（道路与铁道工程专业论文）城市宏观交通组织优化设计模型及方法研究.pdf

摘要 交通组织是城市交通管理的核心内容和重要方法，比起中、长期交通规划， 有着投资少、见效快、实施容易、调整灵活方便优点，是解决城市中、短期交通 问题行之有效的途径。 城市宏观交通组织( u r b a nm a c r o s c o p i ct r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n ，u m t o ) 运用交通工程技术和交通组织手段，系统、全面的对全区域内( 或更小范围，如c b d 地区) 道路进行交通分析，根据道路功能、结构，科学的组织、协调和疏导交通流， 平衡道路交通流量，以充分发挥城市道路网的综合效能，并使道路的通行能力与 交通流量基本相协调，从而在整体上，缓解道路交通需求矛盾，尽可能创造道路 交通管理者三者相互协调的局面。 本文在分析城市宏观交通组织对于解决城市交通问题的意义基础上，对国内 外现状进行了简要介绍，用系统方法从方案设计、交通模拟、评价和优化等多方 面对城市宏观交通组织进行了系统性的阐述和研究，形成了较完整的宏观交通组 织体系。具体研究内容：进步完善了宏观交通组织f 的道路阻抗函数；构建城 市宏观交通组织优化设计模型，为方案设计提供了模型计算流程；改进常规评价 方法，建立多层次模糊综合评价模型；以重庆朝天门地区为简单示例，应用本文 的宏观交通组织模型对其进行交通组织优化，并比较丫前后两方案的效果。 关键词：城市宏观交通组织；交通组织；方案优化；拥堵范围；评价模型 a b s t r a c t t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o ni st h ec o r ec o n t e n t sa n di m p o r t a n tm e t h o do ft h ec i t y t r a n s p o r t a t i o nm a n a g e m e n t c o m p a r i n gw i t h m e d i u m 1 0 n g - t e r mt r a n s p o r t a t i o n p l a n n i n g ，i ti n v e s t sl i t t l e ，t a k ee f f e c tq u i c k l y , c s i l r yo u te a s i l y ，a d j u s tc o n v e n i e n t l y , a n d i sag o o ds o l u t i o nt or e s o l v et h es h o r t - t e r mt r a n s p o r t a t i o np r o b l e mo f c i t y u r b a nm a c r o s c o p i ct r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nu s e st r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r i n g t e c h n i q u ea n dt h et r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o nm e a n s ，c a r r i e so ns y s t e m i ct r a n s p o r t a t i o n a n a l y s i st or o a di n s i d et h ew h o l ed i s t r i c t s ，a n da tw h d eu p ，a l l e v i a t et h ea n t i n o m yo f s u p p l ya n dd e m a n d ，a n dp o s s i b l yc r e a t es i t u a t i o no fr o a d 一- t r a n s p o r t a t i o n - g o v e r n o r t h r e em o d e r a t em u m a l l y t h i st h e s i sm a i n l yc o n c e r n sw i t h s t u d y i n gu r b a nm a c r o s c o p i ct r a n s p o r t a t i o n o r