the length and width of fallen roadside trees and traffic volume， with the impact on traffic delays ranked in descending order as follows： length of fallen trees， width of fallen trees， and traffic volume. For a three-lane road， when the length of the fallen roadside trees is 5 or 6 m， traffic delays are more sensitive to changes in traffic volume. When the lengths and widths of fallen roadside trees are either small or large， the impact of traffic volume changes on traffic delays is minimal. Under different widths of fallen roadside trees， traffic delays significantly increase when the length of fallen trees is greater than 6 m. After the traffic volume exceeds 1 500 vehicles per hour， the fitting goodness of fallen tree length， width， and traffic delays tends to stabilize. At a traffic volume of 1 800 vehicles per hour， the goodness of fit is 0.982 2， and the greater the traffic volume， the better the fit between the length and width of fallen roadside trees and traffic delays.

Keywords：urban road；traffic delay；fallen roadside tree；traffic volume

（责任编辑：赵玉真）