（安全技术及工程专业论文）基于动态车流量检测的交通流组织优化研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1i 页 a b s t r a c t i nt h eb a c k g r o u n dt h a tt r a f f i cd e m a n di sg r o w i n g ，t h et r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o ni s r e c o g n i z e da si m p o r t a n tm e a n so fi m p r o v i n gr o a d se f f i c i e n c ya n da c h i e v i n gt h e b a l a n c eo fn e t w o r kt r a f f i cf l o w t h ec u r r e n ts o l u t i o n so ft r a f j f i cf l o wo r g a n i z a t i o n h a v et h ep r o b l e m ss u c ha st h et r a f f i ci m p a c ta n a l y s i so fi m p l e m e n t a t i o no ft h e o r g a n i z a t i o ni si n a d e q u a t e t h ee v a l u a t i o nm e a n so ft r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o na r e s i n g l e ，t h er e s u l to fe v a l u a t i o n a r en o tc o m p a r a b i l i t ya n dc r e d i b i l i t ya ta 1 1 t h e c o n d i t i o no fi m p l e m e n t a t i o no ft r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o ni st o os i m p l e ，a n di t sd a t ai s p o o ri n t e r o p e r a b i l i t y , s oi ts h o u l dn o tg i v et r a f f i cm a n a g e r sa d e q u a t es u p p o r tt od e a l w i t ht r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o np r o j e c t s t h i sa r t i c l eu s es y s t e m se n g i n e e r i n ga p p r o a c ht os t u d yt h eo p t i m i z a t i o no f t r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o nf r o mt h ea n g l eo ft h et r a f f i ce n g i n e e r i n ga n dd y n a m i c d e t e c t i n gt h e o r y t h e s i su s i n gt h ea n a l y s i so fu r b a nt r a f f i cp r o b l e m s ，b a s e do nt h e c o m b i n a t i o no fd y n a m i ct r a f f i cd e t e c t i o nr e s e a r c h ，a n a l y z i n gt h ei m p a c ta n dt h e c o n d i t i o no fi m p l e m e n t a t i o no ft r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o na n ds t u d yt h ep r o j e c t o p t i m i z a t i o no ft r a f f i c f l o wo r g a n i z a t i o na n de v a l u a t i o ni m p r o v i n g ，b a s e do nt h e d y n a m i ct r a f f i cf l o wd e t e c t i o n b a s e do nt h ed y n a m i ct r a f f i cd e t e c t i o na n df o c u s e d o nt h et o t a lt r a v e lc o s tt os t u d yt h ei m p a c tt ot h et o t a lt r a v e lc o s tc o m p o n e n tb