g a n i z a t i o n0 2 m t o ) a n dc r e a t e st h er e l a t i v e l yc o m p l a es y s t e m w i t hu s i n gas y s t e m i c m e t h o dt os t u d yu m t oa ts e v e r a la s p e c t ss u c ha ss c h e m ed e s i g n ，t r a f f i cs i m u l a t i o n ， e v a l u a t i o na n do p t i m u me t c ，a f t e rt h em e a n i n go fu m t of o rr e s o l v i n gu r b a n t r a n s p o r t a t i o np r o b l e mi sa n a l y z e da n das y n o p s i si n t r o d u c t i o nt ot h ed o m e s t i ca n d i n t e r n a t i o n a lp r e s e n tc o n d i t i o ni so f f e r e d c o n c r e t er e s e a r c hc o n t e n t s ：f u r t h e rp e r f e c t r o a di m p e d a n c ef u n c t i o ni nk e e p i n gw i t hu m t o ；s e tu pt h eo p t i m a ld e s i g nm o d e lo f u r b a nm a c r o s c o p i ct r a n s p o r t a t i o n o r g a n i z a t i o n ，a n dp r o v i d e t h e p r o c e s s f o r c a l c u l a t i n gt h ep r o j e e td e s i g nm o d e l ；i m p r o v et h en o r m a lr e g u l a t i o n se v a l u a t i o nm e t h o d ， b u i mu pm u l t i l e v e lf u z z ys y n t h e s i se v a l u a t i o nm o d e l ；w i t hc a o t i a n m e nd i s t r i c to f c h o n g q i n gt a k e na s as i m p l ee x a m p l e ，a p p l yt e x t u a lu m t ot o o p t i m i z et h e t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n ，a n dc o m p a r e di nt h er e s u l to f t w op r o j e c t s k e yw o r d s ：u r b a nm a c r o s c o p i c t r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n ；t r a n s p o r t a t i o n o r g a n i z a t i o n ；s c h e m eo p t i m u m ；j 啪e x t e n t ；e v a l u a t i o nm o d e l y 8 5 6 5 9 5 重庆交通学院学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经 发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明 确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签轹餐粹 日期：2 0 0 6 年2 月1 8 日 y 重庆交通学院学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 重庆交通学院可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密酊 ， ( 请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 留孚 日期：船丑月，扫 指导教师签名：一一譬叫匿蓄 l 】期：小彩年2 月，汐日 第一章绪论 1 1 国内外研究背景 1 1 1 研究意义 第一章绪论 雅典宪章明确了城市的四大功能：居住、工作、游憩和交通【l 】。