（交通运输规划与管理专业论文）城市道路交通微循环系统改扩建优化理论与方法.pdf

中南大学博士学位论文 摘要 摘要 本文探讨城市( 道路) 交通微循环系统改扩建优化理论与方法，其研究目的 在于为城市干道交通拥堵的缓解提供一种可行、有效的解决办法。利用干道与干 道间未被充分利用的道路资源来分流干道网络上的交通，既缓解了交通拥堵压力， 又节约了土地与资金。交通微循环作为一种交通拥堵的解决办法，在我国已开展 了一些实践工作，但还未形成专门的交通微循环系统规划设计理论和方法。因此， 本文围绕城市交通微循环系统改扩建问题，从系统功能、网络设计、交通组织、 综合评价等多角度出发，探讨城市交通微循环改扩建中的关键理论问题与优化方 法，为交通微循环改扩建提供科学的理论与方法指导。 首先以人体血液微循环作类比，分析了城市交通微循环的原理，说明了交通 微循环对解决交通拥堵的意义，并对其功能特性进行分析归纳。 通过分析作为交通微循环系统的城市支路网在城市交通中的作用、改造的可 行性、改造工程费用和改造目标等，以支路通行能力为改造决策，以降低干道饱 和度和支路总的改造工程费用为目标，建立了支路改造的双层规划优化模型。利 用此模型可确定选取哪些道路作为交通分流通道构成合理的交通微循环网络，并 对选取的道路确定其改扩建后需达到的交通通行能力值。 为使得微循环网络上车流运行效率最大、交通状况最佳，研究了微循环网络 上单向交通组织的方法。从降低干道及微循环道路饱和度的目标出发，考虑最大 期望饱和度的限制要求，建立了单向交通组织优化的双层规划模型。利用此模型 可得到微循环网络上合理单向交通组织方案，包括确定每条微循环道路是否设置 单行及相应的单行方向。 建立了微循环路网改扩建及单行组织一体化优化的模型，即改扩建的同时考 虑路段是否单行还是双行，将路段的单行或双行作为改扩建优化的一部分进行考 虑。利用该模型可同时确定各微循环支路的交通组织形式( 单行或双行) 及改造 后需达到的通行能力。利用单行交通组织与改造能力的组合决策编码，设计了求 解模型的遗传算法。 由于微循环道路的实际特点道路较窄、等级不高、通行能力易受扰动， 探讨了微循环路网拥堵预防的办法，以预防微循环路网内可能发生的拥堵严重后 果。结合微循环网络的实际交通状况及交通需求，建立了微循环交通模糊控制模 型。分析了交通微循环道路网络的拥堵敏感性并提出利用“正交试验+ 交通分配” 中南大学博士学位论文 摘要 的方法来寻找微循环网络中的关键脆弱路段，以便有的放矢的对关键路段进行重 点防范并确保其畅通。 交通微循环一方面可分流干道上的拥堵交通，畅通车流运行；另一方面也会 对微循环区域内部的交通( 如内部的行人与自行车交通) 、居民正常生活以及生态 环境等造成不利影响。因此应对交通微循环改扩建可能带来的有利和不利两个方 面进行综合评价，论文建立了评价指标体系并提出运用多级模糊模式识别理论对 城市交通微循环改扩建效果的整体优劣性作出评价。 最后以实例验证了论文的主要理论模型与算法，说明了交通微循环解决拥堵 的原理，并系统阐述了整个交通微循环设计的思路与过程。 关键词：城市道路交通规划，交通微循环，单向交通组织，双层规划，综合评价 i i 中南大学博士学位论文 a b s t r a c t a b s t r a c t t l l i sp a p e rd i s c u s s e dt h et h e o r ya n dm e t h o df o rr e c o n s t r u c t i n gu r b a nt r a f f i c m i c r o - c i r c u l a t i o ns y s t e m ，w h o s ea i mi st op r o v i d eaf e a s i b l ea n de f f e c t i v es o l u t i o nf o r a l l e v i a t i n gt r a f f i cc o n g e s t i o no f a r t e r i a lr o a d s t h er o a dr e s o u r c 燃b e t w e e na r t e r i a l st h a t r r el e ru n u s e da r ee x p l o r e dt os h u n tt h et r a f f i co fa r t e r i a ln e t w o r k , n o to n l ya l l e v i a t i n g t r a f f i cp r e s s u r eb u ta l s os a v i n gl a n da n di n v e s t m e n t a sas o l u t i o no ft r a f f i cc o n g e s t i o n , t r a f f i cm i c r o c i r c u l a t i o nh a sb e e np r a c t i s e di no u rc o u n t r y , b u tt h es y s t e m a t i ct h e o r ya n d m e t h o de s p e c