e c a u s e o ft h ei m p l e m e n t a t i o no ft r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o na n dg i v et h em e t h o do fc a l c u l a t i n g o ft h ev a r i o u sp a r t sa n dt h ei m p r o v i n gc o n d i t i o nt od e t e r m i n et h ef e a s i b i l i t yo ft h e i m p l e m e n t a t i o no f t h eo r g a n i z a t i o nb yt h ej u d g m e n t so ft h et o t a lc o s t ，a n ds h o wi tb y u s i n gt h ee x a m p l eo fp r o h i b i t i o no f1 e f tr u m i nt h i sp a p e r , i te x p a n dt h ec o n d i t i o n so fi m p l e m e n t a t i o no ft h et r a f f i cf l o w o r g a n i z a t i o na n di m p r o v et h ee v a l u a t i o nm e t h o d ，t os o m ee x t e n t ，e n r i c ha n di m p r o v e t h eo p t i m i z a t i o np r o c e s s e so ft h et r a f f i cf l o wo r g a n i z a t i o na n de v a l u a t i o nm e t h o d s b a s e do nt h ec u r r e n tr a p i dd e v e l o p m e n to fd y n a m i cd e t e c t i n gt e c h n o l o g y k e y w o r d s ：d y n a m i ct r a f f i cd e t e c t i n g ；i m p a c t i n ga n a l y s i s ；p a r a m e t e r sd e t e r m i n e ；t h e c o s to ft r a v e l 西南交通大学 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。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 。保密口，在年解密后适用本授权书； 2 。不保密哳用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 一虢王蚺一锋以 醐：硼钆7 醐：二。1 2 r 9 1 7 l 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 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 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期 至勤未 卅d i 陟， l 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题的背景 第1 章绪论 近年来，在快速城市化进程和经济发展的影响下，城市交通需求迅速增长。与 此同时，相关的交通问题成为困扰许多大城市发展的通病，交通拥堵成为制约 城市经济和社会发展的“瓶颈”。而随着机动车数量的迅速增加而日趋严重，越来 越引起国家和公众的密切关注。 我国城市交通拥堵问题目趋严重，极大地妨碍居民的出行速度和效率。以 北京市为例【l 】：2 0 0 2 年7 月，北京市机动车保有量从1 9 9 5 年末的8 9 4 万辆增 加到1 8 0 万辆，其中7 0 以上又都拥在三环路以内；而截止到2 0 0 0 年底，北京 非机动车( 主要是自行车) 近1 0 0 0 万辆。2 0 0 2 年6 月底，北京的私人机动车近 1 1 0 万辆，占机动车保有量的6 1 ，其中私人小型客车超过5 6 万辆。三环路以 内1 1 0 条主干道路中，有8 0 多条道路交通流量达到饱和或超饱和状态，连接各 主干道的二环路高峰小时机动车交通量已达1 1 万多辆，三环路最高时的交通流 量已达1 4 万多辆。市中心区道路网高峰期间的平均负荷度超过9 0 ，l l 条主 要干道的平均车速降至每小时1 2 公里，有近l 5 的路口和路段呈现瘫痪状态。 交通拥挤是我国当前城市普遍面临的严峻交通问题，缓解拥堵、提高效率 是交通工程研究的紧迫任务，交通工程领域的首个9 7 3 项目“大城市交通拥堵 瓶颈的基础科学问题研究 把拥堵问题作为研究对象。在交通需求持续增长的 背景下，在城市交通时空资源总量约束下，充分挖掘道路通行能力，合理利用 现有道路时空资源，具有十分重要的意义。显然，加快城市道路网的建设，是 解决城市交通问题的出路之一。