自2 0 世 纪9 0 年代以来，中国城市交通发展承受着城市化进程不断加快和机动化交通快速 增长的社会经济的压力，而且受到土地资源短缺和生态环境保护的制约。正是在 这双重压力和双重约束条件下，城市交通问题日益严重，表现为：交通秩序混乱、 交通拥堵日趋严重、事故率上升、资源消耗增加、交通环境污染加剧。交通问题 已经成为影响城市功能正常发挥和城市可持续发展的一个重大问题。 纵观世界交通发展史，在经济高速发展的进程中，交通拥堵几乎无法避免。 处于经济和城市化进程的不同阶段，城市交通问题的主要特征和相应的交通发展 方针是不同的，可按图1 1 划分为三个阶段。在世界范围内，发达国家已经步入 以城市交通管理为主的阶段，我国城市交通的发展在总体上滞后于发达国家，整 体上处在以建设为主、管理为辅的阶段，但由于发展不平衡，少数经济领先的大、 特大城市已逐步进入建设、管理并重，甚至管理为主的阶段。 ：一一一一一一。一一一一一一一一?：一。一一一一一+ “一一一一一。一一一一? 中国所处阶段l 发达国家所处阶段i i 一一l l 一一 图1 1 城市交通发展阶段 供需不平衡是产生交通问题的根本原因。城市空间、土地资源的有限性表明： 随羞城市的不断发展，单纯依靠交通设施建设提高交通供给的方法对解决城市道 路交通问题的效果越来越差，甚至产生事与愿违的效果，发达国家的交通发展历 程已经说明了这点。而科学的交通管理能促使交通设施的充分合理利用，增加交 通有效供给，合理诱导交通需求结构，促进人、车、路、环境的协调发展。从城 市交通建设实践及和谐发展观的角度看：只有在增加“硬件”( 建设) 的同时，不 断加大“软件”( 管理) 的力度，才能治理好城市交通这个大系统，而后者正是现 阶段我国城市交通系统的薄弱点，城市交通发展必须尽快从传统的以设施供应为 主转向交通系统管理为主上来，未来城市交通问题的解决将主要依赖科学的交通 管理。 第一章绪论 2 交通组织是城市交通管理的核心内容和重要方法，比起中、长期交通规划， 有着投资少、见效快、实施容易、调整灵活方便优点，是解决城市中、短期交通 问题行之有效的途径。 一个特定的路网，在一定的需求模式一卜，通过控制交通在路网时间、空间上 的分布，可以提高路网的交通运行效率，缓解交通拥挤。交通系统是一个极其复 杂的大系统，“牵一发而动全身”，将某些管理措旖真实尝试，然后从中择优 是不现实的。把宏观交通组织方案与模拟技术结合起来，将路网、交通需求等真 实交通系统元素搬进计算机建立的虚拟的交通系统中，使各种交通组织方案，按 一定的规则，进行类似真实的交通模拟， 路网交通组织方案，从而以较低的成本， 并通过方案综合评价，选择较为科学的 较小的社会震荡，获得较高的路网交通 运行效率，避免交通组织措施制定中的盲目性和主观性，实现交通流组织设计过 程的高效化和科学化。 1 1 2 研究现状 城市交通规划的概念在国外于2 0 世纪5 0 年代发展成型，国内在2 0 世纪8 0 年代初开始系统地引入城市交通规划的思想和理论。从某种意义上看，交通组织 管理就是对交通系统进行更细致、周到的“规划”，但目前对交通组织细致的系统 研究还比较薄弱，研究和实施城市交通组织已成为现实需要。 欧美发达国家在二十世纪七十年代基本完成大规模的城市交通基础设施建设 后，从七十年代末即开始将城市交通的重点定位于交通管理，已经开展交通流组 织优化设计和模拟研究工作，交通流组织优化设计的基础性研究已经比较完备( 如 通行能力、交通流特性，交叉口模拟等) ，大城市的交通流组织优化设计与模拟正 处在不断的完善之中，正处在由静态交通组织优化设计向动态交通组织实时性优 化设计攀登。 目前，总体来说，我国交通管理技术比较落后，智能交通系统( i t s ) 还处于 体系框架研究阶段，交通流模拟技术还刚刚起步。交通组织研究多停留在政策、 策略上，还没有一本通行能力计算规范，基础性工作研究也比较落后，交通组织 方案缺乏科学、系统的理论支持，特别是不能对各种方案作细致、准确的路网交 通流分布预测以及客观定量化的评价，因而无法预知管理措施的效果。虽然对单 个交通节点( 交叉口) 和单个路段的交通流模拟进行了一些有益研究，但缺乏多 交叉口和多路段的交通流微观研究，路网层次的交通组织设计主要依靠经验，决 策中的盲目性和主观性，往往导致交通组织措施没有发挥应有的效益，甚至起到 负面作用。