i a l l yf o r d e s i g n i n gt r a f f i cm i c r o c i r c u l a t i o ns y s t e mh a v en o tb e e n e s t a b l i s h e d y e t s oa i m i n g a tt h er e c o n s t r u c t i o n p r o b l e m o fu r b a nt r a f f i c m i c r o - c i r c u l a t i o n , f r o mm u l t i - a s p e c to fs y s t e mf u n c t i o n , n e t w o r kd e s i g n , t r a f f i c o n g a n i z a t i o n , s y s t h c t i c a le v a l u a t i o n , t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ek e yt h e o r e t i c a lp r o b l e m s a n do p t i m i z a t i o nm e t h o d si nt h er e c o n s t r u c t i o no fu r b a nt r a f f i cm i c r o - c i r c u l a t i o n , p r o v i d e dt h et h e o r e t i c a la n dm e t h o d o l o g i c a lg u i d a n c ef o r t h er e c o n s t r u c t i o no ft r a f f i c m i c r o c i r c u l a t i o n f i r s t l y , c o m p a r e dw i t hb l o o dm i c r o c i r c u l a t i o n ，t h ep r i n c i p l eo fu r b a nt r a f f i c m i c r o c i r c u l a t i o nw a sa n a l y z e d ，t h em e a n i n go ft r a f f i cm i c r o - c i r c u l a t i o nf o rs o l v i n g t r a f f i c c o n g e s t i o n w a se x p l a i n e d ，a n dt h ef u n c t i o nc h a r a c t e r i s t i c so ft r a f f i c m i c r o c i r c u l a t i o nw a sa n a l y z e da n dc o n c l u d e d t h r o u g ha n a l y s i s o ff u n c t i o ni nu r b a nt r a f f i c ，f e a s i b i l i t yo fr e c o n s t r u c t i o n , r e c o n s t r u c t i o ne x p e n s ea n dg o a l so fu r b a nb r a n c hr o a dn e t w o r k 弱 u r b a nt r a f f i c m i c r o c i r c u l a t i o ns y s t e m ，谢t l lt h ed e c i s i o n - m a k i n gv a r i a b l e so ft h ec a p a c i t i e so f b r a n c hr o a d sa n dt h et a r g e t so f l o w i n gt h es a t u r a t i o no f a r t e r i a lr o a d sa n dr e c o n s t r u c t i o n e x p e n s eo ft h eb r a n c hr o a d s ，t h eb i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e lf o rr e c o n s t r u c t i n gt h e b r a n c hr o a d sw a ss e tu p w i t ht h i sm o d e lw h i c hr o a d sa r es e l e c t e d 勰t r a f f i c - c h u n t i n g c h a n n e l sf o r c o n s t r u c t i n g r e a s o n a b l e觚伍cm i c r o c i r c u l a t i o nn e t w o r kc a nb e d e t e r m