然而，在人口稠密、商贸集中、高楼林立的市 中心区域( 旧城发展起来的城市) 开展道路系统的建设，是一项投资大、周期长的 大工程，难以在短期内见效。而且我国现有城市4 5 0 多个，绝大多数都是由居 民点、镇集经过漫长的岁月逐步发展成为今日城市的面貌。因此城市的骨架一 道路网已经形成，道路的宽度特别是市中心地区街道基本上已经定型，相关工 程实施起来困难也比较大。因此，为了有效地解决市中心区域内的交通拥堵问 题，必须从交通工程学的理论出发，用系统工程的方法，把交通安全和道路网 的运行看成一个有机整体进行科学的综合分析，才能制定出切实可行的治理对 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 策。 1 2 选题的意义 交通流组织的含义从广义上可以理解为：为解决交通问题所采取的各种软 措施的总和【2 】，即在道路的主体结构状态不发生改变的情况下，为提高道路交 通运行效率和确保道路交通安全所采取的各种工程技术措施、数学方法、经济 方法、交通政策与法规等。交通流组织从狭义上理解主要是指现有道路资源的 合理利用。本文所研究的交通流组织特指机动车车道管理行为，包括单向交通、 变向交通、禁行管理等三种交通管理措施。 动态交通信息是相对于静态交通信息而言的，指实时变化的交通信息，其 时间性要素是影响动态信息存在价值与否的关键性因素，主要是通过布设在道 路上的固定交通状态检测设施、移动检测设施和人工方式等来采集实时动态交 通信息。固定型采集技术是指运用安装在固定地点的交通检测器设备对移动的 车辆进行监视，从而实现采集交通流参数的方法总称，目前主要包括磁频、波 频和视频三种类型。移动型采集技术是指运用安装有特定设备的移动车辆 ( f l o a t i n gc a r ，f c ) 检测道路上的固定标识物来采集交通流参数数据的方法总称， 目前主要有基于g p s 的浮动车交通信息采集技术、基于电子标签的动态交通流 信息采集技术和基于汽车牌照自动识别的动态交通流信息采集技术。 交通流组织是现有道路条件以及交通需求不变的情况下，通过道路通行方 向的重新分配实现道路资源的合理利用，单向交通、变向交通、交叉口禁止左 转等交通流组织行为可以在现有的路网上通过消除路段上对向交通流的相互影 响、合理分配车道、减少交叉口的冲突来实现道路资源的优化利用。在交通需 求持续增长的背景下，交通流组织被公认为是提高道路利用效率、实现路网交 通流平衡的重要手段。 交通流组织虽然是一类传统的交通管理手段，但在我国的广泛使用始于2 0 世纪9 0 年代。目前，青岛、大连等地成功建立了单向交通网络；北京，上海等 地开始试行可变车道；而禁左管理成为各大中城市普遍采用的主干路交叉口管 理方式。在交通流组织取得预期效果的同时必须清醒看到，一些城市出现交通 流组织方案失败与反复，不仅浪费了巨大的人力和物力，而且无法发挥交通流 组织的优势。究其原因，交通流组织实践中仍存在既有经验多于理论指导的问 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 题，对一些实际问题的细节没处理或者没处理好t 3 j 。比如说：所谓交通潮汐现 象，即每天早晨进城方向交通流量大，反向流量小；而晚上则是出城方向的流量 大。这不仅加重交通拥堵而且造成道路资源浪费。为了更充分地利用有限的道 路资源，尽可能地降低交通拥挤，很多城市采用一些固定的单行线和可变车道的 办法来应对，取得了一定效果。但是，对于一些节假日及一些突发情况，由于潮汐 现象不那么明显，相关交通流组织措施的效果就不那么明显，甚至可能产生相 反的效果。这种对实际情况的改变没能及时地做出相应的改变的交通流组织方 案存在效率低下的弊端的原因：对其实现带来的交通影响分析不足、其影响认 识不清。 同时交通流组织的实施对象是路网中的局部路段或交叉口，但由于其对出 行方向的直接限制将对路网中的车辆出行造成直接影响，同样由于出行的限制， 交通流组织可能造成沿线深远的经济社会影响，即在提高通行能力和出行效率 时可能由于出行距离增加造成部分用户利益受损，在解决交通问题的同时可能 造成牺牲居民和商业的效益。因此，交通流组织研究应着眼于路网的层次上， 从利弊的角度进行全面考虑。交通流组织的实施可能解决一些交通问题，但从 全面的角度考虑其产生的n 4 , 于其产生的弊，就需要对相关的交通流组织进行 调整，使其与实际情况相适应，来避免当初的一些评价指标过于理论化而不适 应实际情况。在上述情况下，基于实时车流量的交通流组织方案优化是对现行 的一些交通流组织管理办法的一种补充，使之更加有效，更加灵活，来适用多 种不同的情况。所以说，要很好的解决城市交通，不仅要合理规划城市道路网 络，还要很好的对城市道路网络进行利用，也就是要在交通管理和组织上，进 行实时的检测和动态调整，使得有限的道路网络资源得到最大的合理利用。 1 3 国内外研究综述 1 3 1 动态交通信息采集技术的研究现状 动态交通信息是相对于静态交通信息而言的。在国外，日本、美国和欧洲 国家对动态交通信息采集技术做了非常多的研究，有许多的相关研究成果报道 文献阵川。