这对城市宏观交通组织的系统性的优化设计模型研究提出了现实要求。 第章绪论 1 2 主要研究内容 城市宏观交通组织( u r b a nm a c r o s c o p i ct r a n s p o r t a t i o no r g a n i z a t i o n ，u m t o ) 运用交通工程技术和交通组织手段，系统、全面的对全区域内( 或更小范围，如c b d 地区) 道路进行交通分析，根据道路功能、结构，科学的组织、协调和疏导交通流， 平衡道路交通流量，以充分发挥城市道路网的综合效能，井使道路的通行能力与 交通流量基本相协调，从而在整体上，缓解道路交通需求矛盾，尽可能创造道路 交通管理者三者相互协调的局面。 本文的主要研究内容主要由四个部分组成： 第一部分，具体研究城市宏观交通组织阻抗函数模型，包括道路通行能力及 阻抗函数研究，其中，交叉口通行能力是在文献4 的基础上补充完善的，由此， 形成一套较完备、细致的城市道路交通路阻函数模型； 第二部分，宏观交通组织方法设计及优化，用定性和定量相结合的方法分析 各种交通组织措施的设置原则，给交通管理者提供可操作性的指导； 第三部分，研究城市宏观交通组织方案评价理论体系，建立多层次模糊综合 评价模型，其中权重的标定采取“客观法+ 改进的层次分析法”相结合的方法， 实现交通组织方案的评价、选优； 第四部分，以重庆朝天门地区为简单示例，应用本文的宏观交通组织模型对 其进行方案优化。 其中，作为理论研究的前三个部分之间的逻辑关系见图1 2 。 图1 2 主要研究内容之间的关系图 第二_ 一章城市宏观交通组织阻抗函数模型4 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型 城市道路交通网络是由交叉口和路段组成的。它们的物理特性、交通运行特 性和管理控制方式都各不相同，不但交叉口之间、路段之间、路段与交叉口之间 存在着差异，而且同一交叉口、同一路段的各个方向也存在着差异。而且，现代 城市道路普遍划分车道。同一交叉口、同一路段的不同车道有着不同的交通特性 ( 如通行能力，自由流速等) 。宏观的交通规划理论没有考虑到城市道路交通中的 这些复杂性，如用在城市交通组织流量预测上，必然降低了交通流在路网上的分 配预测准确性、真实性，而随之制定的交通组织方案的也就缺乏了可靠依据，因 此不能用传统的交通规划理论进行城市交通组织设计。为在交通流组织中更加细 致的考虑不同道路交通单元的特性，在交通流预测模拟、模型建立中用不同的参 数分别表示、予以区分，以此提高交通组织方案制定的可靠性和科学性。因此， 有必要进行更全面细致的道路通行能力和道路交通阻抗函数研究，就是要在其中， 区分路段、交叉口控制方式、交通流向、车道功能。 2 1 通行能力及延误模型 2 1 1 路段通行能力研究 为使路段通行能力具有可比性，路段标准车道可能通行能力c 。统一按道路类 型确定，见表2 1 。路段实际通行能力通过理论通行能力进行修正而得，修正因素 包括车道宽度、车道数和交叉臼影响。 表2 1 车辆换算系数 注：路段的可能通行能力参考文献 2 】。 c = c o ，7 l 印2 q 3 式中： ( 2 1 ) 第：章城市宏观交通组织阻抗函数模型 c o ：路段可能通行能力，p c u h ； c ：路段实际通行能力，p c u h ； ，7 。：车道宽度修正系数； 叩：交叉口间距修正系数； r 3 ：车道数修正系数； 仇：纵坡修正系数。 1 、车道宽度修正系数r 。的确定 车道宽度对行车速度有很大影响，在城市道路设计中， 于4 0 k m h ，车道宽度为3 7 5 m ；计算行车速度小于4 0 k m h ， 阻函数研究取标准车道宽度为3 5 m 。 | 5 0 ( - 1 5 ) x 1 0 4 ， w o 3 5 m 叩i = i ( - 5 4 + 1 8 8 w o 3 1 6 w ：3 ) 1 0 ，w o 3 5 m 式中，：一条机动车道实际宽度，m 。 按部分车道计算的结果见表2 2 。 表2 2w o 与关系 计算行车速度大于等 车道宽度为3 5 m 。路 ( 2 2 ) 2 、交3 l t l 间距影响修正系数玎：的确定 交叉u 的影响主要取决于交叉口控制方式及交叉l j 间距。根据前苏联的研究， 交叉口间距从2 0 0 m 增大到8 0 0 m 时，其通行能力可提高8 0 左右，并基本上呈线性 关系。