i n e d ，a n dt h ec a p a c i t i e so ft h es e l e c t e dr o a d sa f t e rr e c o n s t r u c t i o nc a l la l s ob e o b t a i n e d i no r d e rt om a x i m i z et r a f f i ce f f i c i e n c yo fm i c r o c i r c u l a t i o nn e t w o r ka n di m p r o v e t r a f f i cc o n d i t i o n s ，t h eo n e - w a yt r a f f i co r g a n i z a t i o nm e t h o do fm i c r o - c i r c u l a t i o nn e t w o r k w a sr e s e a r c h e d f r o mt h et a r g e to fl o w i n gt h es a t u r a t i o no fa r t e r i a lr o a d sa n d m i c r o - c i r c u l a t i o nr o a d s ，c o n s i d e r i n gt h er e s t r i c t i o no ft h em a x i m u ms a t u r a t i o n , t h e b i l e v e lp r o g r a m m i n gm o d e lf o ro p t i m i z i n go t l e w a yt r a f f i co r g a n i z a t i o nw a ss e tu p i 中南大学博士学位论文 w i t ht h i sm o d e lt h eo n e - w a yt r a f f i co r g n n i z a t i o ns c h e m eo fm i c r o - c i r c u l a t i o nn e t w o r k 啪b eo b t a i n el , i n c l u d i n gt h ed e t e r m i n a t i o no fw h e t h e re a c hm i c r o c i r c u l a t i o nr o a di s s e ta so n ew a ya n di t sd i r e c t i o n i n t e g r a t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e lf o rr e c o n s t r u c t i o na n do n e - w a yo r g a n i z a t i o no f t h e m i c r o - c i r c u l a t i o nr o a dn e t w o r kw a se s t a b l i s h e d ，n a m e l yc o n s i d e r i n gw h e t h e rar o a d l i n ki st w o - w a yo ro n e - w a yw h e ni ti sr e c o n s t r u c t e da n dr e g a r d i n gt h ed e c i s i o no f w h e t h e ri ti st w o - w a yo ro n e - w a ya sa p a r to fr e c o n s t r u c t i o no p t i m i z a t i o n w i mt h i s m o d e lt h et r a f f i c - o r g a n i z a t i o nf o r ma n dr e q u i r e dc a p a c i t yo fe a c hb r a n c hr o a da f t e r r e c o n s t r u c t i o nc a nb ed e t e r m i n e ds i m u l t a n e o u s l y c o m b i n e dd e c i s i v e c o d i n go f o n o - w a yo r g a n i z a t i o na n dr e c o n s t r u c t e dc a p a c i t yw a su s e dt od e s i g nt h eg e n e t i c a l g o r i t h mt os o l v et h em o d e l b a s e do nt h er e a lc h a r a c t e r i s t i c so fm i c r o - - c i r c u l a t i o nr o a d s - - - n a r r o ww i d t h , l o wl