区域交通组织优化方法研究

区域交通组织优化方法研究当今世界城市普遍面临着日益严重的交通拥挤问题。

城市交通拥挤主要表现为道路拥挤，是指道路上的车辆密度（道路上单位距离内的车辆数目）过大使得车辆速度受到影响的一种现象。

为改善交通拥挤状况，各国政府都采取了相应的措施，如增加城市交通基础设施建设方面的投资；建立立体交通体系；采取行政、经济手段抑制交通需求；发展和完善公共交通等。

我国同样也经受着交通拥挤的压力。

城市交通拥挤，从理论上讲是交通需求超过交通供给能力引起的。

在城市的发展过程中，由于城市聚集效益的原因，人口和物质生产活动向城市大量集聚，城市高强度的土地开发，以及随着经济发展和人们收入水平的提高所带来的出行机动化的迅猛发展，必然会使城市交通需求，尤其是对道路的需求持续增长。

但是城市交通供给能力的增长却呈现出跳跃性、阶段性的特征。

交通设施一旦建成，短期内便难以改变。

并且，交通设施的建成，往往又会形成新的交通源。

因此，交通拥挤现象很容易发生，在某种程度上说，也是难以避免。

道路交通组织优化是在有限的道路空间上，科学合理地分时、分路、分车种、分流向使用道路，使道路交通始终处于有序、高效运行状态。

交通组织从研究的范围大小及内容可以分为微观交通组织、区域交通组织、宏观交通组织三个方面。

其中微观交通组织是区域交通组织的基础，而宏观交通组织主要指宏观的交通政策。

微观交通组织是区域交通组织的基础，它包括交叉口交通组织、路段交通组织和路口路段一体化交通组织。

当前微观交通组织主要是研究交叉口的交通组织。

针对交叉口的交通组织，国内外已经研究了各个方面，包括路口放行方法、车道渠化、信号控制的优化、设立左转候驶区等方面。

在对区域交通组织的研究方面，国内外已经研究了区域交通网络的信号优化、路口流向禁限（主要是禁左交通组织）、单行交通组织等方面。

1.区域交通组织优化思路随着科技发展和社会进步，对于交通组织优化，可以从以下几方面考虑：对于宏观交通组织，在时间上要削峰填谷，在空间上要控密补稀，体现出矛盾分散时空均分的原则；对于微观交通组织，信号配时上要分秒必争，在车道渠化上要寸土必争，体现出在冲突分离基础上充分利用空闲时间和空闲面积。

区域交通组织优化的目的是为了减少区域内的交通拥堵情况。

而对于某一区域内的交通拥堵情况，从理论上按交通拥挤的空间分布特点可以模糊归纳为三种：①点——指交通拥挤发生在一个独立的交叉口，只对与其相连接的路段产生影响，而未影响到与其相邻的交叉口；②线——指由于交通流量的激增（如流量高峰期）或者由于局部交通堵塞未得到及时解决，而使得拥挤在相互关联的路段上蔓延，并且主要分布在一条城市主干道上；③面——指交通拥挤分布于相互关联的路段，并且路段与路段之间的交叉口相互重合，从而构成区域性交通拥挤。

对于上述第三种情况，即区域内的全面交通拥堵，用区域交通组织措施是不能解决的，必须采取宏观交通组织方法或从更大范围内的区域出发解决。

对于①②两种情况，则可以首先考虑在区域内采取微观交通组织方法和区域交通组织方法。

微观交通组织是区域交通组织的基础，因此对于交通拥堵，首先应采取微观交通组织方法，包括路口的放行方法、渠化及信号控制等；如果微观交通组织不能解决交通拥堵，则应考虑采用区域交通组织的方法，如禁左交通组织、单行交通组织、区域信号组织等；若区域交通组织仍不能解决，则应该考虑宏观交通组织方法，如机动车保有量增长速度的控制、公交优先、错峰上下班及经济调控组织等。