因此，交叉口对路段车速及通行能力的影响修正系数为： 玑：托 k 2 ； ( 2 3 ) ”2 1 ( o 0 0 1 3 l + o 7 3 ) ， 2 0 0 m “7 式中： ，：交叉口间距，n a ； 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型 a ：交叉口有效通行时间，视路段前进方向交叉口控制方式而定，在信号交叉 口即为绿信比( 有效绿灯时间周期) ，无控交叉口和合流匝道近似为对向流量之 和交叉口总流量比或对向通行能力之和交叉口通行能力。 若上式算得仉 1 ，取玑= 1 。 3 、车道数修正系数r ，的确定 考虑到各车道机动车辆运行过程中的相互干扰，需要对路段通行能力进行车 道数修正，车道数修正系数即多车道的车道利用系数的总和，城市道路的车道数 修正系数按表2 3 取值引。 表2 3 城市道路车道修正系数 型。 4 、纵坡修正系数轨的确定 采用已有研究成果嗍，忽略道路等级的微小差异，采用平均值建立修正系数模 上坡修正系数玎。： i 一0 1 2 3 6f + 1 1 3 2 2 ， r 4 2 1 0 0 6 1 4f + 0 8 2 0 9 下坡修正系数，7 。： f o 0 5 i 0 0 5 1 0 1 2 2i 。一0 0 2 2 8 f + 1 0 4 0 4 玑2 1 0 0 2 1 3f + 0 7 5 4 1 2 1 2 交叉匪通行能力及延误研究 f 0 0 5 f 0 0 5 ( 2 4 ) ( 2 5 ) 城市道路中交叉口通常分为三路和四路交叉口，其中四路交叉口简化为十字 形交叉口，三路交叉口简化为t 字形交叉u 。 对于十字形交叉口，空间几何结构上看，每个进口道都可能存在三个方向( 左、 直、右) 可通行的有向弧，整个交叉口就有1 2 条有向弧。 对于t 字彤交叉口，空问几何结构上看，每个进口道都可能存在二个方向可 第：二章城市宏观交通组织阻抗函数模型7 通行的有向弧，整个交叉口就有6 条有向弧( 左、直；右、直；左、右) 。 一、信号交叉口 信号灯控制交叉口，简称信号交叉口，在交叉口设置交通信号灯的目的是实 现通行权在不同车流之间分配，在时间上将相互冲突的交通流进行分离，使之能 安全迅速的通过交叉口，信号交叉口的通行能力影响因素： 1 、交通条件包括 每条导向车道的交通量； 车辆流向的分布； 每一流向内车型组成； 交叉口范围内公共汽车停靠的位置和作用。 2 、行车道条件 主要是交叉口的基本几何特征： 有车道数； 车道宽度； 车道功能的划分。 3 、信号条件 信号相位； 信号配时( 相位时间和信号周期) 。 信号交叉口进口道通行能力及延误计算参见文献4 。 二、分主次的无控交叉口 分主次的无控交叉口又称为优先控制交叉u ，是介于不分主次无控交叉口和 信号控镣交叉口之间的过渡型式，车辆通过交叉口时，规定主路车辆享有优先权， 次路车辆必须让主路车辆先行，具体控制形式又可分为停车标志控制和让路标志 控制。按照交织交通流的组合形式可分为图2 1 和图2 2 几种形式。其通行能力 及延误计算参见文献4 。 l 主路优先车流 支路让行车逝 图2 1 两股简单相交穿插的交通流 一笙三童塑堕室塑銮望塑丝堕垫圈墼堡型 ! 一，、 v l lv i tv 1 0 。j v l z 、 叶v 1f 。 v 2 、v ， v 54 - - 一 f “厂 、产厂 图2 2 多股相交穿插的交通流 三、不分主次的无控交叉口 不分主次的无控交叉口不采用任何交通控制手段，在其上的相交道路具有相 同地位，各个方向的车流具有同等的通行权。 这是对简单的单向交叉通行能力求解，其它几种形式通行能力计算公式与上 面完全相同，只是计算参数有所不同。自由行驶的交叉口7 种形式图2 3 。其通行 能力及延误计算参见文献4 。 牛a 丰丰# 丰# 拌捧非 图2 3 交叉口形式 四、环形交叉口 环形交叉口是一种交叉口中央布置一个中心岛，过往车流通过绕行交通岛实 现转向通行的交叉口形式。通常环形交义口用在次干路和支路之间的交叉处。根 据进口道的车道数和环行车道数组合，常见的形式有： 进口道为1 个车道，单环行车道； 进口道为2 个车道，双环行车道； 进口道为1 个车道，双环行车道。 环形交叉口的交通流运行复杂，传统的通行能力计算多运用交通流交织理论 计算交织段通行能力，并将其作为环形交叉口的通行能力。这只反应了环形交叉 口通行能力的一个侧面，但不能反映进口道的通行能力，也不利于进口道处车流 l 暑 v v v 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型 的延误估算。这里采用间隙接受理论【5 1 及相关数学方澎蜘【7 】，将环道上的车流 作为主要车流，而入口引道上的车流作为次要车流，认为只有当主路车流的车头 时距大于某一临界间隙t 。