e v e la n ds u b t l ec a p a c i t y , t h i sp a p e rd i s c u s s e dt h ew a y so fp r e v e n t i n gt h ep o s s i b l e t r a f f i cc o n g e s t i o no fm i c r o - c i r c u l a t i o nn e t w o r k c o n s i d e r i n gt h er e a lt r a f f i cc o n d i t i o n s a n dt a f f i cd e m a n do fm i c r o - c i r c u l a t i o nn e t w o r k , t h ef u z z yc o n t r o lm o d e lf o r m i c r o c i r c u l a t i o nt r a f f i cw a sp r o p o s e d t h ec o n g e s t i o ns e n s i b i l i t yo fm i c r o - c i r c u l a t i o n n e t w o r kw a sa n a l y z e da n dt h em e t h o dw i t h“o r t h o g o n a le x p e r i m e n t s + t r a f f i c a s s i g n m e n f w a sd e v e l o p e dt of i n do u tt h ek e yr o a dl i n k so fm i c r o - c i r c u l a t i o nn e t w o r k s ot h a tt h ee f f e c t i v em e a s u r e sc a nb et a k e nt oe n s u r et h ef l u e n c yo ft h ek e yr o a d s o nt h eo n eh a n d ，t r a f f i cm i c r o - c i r c u l a t i o nc a ns h u n tt r a f f i co fa r t e r i a lr o a d sa n d s m o o t ht r a f f i cr u n n i n g ；o nt h e o t h e rh a n d ，i tc a na l s oc a u s ea d v e r s ei n f l u e n c et o i n t r a - r e g i o n a lt r a f f i c ( e g p e d e s t r i a n sa n db i c y c l e s ) ，n o r m a l r e s i d e n t l i v i n g a n d e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t i n t e g r a t i n gt h ea d v a n t a g e s w i t hd i s a d v a n t a g e so ft r a f f i c m i c r o - c i r c u l a t i o n ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e dt h ee v a l u a t i o ni n d e xs y s t e ma n dp r o p o s e dt h e e v a l u a t i o nm e t h o do fu s i n gt h em u l t i c l a s s i f i c a t i o nf u z z yp a t t e r nr e c o g n i t i o nt h e o r yt o e v a l u a t et h et o t a le f f e c to f r c c o n s t r u c t i o no f u r b a nt r a f f i cm i c r o c i r c u l a t i o n f i n a l l y , t h r o u g hap r a c t i s i n ge x a m p l et h em a i nt h e o r e t i c a lm o d e l sa n da l g o r i t h m s i nt h i sp a p e rw e r ev e r i f i e d ，t h ep r i n c i p l eo ft r a f f i cm i c r o - c i r c u l a t i o ns o l v i n gt r a f f i c c o n g e s t i o nw a ss h o w e d ，a n dt h ew h o l et h o u g h ta n dp r o c e