在动态信息采集方面，g a b r i e lb a u m 4 1 对动态信息采集技术进行了综 述：在固定型采集技术方面：n a ms t i l lk i m 5 】等，对感应环形线圈检测器的检测 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 模型和算法进行了分析和设计，z h o n g r e nw a n g 6 】介绍了如何利用环形线圈检测 数据来估计行程时间延误；y u i c h it a n i g u c h i 7 提出如何利用远程红外线检测器采 集交通流信息；x u d o n gz h a n g 和ad e m p s t e r 等 8 1 提出改进的混合高斯模型来解 决基于视频检测的交通流采集系统；t a k e h i k ok a t o 9 】提出综合视频检测器的发展 和应用；m a l ( o t ot o y o t a t l o 】分析了在日本高速公路上布置环形线圈检测器采集动 态交通信息的优缺点，提出了如何利用视频检测器来采集动态交通信息。 在移动型检测技术方面，目前主要是对浮动车信息采集系统进行了大量的 研究。在浮动车系统建设方面：k o j iw a d a j 等对浮动车信息采集系统研究、发 展和应用领域进行了详细的分析；m a s a k u n it s u g e 等【lz j 对浮动车信息采集的实 际建设方案和实施效益进行了详细的分析设计；t a k a s h if u j i t a 1 3 】在名古屋对浮 动车信息采集系统从数量、实施地点两方面进行了效用分析。 在国内，也有很多相关的动态交通信息采集方面的文献报告，姜桂艳、徐 亮和席建锋等【1 4 - 1 6 】对基础动态交通信息采集技术进行了深入的研究；李进 1 7 】提 出基于视频图像处理技术的道路交通参数检测的方法；翟润平( 18 】对视频检测技 术检测交通流参数的原理与方法进行了分析和研究；张志勇【19 】提出了视频智能 交通系统的概念。 1 3 2 国内外交通流组织研究现状 1 、单向交通方面 2 0 世纪5 0 至6 0 年代，单向交通曾一度成为交通工程的研究热点，交通领 域著名学术杂志“t r a n s p o r t a t i o ns c i e n c e ( 交通科学) 的创刊号上就发表了 b a v a r e z t 2 0 j 的文章“t r a f f i cs i g n a ls y n c h r o n i z a t i o no nao n e - w a ys t r e e t ，各国交通 工程学者结合各地实施单向交通的成功案例，通过大量交通调查，得到了很多 有价值的结论。目前国外单向交通研究已经相对成熟，研究成果根据研究手段 不同可以分为实证研究和理论研究两大类： ( 1 ) 实证研究，这类研究的特点是以交通调查为主要研究手段，基于单向 交通实施前后对比( b e f o r e a f t e r ) ，得出了单向交通的全面影响，这类研究方法 直观简捷，但由于数据来源地点的限制，其研究成果具有一定的局限性。 ( 2 ) 在实证研究基础上，一些交通学者进一步研究单向交通的影响机理， 得到了交通运行、信号配时、经济影响、交通安全、网络优化等方面与单向交 通相关理论。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 随着单向交通实施日渐普遍，国内关于单向交通的研究也日渐增多，同济 大学于1 9 9 4 年对上海市石门路和陕西路实施单向交通前后进行交通效益对比调 查 2 1 1 ，包括行程时间、交叉口饱和流量、车辆延误等。青岛、大连等城市也得 到类似的评价报告【2 2 1 。目前我国的影响分析还仅限于交通运行方面。随着单向 交通的逐渐普及，各地总结实施经验，提出了单向交通实施的定性及定量条件 2 3 - 2 5 ，公安部于2 0 0 4 年发布了公共安全行业标准城市道路单向交通组织原则 【2 6 1 。近年来，单向交通和禁左评价的重要性得到日益重视，交通流组织评价问 题成为交通流组织研究的焦剧2 7 乞引。由于实施单向交通影响全面，评价指标众 多，如何确定各指标的权重关系成为研究重点。g i s 技术、烟羽模型、层次分 析法、模糊综合评判法等多种优化方法得以应用 2 9 - 3 1 】。 2 、变向交通方面 当前发达国家已经形成了有关变向交通的包括规划、设计、管理、评价、 保障的一套较为全面的设计规范和执行标准 3 2 - 3 3 j 。如美国的a a s h t o ( a m e r i c a n a s s o c i a t i o no fs t a t eh i g h w a ya n dt r a n s p o r t a t i o no f f i c i a l s ) 、i t e ( i n s t i t u t eo f t r a n s p o r t a t i o ne n g i n e e r s ) 等组织颁布的设计手册都有关于变向交通的专门阐述 3 2 - 3 3 。但是这些标准和规范主要通过工程经验、专家判断、实际观测得到，有 关变向交通理论研究相对较少。代表性研究成果有：d r e ( 1 9 6 7 ) 分析了变向车 道系统在道路设计方面的特征【3 4 1 ，包括：一体化交织区，充足的横断面宽度， 给出变向车道系统各组成部分的基本定义和设计实例，并初步推导了交织区的 理论通行能力。g l i c k m a n ( 1 9 7 0 ) 以车辆延误最小为目标 3 ”，建立了通行能力 分配的数学优化模型，从理论上建立了变向车道流向分配方法。