( s ) 时，支路车辆才能进入，否则就必须等待；而主路车 辆可以直接经过交叉口内的冲突区而不受延误。 1 、通行能力计算 ( 1 ) 单环行车道且进口道为1 车道时的通行能力 由于环行车道上车辆无超车行为，可认为环行车辆的车头时距服从移位负指 数分布。当环行车道车流量较大时，部分环行车流会以最小行车时距f 。( s ) 结队 行驶。设口表示车头时距大于r ，的自由流的比例，环行车流的车头时距大于和等 于f 。的概率分别为口和1 - - a 。令每小时能够进入环行车道的车辆数为q ，则得到 通行能力计算公式如下： c 。：3 6 0 0 型 (26)i 。, - u r 式中： 碍：进口道处的环行车流量，p c u s ； 五：丑= 唧( 1 一t m q ) ，s p c u ； t ：进口道车辆汇入绕环交通流需要的最小间隙，取小汽车的需要的最小间隙， t ，：进环车流的随车时距，取小汽车的需要的最小间隙，s ； 其中，对于小型车，取r 。= 6 0 s ，t 。= 2 0 s ，t ，= 3 0 s ，其它车型换算成标准 i 午型后再计算。口随环形交通量而变，环行交通量越大，自由流比例越小。根据 环行车流量的大小分段确定自由流比例取值，并计算相应环行车流量分段处进1 ：3 道的通行能力，具体见表2 4 。 表2 4 自由流比例与环行车流量的关系 注；表中未列出的环行车流量对应的自由流比例可咀通过内差得到。 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型 l o ( 2 ) 双环行车道且进臼道为2 车道时的通行能力 两条进口车道车辆进入交叉口时，左侧车道的车流需与两条环行车流穿插； 右侧车道车流在外侧环行车道上行驶，只需与外侧环行车流穿插。设c 。和c 。：分别 为左、右两侧进口车道的通行能力，c n ：按式2 6 计算，但要注意公式中的参数均 表示外侧环行车流的参数。 当左侧车辆进入交叉1 2 1 时，可把环行车流假设成一当量车流q ，数值上为两环 行车流之和，即q = q 。+ g ：，式中：q 。、q ：分别为内、外两侧环行车流的流量，p c u s 。 此当量车流有以下假设5 1 ： 当量车流车头时距小于f 。时，其概率服从均匀分布，p o ，。) = f 。历，式中： 石为两环行车流的平均车头时距一即再= 圭法+ 书。 当量车流车头时距大于t 时，其概率服从移位负指数分布，且参数 名= + 五= g ，0 一t 。q ，) + 口：q ：( 1 一t ，q ：) 。式中： 、如分别为内、外两侧环行 车流分布函数的参数，s p c u 。 p o t m ) + p ( f f 。) = 1 。 由此，可以推出左侧进口车道通行能力： 耻。s o o 箭- a o o - , ) ( 一羔 亿， 进口道总的通行能力计算如下： 叫鲫- 型1 - - e - a t ； - 一羔 + 3 6 0 0 竿笋 眩s ， 具体运用公式2 7 、2 6 计算。和c ：时，须要确定譬，和口2 。q 。和口：可以通过 实地流量观测得到；如果没有实地环行车流量调查资料，可以认为：在现有交通 状况下，交织段的车流量平均分布在内、外侧环形车道上，即内、外环行车流量 相等。 其中，对于小型车，取f 。= 6 0 s ，t 。= 2 0 s ，t ，= 3 o s ，其它车型换算成标准 车型后再计算。口随环形交通量而变，环行交通量越大，自由流比例越小，具体 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型1 1 取值见表2 5 。根据环行车流量的大小分段确定自由流比例取值，并计算相应环行 车流量分段处进口道的通行能力，具体见表2 5 。 表2 5 自由流比例与环行车流量的关系 注：表中未列出的环行车流量对应的自由流比例可以通过内差得到。 ( 3 ) 双环行车道且进口道为l 车道时的通行能力 进口道上车辆排成一单队列，等待环行车流出现可插车间隙时驶入交叉口， 有以下三种情况： 当外侧环行车流出现可接受插车间隙时，车辆通常直接利用间隙驶入外侧 环行车流； 当外侧环行车流出现较小的可接受插车间隙，并且内侧环行车流出现 f ，的 插车间隙时，队列的头车驶入外侧环行车流，后续车辆不能同时利用外侧环行车 流的间隙驶入内侧环行车流( 这与进口道为两车道，两列车队可以儿乎同时利用 环行车流穿插间隙的情况不同。) ； 当外侧环行车流出现较人的可接受插车间隙，并且内侧环行车流出现 的 插车问隙时，队列前面的若干辆车可以连续穿过外侧环行车流，驶入内侧环行车 流，后续车辆及时利用外侧环行车流的间隙驶入外侧环行车流。 