s s o fd e s i g n i n gt r a f f i c m i c r o c i r c u l a t i o nw a sd e m o n s t r a t e d k e y w o r d s ：u r b a nr o a dt r a f f i cp l a n n i n g , t r a f f i cm i c r o c i r c u l a t i o n , o n ew a yt r a f f i c o r g a n i z a t i o n ，b i l e v e lp r o g r a m m i n g , s y n t h e t i c a le v a l u a t i o n 中南大学博士学位论文 第章绪论 1 1 研究背景及问题的提出 第一章绪论 随着我国国民经济的迅猛发展和城市化进程的加快，一些城市特别是大城市 交通拥堵问题极其严重。交通运输量前所未有的迅速增长，道路容量严重不足， 汽车增长速度过快，城市交通路网结构很不合理，道路交通设施落后，交通管理 技术水平低下，己经不能适应现代社会的需要。这种状况如果不能得到有效解决 和根本治理，必将对我国经济的持续、健康、快速发展构成严重威胁。而良好的 的交通运营环境，需要超前的、合理的城市交通路网规划。然而现阶段主要着手 的快速路、主干道、次干道、支路等有等级的路网规划，一定程度上体现了重干 路轻支路、重形象轻实效的思想，不能满足城市交通需求。由于城市的发展不能 无限的提供有等级的道路资源，这就需要我们充分挖掘小街巷、住宅区、大面积 厂区、单位等的内部道路，由专用、私用转化为社会公用，亦即开拓城市交通微 循环发展、促进发展城市交通微循环体系。 面对城市出现的严重的交通拥堵问题，传统做法是规划增加新的道路及道路 网络，包括增加道路总长及拓宽道路宽度。如北京，已经增加到了六环，许多主 要道路都拓宽到了六车道甚至八车道、十车道。但是，一味追求增加主干道长度 和宽度一方面因土地资源有限而难于实现；另一方面难于从根本上解决交通拥堵 问题，因为道路建设的速度总落后于交通需求增长速度【l 】。另一方面，在城市主干 道路拥挤不堪的时候，很多城市支路却被闲置起来，支路没有被利用，车辆都挤 在主干道路上行驶，这样势必造成主干道路的拥挤和支路利用率不足，从而造成 整个路网容量降低。城市( 道路) 交通微循环强调发挥城市支路网络在整个城市 交通系统的毛细血管作用，利用支路网分担分解主要道路的交通需求，形成合理 的城市交通网络结构，提高整个路网的交通承载能力，从而达到解决交通拥挤的 目的。交通微循环系统是解决城市交通紧张、节约土地资源、科学路网规划的重 要概念与手段。交通微循环系统强调的是对现有的密集的而由于种种限制条件( 能 力限制或历史保护、环境保护等) 而未能被充分利用的支路网络进行改造扩能， 使其发挥承担分流干道交通的功能，缓解城市干道网络交通压力。 本文探讨城市交通微循环系统改扩建优化理论与方法，其研究目的在于为城 市干道交通拥堵的缓解提供一种可行、有效的解决办法。利用干道与干道间的未 被充分利用的道路资源来分流干道网络上的交通流量，既节约了土地与资金，又 中南大学博士学位论文 第一章绪论 缓解了交通拥堵压力。通过本论文研究，可为交通微循环系统的科学合理设计提 供指导。结合我国城市的实际交通特点，对解决我国的城市交通拥堵问题具有普 遍意义，论文的研究具有较好的应用需求与前景。 1 2 研究的目的和意义 1 2 1 交通微循环的概念 城市( 道路) 交通微循环系统( 也称为城市道路微循环系统) ：引用了血液系 统的微循环来描述城市道路的小区域网络。城市交通微循环系统通常是由干道网 络以外的支路、支路以下道路( 窄巷、小街以及便道等道路) 及部分次干路组成 的区域道路网络。城市道路中的微循环系统与由快速路和主干路组成的主循环系 统相比，具有更高的路网密度和更长的道路总长。这种交通微循环网络由于它路 窄、形式复杂和难于管理等原因，往往不能引起人们的重视。然而，鉴于中国城 市的特殊情况，干道与干道之间的交通微循环系统也有用武之地。通过疏通微循 环网络，可以达到对干道网络分流的目的，缓解交通高峰时段的干道拥堵。 1 2 2 城市交通微循环系统设计的目的 现有的微循环网络由于路窄、形式复杂等原因，一般主要是作为区域内部交 通或内部与外界联系使用，并不具备对干道网络分流的交通功能。因此，论文研 究交通微循环系统的目的就是通过对城市交通微循环系统的改造优化设计，使其 能够分流干道网络的交通压力，从而缓解城市交通拥堵。而且，在本文所指的交 通微循环系统专指能分流干道网络交通的微循环系统，对区域内部交通不作专门 探讨( 内部交通仅作为背景交通) 。需要注意两点，第一点，一般分流的交通主要 以小汽车等私家车为主，这是因为一城市中小汽车比例最高，是引起拥堵的主要 因素；二来公交车行驶路线固定，一般不能被“分流 ，而且大型车也不适合在微 循环道路( 为了叙述上的方便与简洁，将交通微循环网络包含的道路称为微循环 道路) 上行驶。第二点，微循环道路一般应主要连接到次干道( 或少数主干道， 但避免接入快速路) ，再通过次干道接入主干道或快速路。 