l a t h r o p ( 1 9 7 2 ) 给出了车辆交织基本图示【36 | ，详细分析了车辆在交织区的运行规律，并研究了 变向交通运行评价方法。m a r k o v e t z 等( 1 9 9 5 ) 利用交通分析软件对变向交通与 信号配时调整、限制左转等其他低成本交通改善方式对比【37 1 ，研究了变向交通 的适用条件与评价方法。 由于变向交通仍基本处于探索试验阶段，国内关于变向交通研究还停留在 应用层面的使用介绍，深入的理论研究很少。 3 、禁左方面 从2 0 世纪9 0 年代开始，禁左研究在美国等发达国家备受关注，投入了大 量的人力和物力，取得了大量研究成果。美国在1 9 9 3 年至2 0 0 2 年期间先后召 开了5 次有关出入管理的全国性学术会议，n c h r p 设立了多项关于出入管理和 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 禁左的项目，发布了系列专题研究报告 3 8 - 3 9 j 。例如，第4 2 0 号报告“出入控 制技术影响研究( 1 9 9 9 ) 、第5 2 4 号报告“中央分隔带无信号控制车辆u r u m 安全性研究( 2 0 0 4 ) 等。这些科研项目利用实例对比、现场试验、计算机模拟 等技术手段，对比直接左转条件和禁左后r 1 u t 条件下车辆运行状态，从交通 运行、交通安全、环境和经济影响等方面进行全面系统研究。这些研究成果和 结论虽然主要在公路条件下取得，其中的基本思想和研究方法为我们研究城市 道路交通提供极有价值的参考。 禁左是我国各级各类城市普遍采用的交通管理手段，目前的实施形式主要 有两种，即主路车辆禁止左转入次路和次路路车辆禁止左转进入主路，主干路 禁左成为很多城市为保障主路车流畅通的通用做法。近年来，禁左的范围和比 例进一步扩大，一些城市的主干路甚至实施全面禁左。由于造成一些车辆出行 不便，禁左有时甚至引发争议【4 0 4 1 1 。究其原因，对禁左影响考虑不够全面，没 有从路网的层面进行禁左的设计与管理。同时与禁左的普遍应用相比，国内关 于禁左的研究相对投入较少，关于禁左的使用条件、影响分析以及评价方法等 还没有统一的标准和规范。 1 4 本文的主要工作 本文研究的问题是从城市道路潜在的通行能力角度考虑，以交通工程理论 为基础，以城市交通出行成本研究为出发点，以动态车流量检测为基础对现有 的一些交通流组织方案进行优化，主要包括如下内容。 1 、运用交通工程学和系统工程学的理论与方法，来分析城市交通的问题。 2 、分析采用交通流组织后，对相关道路的交通用户和非交通用户的影响； 着重研究了交通流组织各种措施实用的条件，并从交通状态动态检测的角度出 发，对交通流组织实施的条件进行了扩展。 3 、从道路交通状态角度入手，对道路交通状态参数进行了分析，同时对动 态车流量检测的可行性及相关流程进行阐述。 4 、以比较交通流组织方案实施前后总的出行成本为基础，对于交通流组织 方案评价提出相应的理论调整方法。 5 、建立交通流组织方案优化模型，同时构造相关评价体系，对比先前一些 交通流组织方法的优缺点，进行综合评述。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 第2 章交通流组织影响因素与实施条件分析 准确分析实施交通流组织带来的影响是确定交通流组织实施条件和评价方 法的基本前提。交通流组织改变了道路网络交通流的流向，将给城市交通系统 和居民出行带来复杂的影响。而交通流实用条件是交通管理者制订交通流组织 方案的重要依据，结合对交通问题的准确定位，判断交通流组织实施的必要性， 进而制订初步的交通流组织方案。 2 1 交通流组织影响分析 在确定影响前，需要对研究的对象有个比较清楚的了解。我们根据其性质 把道路系统用户分为以下三类： 1 、交通用户，以机动车出行、自行车出行以及步行的居民为主； 2 、非交通用户，道路两旁的商业用户、居民等等； 3 、道路系统，道路、交通节点及信号等；如图2 一l 所示。 图2 1 道路系统用户分类 当前我国城市居民的主要出行方式分为机动车出行、自行车出行以及步行。 我们根据其出行方式的不同，把他们分为驾驶人、骑车人和行人。出行方式不 同，交通流组织对其影响程度也不相同，相应的处理策略也就不同。 2 1 1 对交通用户的影响 1 、交通流组织对行人影响分析 实施相关交通流组织将对于步行出行将产生一系列复杂影响，以下从行人 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 安全、行人心理、步行距离三个层面分析。 ( 1 ) 行人安全 机动车与行人之间的冲突是行人安全的主要因素，行人交通事故主要在是 行人横穿街路时发生，可以分为交叉口过街和路段过街两种情况，且交叉口分 为有信号灯和无信号灯两种。行人过街的安全性取决于街道宽度、穿越机动车 流数、穿越机动车流向、穿越车流车头时距等。实施交通流组织后，虽然街道 宽度不变，但其他因素由于车流的同向行驶而发生改变。 ( 2 ) 行人心理 交通流组织带来的两侧机动车车速提高，将使临近行人心理压力加大，此 外，面车行走还是背车行走也是行人心理研究考虑的问题。单向交通道路上存 在行人无法选择面对还是背对的特有问题，即与单向交通道路允许方向同向行 人均为背对车，禁止方向情况正好相反。这种心理影响一般因人而异。