设e 为双环行车道时，1 个进l 车道的通行能力，p c u h 。由以上的分析可得 q 满足：c 。： c ： 2 0 0 m 式中： 1 ：交叉口间距，m5 a ：交叉口有效通行时间，视路段前进方向交叉口控制方式而定，在信号交叉 口即为绿信比( 有效绿灯时间周期) ，无控交叉口和合流匝道近似为对向流量之 和交叉口总流量比或对向通行能力之和交叉口通行能力。 若上式算得，7 2 1 ，取r 2 = 1 。 纵坡修正系数仉的确定 采用已有研究成果 4 1 ，忽略道路等级的微小差异，采用平均值建立修正系数模 型。 上坡修正系数r ，： f 一0 1 2 3 6f + 1 1 3 2 2 ， r 4 2 1 0 0 6 1 4l + 0 8 2 0 9 ， 下坡修正系数r ， f 0 0 5 f 0 0 5 ( 2 2 0 ) 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型1 9 l 一0 1 2 2i 2 0 0 2 2 8 l + 1 - 0 4 0 4 。 玑2 1 0 0 2 1 3i + 0 7 5 4 1 l 0 0 5 二、立体交叉的阻抗函数说明 立体交叉中的直行方向，按相应路段处理，不考虑延误。直行方向的计算行 车速度按照城市道路设计规范c j j 3 7 9 0 ) 规定如下： 分离式、苜蓿叶形、环行立体交叉的直行方向计算行车速度应采用与路段相 应等级道路的计算行车速度。 在菱形立体交叉中通过其平面交叉口直行车流的计算行车速度可采用与路段 相应等级道路的计算行车速度的o 7 倍。 对于立体交叉其它转向交通是经由匝道通过交叉l | 的，式1 中：计算f ，的路 段范围以匝道出入口为准；= k ，其中，k 、分别是匝道长度和相应车 辆行驶速度；d 。包括匝道出口和入口的延误。 匝道行驶车速确定v 舯 当交通量等于匝道的出口通行能力时m ，行程时间与速度有时观测不到( 根 难寻找到这种车流状态) ，它的速度近似等于匝道上自由流速的一半，也约等于匝 道设计车速v 设的一半。当匝道上交通量为和p c u h ，按式v 社2 v 设l - 面嚣j 近 似确定。 三、分车道功能的阻抗函数说明 在交通流组织方案中，对于特殊功能的车道或道路，阻抗函数需要进行必要 的修正。 1 、公交专用车道或公交专用路 公共交通专用道是一种特殊的城市道路车道，只允许公交车辆和特种车辆在 上面行驶，主要是为了满足公共交通车辆的快速通行需求而设置的专用车道或道 路。通常，对于有固定发车、到站时刻表的公交车，在其上的行驶线路和时间相 对固定，行驶时间和速度不会因为交通量变化而变化，这种情况下，阻抗函数取 值也就相对固定。而对于公交专用设置具有时段性的车道或路段，( 如不少城市， 在早晚高峰时段，将某路段外侧车道设置为公交专用道，而其余时段，允许其它 类型车辆在其上行驶，) 则情况又有所不同：公交专用时段，用固定阻抗函数值； 非公交专用时，用一般阻抗函数。 第二章城市宏观交通组织阻抗函数模型 加 2 、公交优先车道或公交优先道路 公交优先车道或道路内，公交车有通行优先权，允许非公交车辆在不干扰公 交车正常行驶的情况下，借公交优先车道超车。可以认为公交车的阻抗函数固定， 而对于其余车辆，其阻抗函数需要将公交车流量作为路网背景交通流对其阻抗函 数值进行修正。 第三章城市宏观变通组织优化设计模型2 l 第三章城市宏观交通组织优化设计模型 3 1 交通组织优化模型的基础数据库 交通信息数据库是交通组织方案制定、评价、优化的基础，缺乏可靠、充分 基础数据的交通组织方案设计难以完成。交通信息数据库建参见表3 1 。 表3 1 交通信患数据库 社会经济现状及 人l i 、经济、产业、土地开发、就业、交通工具的数量、结 发展趋势数据构、分布、相关政策 ( 交通需求数据) 出行人流、货流、车流的发生、吸引及o d 分布 3 1 1 交通需求分类及所需数据 根据城市道路交通的特点，按交通方式和0 d 宅间分布，将交通需求可以划分 为两种情形，具体见图3 1 。 竺型2 二警! 竺型竺 闰圈圉h 罔网吲阴圜国圈国 一ii 1 图3 1 交通需求分类 o d 在时段上还可划分为：早、晚高峰小时o d 和全日0 d 。 第三章城市宏观交通组织优化设计模型 3 1 2 路段分类及所需数据 在简化路段时认为路段是有向弧。其它属性有： 道路等级( 快速路、主干道、次干道和支路) ； 路段的起终点； 长度( 两交叉口间的行程长度) ； 路幅宽度； 路段车道数； 车道功能( 公交专用、公交优先、禁止特种车辆通行等) 横向净空； 中央分隔形式； 路面坡度； 设计车速。 