1 2 3 国内的一些实践情况 新华网云南频道2 0 0 6 年1 1 月2 3 日新闻报道，昆明市将未来在3 年内对 二环路内2 0 3 条次干道、支路进行整治与拓宽改造，建立昆明市交通微 循环系统。 2 中南大学博士学位论文第一章绪论 北京青年报2 0 0 6 年9 月9 日新闻报道，城区部分道路将形成交通微循环， 堵车时司机可绕胡同。6 月份交管部门已在有条件的胡同安装了指路标 志，启用微循环缓解部分路段交通拥堵。 2 0 0 8 年2 月2 9 日春城晚报报道，昆明市委大院率先拆墙，以促进道路交 通微循环。高峰期，巡津街至双龙桥路口处十分拥堵，司机可选择巡津 街和书林街之间的支次道路绕行至环城南路。 2 0 0 6 年6 月2 8 日今日交通报道“宁静的胡同畅通的道路：城市微循 环系统如何两得其利。 实践中出现的问题与争议：虽然通过交通微循环分流作用，使得城市干道交 通拥挤得以缓解，但是交通微循环将不可避免对区域内生态造成一定的影响( 如： 噪音污染、尾气污染、对区域内部交通的干扰等等) 2 1 ，因此有必要研究交通微 循环系统改造设计方法。一般来说，交通微循环的设置应满足一定通行条件，选 择交通条件较好的道路，且应避开小学、密集居民区等，确保不因交通微循环而 对学生、居民等造成安全危险、身体损害、生活干扰。 1 2 4 论文研究的必要性、意义 目前，许多城市出现了严重的交通拥堵。面对交通拥堵，一方面可增加 或拓宽道路网，但这样做一来成本太高，二来也不能从根本上解决交通 拥堵，因为道路建设的土地资源有限、建设速度总是落后于交通需求增 长速度。另一方面，在干道拥挤不堪时，很多支路或等外道路资源却被 闲置起来，没有被充分利用。因此有必要对“堵点”附近支路及其可利用的 道路资源进行改造优化设计，使其能够分流干道交通、缓解拥堵。 一些城市，如：昆明、北京等地的实践已经走在了前面，所以有必要对 实践进行总结并开展理论研究以指导进一步实践工作，这也是遵循实践 理论再实践的工作方法。 在该方法的实践过程当中，存在一些争议【2 】，主要是围绕交通微循环可能 对区域内居民正常生活的干扰以及由此造成的交通公平性问题，因此有 必要在论文研究中对交通微循环改造进行评价，以使规划设计做到趋利 避害，既有利交通也不妨碍人们的正常生活。 应用前景：我国很多城市的拥堵情况都具有相似性，因此项目研究将具 有较好的应用前景。 中南大学博士学位论文第一章绪论 1 3 国内外研究现状 国内外专门针对交通微循环的理论研究很少，主要是一些定性描述与工程经 验。交通微循环系统的优化设计主要涉及微循环网络规划、微循环网络上单向交 通组织的优化等主要研究内容。因此，下面将不仅针对交通微循环系统的研究概 况，而且围绕相关交通研究领域，分析国内外主要的一些研究情况。 ( 1 ) 道路网结构研究 d o w n s ( 2 0 0 5 ) 0 和w a n g e ta 1 ( 2 0 0 8 ) 【3 1 的研究结论证明城市道路的建设速度 总是会落后于交通需求的增长速度。因交通需求增加新建道路，但是新建的道路 又会很快被这些新建道路诱增的潜在交通需求所填满。所以仅是新建道路不能满 足城市交通需求的增长要求，而必须在考虑新建道路同时，考虑路网结构与道路 等级级配，进行网状道路系统设计，提高现有路网的容量及适应交通变化的能力。 在城市道路网结构研究方面，r a d n o re ta 1 ( 1 9 8 2 ) 【4 】对美国城市路网等级结构 行了研究，结果表明各等级道路从高到底的里程分布是金字塔形，而所承担的交 通运输量的比重则相反，占总里程7 5 的主要道路( 包括快速路) 承担了高达5 2 5 的交通运输量，而占总里程7 2 5 的地方街道仅承担2 0 的交通运输量，是倒三角 形结构。w a y n e ( 1 9 8 3 ) 【5 】对日本名古屋城市道路网结构的研究结果表明名古屋道 路网等级结构中快速路、基于路与其它道路的里程分别占道路总里程的比重分别 为3 3 ，1 3 3 和8 3 4 。虽然不同的城市各等级道路所占比例不同，但是它们都 表现出如图l 同样的比例结构，即主干路、次干路与支路的比例关系呈现一个金字 塔结构，如图1 1 所示。 图1 - 1 道路等级结构 虽然城市主干路、次干路、支路比例为金字塔结构，但是其运输量确是一个 4 中南大学博士学位论文第一章绪论 倒金字塔结构。这种现象在许多老城市( 如北京) 更是如此。许多支路被闲置， 没有利用上，道路总体利用效率低，主干道路承担过多交通量而又无法通过支路 疏散导致交通长时间出现拥挤。 蔡军( 2 0 0 5 ) 【6 】提出合理的干路网密度应当使居民每次出行的城市干路内的时 间和干路所围合的街区内的出行时间二者之和最小。根据这一原理，构建了居民 出行效率分析法，对合理的街区尺度、路网间距进行了推导，并得出路网密度所 起的作用不能通过宽而稀的路网来实现的结论。宽而稀的路网结构不能满足城市 交通发展的需要，必须要充分利用高密度的城市支路网络来疏解城市交通，发挥 支路网的交通“毛细血管 作用才能最大程度的满足城市交通需求的增长要求。 城市交通微循环系统的实质是设计一个网状的道路网络系统。t a ma n d w 锄a m ( 2 0 0 4 ) 忉，l a m m e re ta l ( 2 0 0 6 ) t 引，冯树民( 2 0 0 7 ) 【明研究了网状道路系 统的特点与功能。