要从区域交通组织出发解决交通拥堵，可按以下思路进行：（1）确定合理的交通组织优化评价指标及评价方法。

该评价指标应能反映区域路网的交通拥堵程度，该评价方法应能以对实施交通组织优化方案后的效果进行正确的评价；（2）建立适合区域交通组织的合理的交通网络模型。

区域交通组织中的每种方法的实施都会引起区域内交通流的重新分配，因此区域交通组织实际上是交通网络的交通分配。

在区域交通信号中必须考虑各个交叉口的路口流向禁限，而一般的交通规划软件中对交叉口的路口流向禁限措施没有得到很好的支持。

因此应建立新的网络模型，该模型应能计算出采用禁左及单行交通组织后各交叉口每个进口的直行、左转及右转交通量。

（3）确定区域交通组织方案根据区域交通网络的实际情况和适用条件，采取合适的路口流向禁限及单行交通组织等措施，并由交通网络模型进行区域内交通量的重新分配，得到各交叉口的分向流量；并由此进行各交叉口信号配时优化，并得出优化后的交叉口通行能力及各进口流量。

（4）进行区域交通组织方案评价计算方案实施前后的评价指标，并进行对比，按评价方法进行判断是否达到目标要求。

若满足目标要求，则可实施该方案；否则应重新确定交通组织方案，并重新进行评价，最后得到两种结果：①区域内有可行的方案满足目标要求；②区域内所有可能的区域交通组织方案均不能达到目的要求。

2．区域交通组织优化评价指标评价是指根据明确的目的来判定对象系统跳属性，并将各种属性变换为客观定量的数值或主观效用的行为。

区域交通组织的评价指标应采用全面反映区域内交通网络的交通拥堵程度。

2.1评价指标的选取原则1）实用性课题研究的目的是为了应用到实际中去，去指导实践，因此，无论是按照什么方法或是依据什么原理，都必须具备实用性。

在研究的过程中，力求体系做到思路清晰，指标明确，方法恰当可行、易于掌握，作为一项研究成果，能够在实践中体现其价值。

2）可测性对于所选取的评价指标，必须能够通过某些直接或是间接的方法得到定量的值。

所以在选择指标时，对于那些不可侧的指标，应该予以摒弃。

3）独立性城市交通系统是一个复杂的、多层次、多因素的系统。

其内部各层次、各因素之间相互独立、相互影响、相互联系，因此在研究的过程中要全面综合地考虑，避免评价指标的相互关联和重叠。

4）可比性可比性原则反映了评价指标的敏感性程度。

所选用的评价指标应具有较高的敏感性，能客观的反映出不同管理方案下所取得的效果的差异，从而为改善城市交通组织水平提供决策支持。

对于敏感性程度较低的评价指标，由于其前后变化以及在不同方案中的变化很小，对决策支持意义不大，所以在选用时应尽量避免。

2.2评价指标的筛选确定在确定评价指标的选取原则后，即可进行评价指标的确定。

在确定评标指标时，主要考虑的方面就评价对象的特点。

本文的评价对象是区交通组织优化方案在解决交通拥堵方面的实施效果。

由于交叉口是交通网络系统中通行能力的“瓶颈”，因此交通拥堵可以归结为交通拥堵点（对于交通堵线，可以认为一条线上相互关联的几个交通拥堵点，而对于交通拥堵面，可以归结为平面内相互联的有限个交通拥堵点）。

所以，本文选择交叉口能反映交叉口拥堵程度的两个评价指标。

（1）饱和度饱和度为交叉口实际交通量 V 与通行能力 C 的比值，用以表明交通车流状态繁重程度，反映了交叉口总体的拥挤程度。

（2）延误延误是间断交通流的一个关键运行性能指标，是车辆在通过交叉口的过程中所造成的时间损失，它不仅反映了交叉口通畅情况，也反映了交叉口的服务水平，延误大小是衡量交叉口交通运行质量的重要指标。