3 1 3 交叉口分类及所需数据 交叉口所需数据： 交叉g l 控制方式( 信号交叉口、环形交叉口、不分主次的无控交叉口、分 主次的无控交叉口、立体交叉口) ； 相交道路条数； 出入口是否拓宽( 如拓宽，进口导向车道长度、宽度、车道划分) ； 出入口的车道数； 出入口的车道宽度； 车道功能； 车道流向( 直行车道、左转、右转、直左、直右、直左右混行) 。 不同控制方式有其各自的控制属性，其中： 信号交叉口：信号相位及配时方案； 环形交叉口：环形车道数； 分主次的无控交叉1 3 ：主次交通方向； 立体交叉口：各匝道长度、坡度、设计车速、分流合流类型。 3 2 交通组织策略、措施研究 交通组织措施在宏观上是城市交通发展政策的体现，其具体策略、措施的制 第三章城市宏观交通组织优化设计模型 订不能与交通发展政策相违背。同时，其方案制订需要参照一些来自经验的原则。 下面将对这两点进行阐述，同时，对具体组织策略、措施进行分类研究。 3 2 1 交通发展政策研究 1 9 9 5 年1 1 月，建设部、财政部、中国人民银行、世界银行、亚洲开发银行在 北京联合主办了中国城市交通发展战略研讨会提出r 城市交通的五大原则，其中 第一大原则就确定了“交通的目的是实现人和物的移动，而不是车辆的移动9 】j ，。 交通组织策略、措施以及方案设计必须以国家、城市的政策、法规为依据， 与城市的社会经济发展战略相适应。 一、优先发展公共交通 要解决城市交通拥挤的问题，一、是提高城市交通的供给能力，增加道路网 络的容量。受资金和城市空间的限制，目前我国道路增长仍然远远落后于机动车 交通需求的增长，道路交通紧张状况日趋严重，这种局面在相当长的一段时间内 将难以改观；第二就是进行交通需求管理，对交通结构进行优化。 根据时空资源与时空消耗理论，完成一次特定的出行，采用不同的交通方式， 其时空消耗是不同的。根据研究结果表明1 0 】【1 1 】 12 1 ，出行者完成同一出行，时空消 耗最大的为小汽车，最小为公共汽车。小汽车是公共汽车的3 0 倍左右，自行车是 公共汽车的8 倍。也就是说，完成同样的一次出现任务，采用公共汽车方式对道 路的时间和空间资源消耗仅仅是小汽车的三十分之一，是自行车的八分之一。 发达国家在吸取发展小轿车而造成交通拥挤灾难后，重新转向大力发展公共 交通，许多城市都以发展城市公共交通作为解决城市交通问题的重要手段。我国 人多地少，城市交通基础设施的发展空间有限，优先发展公共交通是改善出行结 构，提高公交服务水平，合理引导出行结构变化的明智之举，是城市交通可持续 发展之路【1 3 1 。我国大城市发展战略早已明确提出，大城市客运交通以轨道交通为 主骨架，地面公交为主体，其他交通方式为辅助的交通运输体系。 广义上的公共交通方式包括公共汽车、无轨电车、地铁、轻轨、轮渡和其他 特殊的公共交通工具，如自动扶梯、升降电梯和索道等。狭义上的公共交通主要 是指公共汽车和无轨电车，无轨电车由于其本身的技术性能的原因，在国内正逐 渐的退出了城市交通运营市场。本文研究在公交专用道上行驶的公交车，主要是 指狭义公共交通方式的公共汽车。 二、适当限制某些占地大、效率低、公害严重的交通方式 如摩托车、私人小汽车等占用时空资源大、运率低的交通方式。 l 、摩托车 第三章城市宏观交通组织优化设计模型 摩托车具有机动、灵活、方便、省力、经济，占地少，对道路条件要求不高 等特点，但摩托车稳定性差，安全性低，污染重，在城市交通中，大量的摩托车 造成交通秩序混乱，严重干扰其他交通方式的正常运行，增加城市交通管理难度， 恶化交通环境污染。目前，过内不少城市对摩托车采取了限制甚至禁止的管理措 施或发展策略。要注意到不同的城市规模和城市交通状况，对摩托车的发展政策 也是不同的，通常，大城市和特大城市采取严格控制摩托车的发展策略，在管理 上，有停办牌照、对上路严格管制等措施；对交通状况较好的中小城市采取适度 限制的摩托车发展策略，使摩托车拥有量保持适当水平。 2 、私人小汽车 私人小汽车的需求随着城市居民生活质量的提高也日益扩大，同时，国家将 汽车行业作为一支柱性产业加以鼓励发展，但相对于公共交通，私人小汽车具有 效率低的特点。国内外大量实践证明，经济的发展和居民的小汽车购买力仅仅是 私人小汽车发展的必要条件，而非充分条件。城市空间的缺乏是制约私人小汽车 发展的重要因素。从城市交通可次序发展的角度，我国对北京、上海、广州等少 数人口密集、经济发达的特大城市实施“控制型”的发展策略，一般城市私人小 汽车的发展战略则以政策适当导向为主。 3 、公务车 公务车的发展取决于相关购买和使用方面的政策以及社会经济发展水平对购 买力的制约。公务车是一种成本高，效率低的交通方式，在不