网状的道路设计，有其巨大的优势。第一，网状道路最大的好 处就是增加了车辆的容量。这就如同血液循环系统一样，绝大多数的血液是集中 在毛细血管中( 而不是动脉和静脉中) 。网状道路的作用好比海棉，比粗管状的干 线容量更大。这是在车辆需求增长难于控制的前提下，必须利用网络化背街小巷 解决城市交通的根本原因。第二，网状道路弹性非常大，提供了更多可选择的行 车路线，只要组织管理得当，堵塞的可能性也不大，即使堵塞，也可以通过绕行 其它道路自行缓解。一些城市交通设计过程中牺牲“毛细血管 作用，是交通容 量小，到处堵车的重要原因。 赵燕菁( 2 0 0 2 ) 1 0 】，王波( 2 0 0 5 ) 1 1 1 讨论了中国的宽马路交通网络结构模式。 在机动化水平低下的情况下这种交通网络结构模式效果是明显的，但对于机动化 水平较高的情况下，由于城市缺少干道下一层次的路网，所有交通都挤在干道上， 城市吸收交通压力的弹性大大减弱。 ( 2 ) 交通微循环相关研究 在国外，交通微循环对分担城市交通起着很重要的作用【1 2 】。纽约只有围绕曼 哈顿的一条城市环线，但交通问题却没有像我国一些大城市( 如：北京) 这样严 重，在那里，任何一座建筑的周边都是可通行的道路。但在北京，任何一个小区、 单位都会人为的设置围墙或路障，上路的车辆都只能全部集中在城市干道。法国 巴黎市中心的主干道车道数远小于北京老城区，但由于其微循环系统发达，运营 状况好于北京。 在我国，“城市交通微循环一词的正式提出是在2 0 0 5 年北京市政府工作报 告i l 习中，该报告指出：“完善的城市交通微循环系统能够合理分配交通流量、缓 解交通压力、提高道路通行速度，是城市道路网络不可缺少的组成部分 。2 0 0 5 年以后，我国的一些大城市，如北京、昆明、深圳、长沙等都开展了一系列对城 5 中南大学博士学位论文第一章绪论 市交通微循环系统的建设改造。 北京工业大学李德慧、刘小明教授【1 4 】对城市交通微循环体系进行了一些功能 上的分析，并探讨了对道路微循环进行评价的方法。 中南大学史峰教授、黄恩厚【1 5 】等对城市交通微循环系统进行了重新定义。从 交通压力分流、输送的便捷性、解决组团或片区的交通问题、地段特征的差异性、 动态时段性、对行为模式的影响这六个方面对城市交通微循环系统的功能特征进 行了分析。指出城市交通微循环系统是一个涵盖经济、文化、交通等因素的综合 体。 同济大学宋雪鸿硕士【1 6 】从城市交通微循环特性分析、交通管理、微循环评价 等方面阐述了城市交通微循环建设规划相关应用技术，并以合肥市大东门及双岗 地区交通改善设计为例进行了实证分析。 从上面的分析知，国内外专门针对交通微循环的理论研究很少，主要是一些 功能分析与评价，未见有专门针对交通微循环系统规划设计方面的理论模型与方 法研究。 ( 3 ) 交通网络设计理论研究 城市交通网络设计问题( n e t w o r kd e s i g np r o b l e m ，n d p ) i 拘研究内容，就是在 一定的投资约束条件下通过在现有的城市交通网络中增加新的路段或更新、改善 已有路段的通行能力，从而达到使整个交通网络某种系统性能指标最优的目的 i t 7 1 。城市交通网络设计问题不仅在理论研究上有着重要的价值，而且能够用于解 决实际的交通问题，具有非常重要的现实意义。由于现代城市交通的多样性和复 杂性，所以城市交通网络设计问题一直被认为是交通研究领域中难度最大、最具 挑战性的问题之一。 1 9 7 3 年m o r l o k 首次提出了定量的交通网络设计问题，此后国际上形成了交 通规划领域中的一个新方向网络设计问题( n d p - n c t w o r kd e s i g n p r o b l e m ) t 1 8 , 1 9 。目前解决交通网络设计问题比较多的采用双层规划，上层为在一 定投资约束条件下，使系统出行总阻抗最小、网络备用能力最大或用户盈余最大 等：下层通常采用确定用户平衡或随机用户平衡模型【 】。 交通网络设计问题可分为在现有网络中添加新路段的离散形式( d n d p ) 、扩展 原有路段能力的连续形式( c n d p ) 和把二者相结合的混合形式( m n d p ) 。离散形式 的上层决策变量用来表示如何从备选路段集合中选择添加到现有交通网络的新路 段，它主要应用于新道路系统的设计问题中。l e b l a n c e ( 1 9 7 5 ) 2 们，b o y c e 和 j a n s o n ( 19 8 0 ) t 2 1 1 、p o o r z a h c d y 和t u r n q u i s t ( 19 8 2 ) t 2 2 1 、c h e r t 和a l f a ( 19 9 1 ) 1 2 3 】和g a o 等( 2 0 0 5 ) 【2 4 】等先后研究了离散网络设计问题，建立了数学优化模型并设计了多种 求解算法。连续形式的上层决策变量表示提高现有路段能力的增加量，它特别应 6 中南大学博士学位论文第一章绪论 用于拓宽道路和信号优化设置等问题中。