用于评价交叉口服务水平的延误主要有停车延误和控制延误两种。

停车延误为车辆由于某种原因而处于禁止状态所产生的延误，等于车辆停驶时间，包括车辆由停止到车辆再次启动时驾驶员的反应时间。

控制延误在美国通行能力手册（HCM）（1997 版）中被界定为停车延误与减速一加速延误之和。

由于停车延误概念清晰，且易于观测，一般都采用停车延误作为评价指标。

2.3评价方法因本文中区域交通组织优化的目的解决点和线的交通拥堵，而选取的评价指标是区域路网中每个交叉口的饱和度与延误，因此评价交通组织方案的实施效果可采用以下对比方法：（1）列出各个交叉口交通组织方案实施前的评价指标；（2）列出各个交叉口交通组织方案实施前的评价指标；（3）对各个交叉口方案实施前后的评价指标进行对比，这里交叉口应两类：①交通拥堵点交叉口；②非交通拥堵点交叉口。

（4）评价标准当方案同时满足以下两个条件时，可认为方案实施效果达到预期目的。

①对于交通拥堵点交叉口，方案实施后评价指标均应小于实施前，且均应小于给定的评价指标；②对于非交通拥堵点交叉口，方案实施后评价指标均应小于给定的评价指标。

否则，应调整交通组织方案，再重复（1）~（4）过程。

3．区域交通组织优化网络模型由前述可知，本文的区域交通组织优化方案的实施实际上分两个阶段：（1）确定禁左及单行交通组织等区域交通组织方案，该方案的实施效果是对交通网络系统中交通量的重新分配；（2）由于交通量重新分配后各个交叉口的进出口流量会产生变化，因此应对单点及区域交通网络的交通信号进行优化。

上述阶段（1）中是区域路网的交通量分配，可参考交通规划中的交通网络模型来建立交通组织优化网络模型，但该模型与交通规划中模型又有所不同。

3.1交通小区的划分考虑到单点及区域交通信号组织中需要得到每一个交叉口的交通量详细数据，如各进口直行、左转及右转的交通量（因交叉口掉头交通量即使有，一般也比较小，本模型中暂不予以考虑），而一般交通规划中交通分配的结果并不能得到如此详细的数据，其主要原因是划分的交通小区不适合交通组织。

本模型采用以下交通小区划分方式：对于一般路网，交通小区划分如图3-1（1）对研究区域外，以进出研究区域的每条道路进出点各作为一个交通小区；（2）对研究区域内，则以两个交叉口内的路段中点作为一个交通小区。

由于图 1-1 中可以看出，对于图中路网，共划分了 24 个交通小区，其中 1~ 12 为区域外划分的交通小区，即一个区域进口道路划分一个小区。

对于某一区域，若区域的进出口道路有n 条，则划分的区域外交通小区数为n 。

13 ~ 24 为区域内的交通小区。

3-1区域路网交通小区划分图3.2交通量生成交通量生成是指网络中各交通小区（节点）的交通发生和交通吸引量。

出行生成预测是目前国内外交通规划中应用广泛的“四阶段”交通需求预测方法的第一阶段。

由于本文是在现状交通的基础上进行交通组织方案优化，因此并不需要预测远景交通量，因此考虑的是如何确定现状交通生成量。

这可以通过交通调查获得，而在城市交通中调查 OD 是不现实的。

因此本文拟按以下方法确定交通小区的交通生成。

（1）区域外交通小区的交通量生成由前述区域交通小区的划分原则可知，区域外交通小区的交通发生量为进入区域内的交通量（准确些应该是到达区域内第一个交叉口的交通量），交通吸引量为离开区域的交通量（准确些应该是离开区域内最后一个交叉口的交通量）。

（2）区域内交通小区的交通量生成对于区域内交通小区的交通量生成（产生量与吸引量）按以下考虑，即路段两侧范围内通过以该路段为出入口的交通产生量与吸引量，如图 3-2 所示。

由于在城市交通中大规划的 OD 调查是不现实的，可用路段交通量反推的方法得到 OD 矩阵。