虽然行 人步行与车辆各行其道，然而有数据表明背对车行走情况下发生的交通事故多 于面对车行走【4 2 1 。 表2 11 9 7 5 年日本行人死亡事故地点分布( 部分) 类别交叉交叉口隧弯坡桥其他路铁路道其总 口附近 道 道道 梁段 口 他计 面对车行走 1 23 1l2 81 421 6 30 o 2 5 1 背对车行走 1 63 721 81 872 7 3o33 7 4 ( 3 ) 步行距离 步行距离是行人出行的关键因素。交通流组织实施后步行距离的变化是行 人最为关注的，方案实施后步行距离增加是行人最难以忍受的。对于一次出行 过程完全依赖步行的行人( 自由行人) ，其步行环境虽受到一定影响，但由于交 通流组织仅针对机动车道，按照各行其道的原则，行人的出行路径不受限制， 故步行距离不变。 2 、交通流组织对骑车人影响分析 自行车是目前我国许多平原城市居民出行的主要工具，如天津市自行车交 通方式在客运结构中所占比例高达6 0 一7 0 【4 3 1 ，石家庄市、太原市、成都市 等其他城市的情况也基本如此，因此不能忽视交通流组织对自行车出行的影响。 交通流组织的影响程度与机非隔离形式有关，可分有无自行车道两种情况 分析交通流组织对自行车出行的影响。交通流组织对象是机动车道，如路段上 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 存在专用的自行车道( 指有物理隔离的，不包括划线分隔) ，自行车在路段上的 通行状态维持不变，交叉口运行效率提高，交通流组织将对自行车出行可能产 生有利影响。但对于无机非物理隔离、自行车流量较小的路段，在单向交通组 织方案实施后，有时为进一步降低机非干扰、增大机动车通行能力，可能重新 分配车道，取消原来某一侧( 或两侧) 的自行车道，从而增加机动车道数或者 增加停车泊位数；有的路段对自行车采用禁行管理，禁止自行车驶入。上述两 种情况将形成骑车人的出行限制，必将导致出行路径改变，从而增加自行车的 绕行距离，这对于依赖人力的自行车出行是极其不利的。 3 、交通流组织对社会车辆影响分析 作为城市交通的主体，除公共汽车以外的广大社会车辆是交通流组织的主 要影响对象。交通流组织的目的在于提高车辆的出行效率，交通流组织方案实 施后，由于流向限制，路网的可达性变差，造成绕行增加，出行距离通常会增 大；同时由于交通条件的改善，出行时间可能缩短。这正是交通流组织影响的 根本矛盾，应构成交通流组织评价的主要目标【3 】。结合交通流组织对其的影响 可以判定实施后社会车辆总的出行时间和出行距离变化可能有以下四种情况： ( 1 ) 总出行时间和总出行距离均变大 这是交通流组织失败的典型情况，说明交通和道路条件不符合交通流组织 适用条件，通过交通流组织不但不能解决现有的交通问题，反而造成出行距离 增加；也可能由于交通流组织方案设计不合理造成出行距离增加过多。 ( 2 ) 总出行时间和总出行距离均变小 这是交通流组织获得成功的情况，一般在城市旧城区进行交通流组织时出 现，如青岛等城市在调流时将一些不具双向通行条件的狭窄道路开辟为单行线， 为车辆提供更快捷的出行路径，使得总出行时间变小的同时，出行距离也缩短。 ( 3 ) 总出行时间变小，总出行距离变大 这是较为常见的交通流组织实施结果，在这种情况下需权衡出行时间缩短 获得的效益与出行距离增加造成的损失，以评价交通流组织方案的优劣。 ( 4 ) 总出行时间变大、总出行距离变小 这是交通流组织较为少见的情况，如发生这种情况，也需要比较出行时间 和出行距离的效益关系。 4 、交通流组织对公共交通影响分析 本部分所指公共交通特指公共汽车，不包括地铁、轻轨、以及出租车等其 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 他公共交通。交通流组织的流向限制迫使公交线路调整，从而将带来公交车辆 出行成本的改变和附加的公交线路改造成本。具体地说，对于道路实施交通流 组织后对公共交通的影响l 4 4 j ，有以下几点： ( 1 ) 对公交线路的影响。公交车需要绕行，可能增加出行成本。公交公司 从本身的利益出发，有可能改变线路走向，不经过单行线，从而降低了单行线 上公交线路的密度，使单行线两侧的公交可达性下降。 ( 2 ) 对公交企业的影响。由于道路实行了单向交通，公交公司必须调整公 交线路走向并重新布置站点，需要耗费一定的人力和物力，尤其是电车线路调 整。 ( 3 ) 交通流组织实施后，部分路段由于通行条件的改善，交叉口复杂性降 低，车辆运行速度提高，改善了公交线路的交通条件，减少了总的出行时间， 这是交通流组织的正面影响体现。 2 1 2 对非交通用户的影响 交通流组织对非交通用户的影响主要指对沿街商业用户和居民的利益影 响。交通流组织方案的实施将带来的路网交通负荷重新分布，特别是单向交通 和禁左管理，将引起路段禁行方向可达性下降，从而引起街路两侧土地价值的 变化，可能导致部分商业区的经济条件恶化。这也是近年来一些国家的城市把 商业区的道路由单向通行改回双向通行的直接诱因。比如在双向交通条件下， 基于交叉口的对称性，交叉口两端的店铺均容易被驾驶员发现，而在单向交通 条件下，位于禁止通行一段的店铺的被识认效果变差。同时，由于人眼的视角 与车速有关，实施单向交通后，路段车速变快使得视角变窄。 