事实上，国内外学者关于n d p 的研究主 要集中于连续网络设计问题，因为其决策变量是连续的，相对比较容易设计算法 f f d 锱z 等，1 9 9 2 2 5 1 ；y a n g ，1 9 9 5 2 6 】；高自友等，2 0 0 0 【1 7 】；m e n g 等，2 0 0 1 2 7 】；c h i o u ， 2 0 0 5 2 8 1 ) o 实际交通规划活动中往往需要同时决策如何在网络中添加新路段和如何改善 原有路段，而不是将二者分开考虑，此即所谓的混合网络设计问题。混合形式的 上层决策变量既包括离散决策变量又包括连续决策变量。混合网络设计问题一般 表述为一个非线性混合整数双层规划问题，其求解非常困难( y a n g 和b e l l ，1 9 9 8 t 1 9 1 ； y a n g 和m e n g , 2 0 0 0 2 9 j ) 。该问题一般地被表述成带网络平衡约束的非线性混合整 数双层规划模型，它被众多研究学者认为是难以求解的问题之一。至今国内外关 于这方面的研究成果非常地少，求解这类模型的常用方法主要有分枝定界法和其 它启发式算法。m o o r e 和b a r d ( 1 9 9 0 ) t 3 0 】；e d m u n d s 和b a r d ( 1 9 9 2 ) t 3 1 】分别讨论了混 合整数线性双层规划和混合整数非线性规划的分枝定界算法，不过这些算法只有 数学理论上的研究，没有结合交通网络设计问题的特点。 近年来，国内外有些学者将n d p 与交通信号优化设置、交通污染控制、拥挤 道路收费和合理利用土地等问题结合起来。l i n 和f e n g t 3 2 】以及赵彤和高自友【3 3 】等 研究了土地利用与交通网络设计的组合问题。张好智等阱】研究了环境目标下城市 交通综合网络设计的优化模型及求解算法。赵彤和高自友【3 5 】研究了环境污染限制 及最优信号控制条件下的离散网络设计问题。 此外，近年来还有基于可靠性分析的道路交通网络设计【3 6 1 3 引、考虑需求预测 不确定性的交通网络设计【3 9 1 、公路网络设计模型及其遗传算法求解方法【加】等等。 交通网络理论方面的研究成果还有很多，限于篇幅，不能一一列出。 虽然国内外关于交通网络理论方面的研究成果很丰富，但是具体针对交通微 循环分流的网络设计问题却很少见到专门研究。 ( 4 ) 单向交通组织相关研究 在国外，尤其是美国，对单向交通的优、缺点分析及其设置条件等方面的分 析有较为深入的研究。现已将计算机知识应用到单向交通领域中，例如p o r s c h e 4 1 1 ， 运用计算机知识分析了与单向交通道路相交的交叉口处信号灯的设置情况。此外， v a s q u e z 和t a y l o r 4 2 】提出传统的单向交通实施方法已经不再适应现代化城市的发 展，只有在科学地分析与规划的基础上，才能更好地发挥单向交通的作用。d a v i e s 4 3 1 详细分析了单向交通实施后可能带来的各种有利和不利的影响，并且用美国各城 市的具体数据说明了各种影响形成的原因，这对分析单向交通经济效益的各种影 响因素提供了可靠数据。 国内，吴元祥心】的运用系统学理论，从整体和局部、定性与定量相结合的角 7 中南大学博士学位论文第一章绪论 度出发，系统研究了规划基本框架，分析了不同自行车交通组织方式对单向交通 网络实施效果的影响，以及理想单向交通网络形成后，公交乘客平均步行距离增 加的定量计算模型，为以后进一步实施区域性单向交通系统提供了理论基础和决 策依据。 李荣波【4 5 】以双向双车道为例，分析并讨论了单向交通交叉口及路段的通行能 力，其结论是：单向交通具有提高交叉口、路段通行能力以及减少交通事故、提 高行车速度等优点，同时也存在不容忽视的缺点，如增加绕行距离、给乘客出行 带来不便等。文中以双向双车道道路实施单向交通前后通行能力计算模型为依据， 说明局部区域实现单向交通投资少、见效快，是解决交通拥挤的较为有效的方法 之一。 此外，马俊来m 】对单向交通条件下信号交叉口通行能力的计算进行了探讨。 在进行单向交通对道路交叉口交通影响分析的基础上，对不同信号相位、不同单 向交通设置形式进行分类讨论并给出计算公式。裴玉龙【4 7 】对城市单向交通组织方 案设计及其评价进行了研究，在总结了设计城市单向交通方案一般性方法与步骤 的基础上，重点介绍了模糊综合评价法的评价体系和评价方法。赖比尔【4 8 】对城市 道路单向交通规划设计进行了研究，重点用层次分析法进行城市道路交通质量各 类指标单向评价及综合评价，确定实行单向通行前后的交通质量和经济效益。 李岚在道路单向交通设置方法上，借鉴公交线路规划的基本思想，在网络中 形象的引进“饱和路段截面 来代替最大流最小割定理中的“最小割 概念【4 9 】。 然后通过交通分配在路网中寻找“饱和路段截面，对路网中的“饱和路段截 面所在路段，在遵循单向交通引入的基本原则的基础上，分析路段设置单行线 的不同组合。对每种组合形式的路网，通过交通分配来寻找该特定路网的“饱和 路段截面 ，估算该路网容量。如果所得路网容量大于原路网容量，则说明设置 合理。继续对“饱和路段截面 所在路段设置单行线，对新路网进行交通分配， 寻找“饱和路段截面，估算路网容量。如此反复，“逐步布设，优化成网 。 伊新苗对单向交通方案实施后的效益进行了研究分析，分别从社会、个体、 商业三个方面建立相应的效益分析模型，将指数函数和生长曲线函数应用到商业 经济效益的建模中