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 表2 2 交通流组织对非交通用户的影响内容 影响对象评价内容 商家零售业影响旅游者购物选择本地顾客购物选择 销售额的影响店铺屏蔽 居民房屋出租和空闲情况犯罪率紧急事件响应居民区密度环境噪声 鉴于单向交通组织对商业用户影响的复杂性，国外通常采用问卷调查的办 法来评估这类影响【4 5 4 6 1 。商业影响问卷调查的一般步骤是： ( 1 ) 道路两侧商家基本情况统计。调查范围包括：拟实施单向交通道路、 单向交通临近道路、传统商业街区；基本情况包括：商业名称、详细地址、商 业类型、经营面积。 ( 2 ) 发放调查问卷。常见的调查问题有：实施单向交通对商业效益影响、 实施单向交通对顾客到达便利影响、单向交通对行人交通影响等。 ( 3 ) 统计调查结果。回收问卷，按照支持或反对等大类统计调查结果，并 统计对应的总经营面积。 ( 4 ) 预估商业损失( 获利) 情况。考虑所在地区市场规模、购买力等因素， 确定单位面积的平均经营额，根据这一指标量化商业损失( 获利) 程度。 ( 5 ) 形成结论性意见，由议会或商业协会等机构最终裁决单向交通方案的 实施或放弃。 城市各种噪声源中，无论从污染面或污染强度看，交通噪声都是最重要的 噪声源。道路交通噪声研究对于评价交通流组织方案环境影响、控制交通噪声 等都具有重要意义。 我国对道路交通噪声环境影响的研究始于2 0 世纪7 0 年代未，交通部公路 科学研究所从1 9 7 9 年开始进行这方面的研究并与环保部门协作，研究制定汽车 噪声的标准。“七五 ( 1 9 8 5 1 9 9 0 年) 期间，交通部科技信息所在交道部公路 建设对环境影响的研究重点科技项目中，研究并提出了我国的噪声影响预测 公式2 。l 。 v ( 厶印) ，= l w + 1 0 1 9 ( 去) 一离+ 厶坡+ 毛蕊一1 3 ( 2 一1 ) “，f 式中：枷一型车辆行驶于昼夜，观测点接受到的小时交通噪声值( d b ) ； l ，笫i 型车辆的平均辐射声级( d b ) ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 ：f 笫i 型车辆的昼夜的平均小时交通量( v e h h ) ； “，一型车辆的平均行驶速度( k m h ) ； 丁一l 印的预测时间，在此取l h ； 己距离、k 坡、路面一由距观测点的距离、公路纵坡和公路路面产生的 交通噪声修正量( d b ) 。 2 1 3 对道路交通系统的影晌 除了以上对用户的影响外，交通流组织实施将给道路交通系统本身带来一 系列影响，体现在路网结构、路段及交叉口通行能力、交通负荷等几大方面的 改变： 1 、路网节点邻接关系改变。路网节点邻接关系改变是交通流组织管理区别 于其他交通管理方式的最大特点。交通流组织方案对道路流向的限制和调整将 直接引起道路网络中节点邻接关系改变，且与道路建设不同，路网实际结构并 未发生变化。由于交通流组织实施具有方向特性、时间特性和车种特性，交通 流组织对于某条道路的流向限制相对容易调整。 2 、路段通行能力改变。实施单向交通道路的单方向通行能力值大于原来双 向交通条件下两方向道路通行能力值的和，这是被普遍验证的公认结果。变向 交通的最大特点就是“可变 ，即实施变向交通的路段存在不同的通行能力状态， 同一车道在不同的通行状态下下车道允许通行方向或车种的发生变化。且交通 流组织对路段通行能力的影响是提出实施交通流组织基本实施条件的出发点。 3 、交叉口通行能力的改变。实施交通流组织由于车道允许通行方向改变， 交叉口的转弯车流随之受到影响，使得交叉口通行能力受到影响。受到影响的 交叉口既包括交通流组织内部交叉口也包括与交通流组织路段相衔接的交叉 口。 4 、交通负荷改变。流量的变化和通行能力的变化综合体现在交通负荷的变 化，而且这种变化是广泛的，既包括实施交通流组织的路段，也包括未实施交 通流组织的路段，直接变化指路段通行能力和流量均发生改变；间接变化是由 流量变化所引起。而系统的这些变化综合体现在用户出行时间的变化。 综上所述，交通流组织方案应避免对行人和自行车产生不利影响。交通流 组织对沿街居民和商家存在一定的影响，同时交通流组织对公交车辆和公交乘 客的影响应作为交通流组织实施成本事先考虑。归根结底，交通流组织对社会 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 车辆影响是研究的焦点，提高社会车辆的出行效率是交通流组织的目的所在， 交通流组织方案实施后出行时间和出行距离的变化是交通流组织核心矛盾，也 是交通流组织评价的根本目标。交通流组织将引发实际路网容量的各影响因素 的全面变化。本章以交通流组织为主要研究对象，从用户和系统两大层面对实 施交通流组织的影响进行了全面剖析，为后续章节提出交通流组织适用条件和 建立动态交通流组织模型及评价方法奠定了基础。 2 2 交通流组织实施条件研究 2 2 1 国内外交通流组织实施情况 1 、单向交通方面 单向交通是实现现代化的交通管理的重要手段，它可充分地、合理地利用 城市内现有的道路【4 。因此受到世界各国的普遍重视和广泛的使用。美国1 9 0 6 年开始采用单向交通，现在5 万人口的城市有半数，1 0 0 0 万人口以上8 0 的街 道采用单向交通；法国巴黎市4 3 3 3 条街道中已有1 4 0 0 多条实行单向交通，总 长度超过4 0 0 公里；日本东京市有3 0 的道路；大阪市有3 8 的道路实施单向 交通；横滨市行车道宽5 5 的道路5 3 2 0 公里中有6 6 1 ，宽5 5 1 3 米，长4 3 0 公里的道路中2 8 6 都实行了单向交通的道路已达到1 2 0 多条。其他如：奥地 利、西班牙、德国、意大利、瑞典、希腊、新加坡也都采用单向交通。发展中 国家泰国、曼谷市旧市中心有5 0 的街道实行单向交通。菲律宾等国家的许多 城市均广泛地采用单向交通。国内外采用单向交通后期效果非常明显，降低交 通事故，增加通行能力，缩短运行时间，增加运输效益。美国的纽约、迪特律、 英国的伦敦，俄罗的莫斯科、列宁格勒等城市实施单向交通后，交通事故减少 2 0 5 0 ，缩短运行时间2 2 - - 5 0 。 我国从2 0 世纪5 0 年代起就开始使用单向交通，近年来，许多城市积极推 广应用单向交通。到1 9 8 0 年为止，北京有2 4 条、上海有2 0 条单向通行线路。 1 9 8 2 年香港岛拥挤的北角地区成功地实施了单行回旋计划( o n e w a yg y r a t o r y s c h e m e ) 。据1 9 9 1 年资料，国内城市实行单向交通的街道数为：广州8 4 条、北京 1 5 6 条、上海7 6 条、哈尔滨1 2 条、天津7 7 条、南京3 3 条、济南l o 条、贵阳 5 条，还有沈阳、重庆、兰州等城市也都大量采用了单向交通。1 9 9 7 年青岛市 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 结合本市道路特点大胆改革，采用整体规划、分布实施的方法，自4 月1 日至9 月6 日先后8 次对1 0 6 条道路实施了单向交通，次年又配合市政工程建设成功 地对2 9 条道路实施了单向交通，使青岛市区单行线道路达1 3 5 条，基本形成了 纵穿南北、横贯东西新的单向环绕交通格局，成功实施了单向交通，使交通状 况得到了明显改善，取得了较好的经济效益和社会效益。成都市也积极采取单 向环行交通管制，来均衡道路交通负荷，取得了良好的效果【4 8 1 。 2 、变向交通方面 早在1 9 2 8 年美国洛杉矶就出现了不对称车道设计【4 9 1 ，用于解决交通流分布 不均问题。与单向交通类似，变向交通的流行与城市的发展密切相关。第二次 世界大战后，欧美等国城市外延扩大，形成了中心城、卫星城组团式城市布局， 这种城市布局造成连接中心区和郊区的道路潮汐特性明显，2 0 世纪4 0 年代至 6 0 年代澳大利亚和欧洲一些国家，城市干线道路大量采用变向交通管理；到7 0 年代，公路、桥梁、隧道也出现了可变车道系统等；7 0 年代末期到8 0 年代，变 向交通用于城市道路高占有率( h o v ) 车道和公交专用车道管理。变向交通是 目前国外普遍采用的交通管理方式，根据美国全国协作公路研究计划( n c h r p ： n a t i o n a lc o o p e r a t i v eh i g h w a yr e s e a r c hp r o g r a m ) 3 4 0 号综合研究报告h 0 1 ，2 0 0 4 年通过对美国4 9 个州调查发现，几乎所有的大城市和许多中小城市都设置变向 交通。 与单向交通相比，变向交通在我国仍属于新生事物，实施里程较短，处于 探索阶段。2 0 0 0 年开始，上海、青岛、南京、杭州、北京等城市相继采用路段 车道方向可变和交叉口进口车道转向可变等变向交通形式解决早晚高峰期间交 通流分布不均问题 5 1 。5 3 1 ，这些措施收到较好效果。目前我国变向交通设置主要 依靠经验完成，在设计和控制方面存在很大的提升空间。此外，我国还存在自 行车道允许通行车辆种类可变的情况。 3 、禁左方面 近2 0 年来，禁左作为国外公路和城市干线道路出入系统管理的主要措施之 一，得以广泛使用，美国等国家专门颁布法律保障禁左实施，例如，1 9 8 8 年美 国佛罗里达州立法机构颁发第3 3 5 1 8 法案来限制交叉口转弯行为【5 4 】。禁左不是 一种孤立的交叉口管理手段，而是一种系统管理手段，主要表现在，在禁止左 转的同时，为原左转车辆提供了多种绕行措施，即普遍采用变直接左转为右转 加调头( u t u r n ) 的管理方式，称为i 玎u t ( r i g h t t u r na n du t u r n ) 。车辆实施 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 u t u r n 位置有两类，下游交叉口和中央分隔带开口处。禁左主要用于城市交叉 口和公路出入口匝道交叉口管理。此外，国外禁左的实施规则与我国有所不同， 些主次相交交叉口，支路不禁左但提供u t u r n 通道，相当于驾驶员可以任意 选择直接左转或r 1 u t 。 上世纪7 0 年代以来，香港就特别注重交通组织来管理城市交通，依照密集 的狭窄街道，大部分路e 1 只允许直行和左行( 香港右侧行驶) ，主要交叉路1 5 1 严格 红绿灯管制，保证了车辆快速行驶和保持较高的道路和路口通过率。上海的德 州路、青平路、杨高中路等均实施了禁左措施，并在4 0 多条单行道路中一些主 要路口实施禁左措施，取得了良好的效果。2 0 0 3 年厦门对市区1 1 个重要路口实 施“禁左”，有效缓解了交通压力，受到了“畅通工程”组专家的一致好评。2 0 0 3 年西安市利用良好的道路系统条件，在市区主要道路实施了禁左，交通拥堵现 象明