道路通行效率模型的計算機仿真問(wèn)題研究論文

　　摘要:2016年發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步加強城市規劃建設管理工作的若干意見(jiàn)》中提到了未來(lái)幾年要推廣街區制的想法，這一想法引起了全國人民的廣泛關(guān)注和熱烈討論。本文運用道路通行能力和通行效率等概念，建立了道路通行效率的量化模型，然后對通行效率模型進(jìn)行模型建立的方法分析、前提條件設定、效率模型分析和量化分析，得到開(kāi)放小區道路的最大通行效率，以此來(lái)研究小區開(kāi)放對周邊道路通行的影響。接著(zhù)，對小區結構進(jìn)行定義和分類(lèi)，然后通過(guò)Pathfinder和MATLAB進(jìn)行仿真模擬和數據分析，設定4種路網(wǎng)結構，通過(guò)對路網(wǎng)結構、車(chē)流量、總通過(guò)時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行分析，得出開(kāi)放小區可以增加道路流量、減少車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間的結論，并且通過(guò)對比研究得到的圖像與數據，發(fā)現了車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間不會(huì )一直隨著(zhù)小區開(kāi)放程度的增大而不斷增大的規律。

　　關(guān)鍵詞:道路通行效率；小區開(kāi)放化；Pathfinder仿真模擬

　　1問(wèn)題研究背景

　　所謂開(kāi)放式小區，就是拆掉重重疊疊的高墻，將居民樓從“籠子”中解放出來(lái)，與之前封閉式小區相比，它的本質(zhì)沒(méi)有改變，只是管理服務(wù)的方式有所變化。如果把國家形容成一個(gè)完整的人，那么每一個(gè)城市便都是構成人類(lèi)的一部分，這樣城市的主干道便成了有重大意義的主血管，城市中的小通路就成了毛細血管。眾所周知，毛細血管雖小而多，但卻不可缺少，所以有的人認為，將路堵起來(lái)的封閉式小區破壞了城市的路網(wǎng)結構，堵塞了城市“毛細血管”，很容易就會(huì )造成交通阻塞，如果將小區開(kāi)放，那么城市的路網(wǎng)密度就會(huì )提高，這樣就可以使城市交通更暢通。然而另一種觀(guān)點(diǎn)認為，小區開(kāi)放后雖然增多了可通行道，但是小區周邊主路上進(jìn)出小區的交叉路口的車(chē)輛也會(huì )增多，這種現象也可能會(huì )影響主路的通行速度。為了幫助城市規劃和交通管理部門(mén)更好的建設城市，本文將建立數學(xué)模型，用科學(xué)的方法研究小區開(kāi)放對周邊道路通行的影響，為基層建設貢獻力量。

　　2道路通行效率的量化模型

　　鑒于小區的開(kāi)放化城市交通的影響不能由某個(gè)單項評價(jià)來(lái)反映，所以本文在此引用《居住小區開(kāi)發(fā)交通影響分析研究》中提出的“交通影響度”的概念來(lái)衡量小區開(kāi)放化對其周?chē)�道路交通設施可能產(chǎn)生的影響的程度，進(jìn)而運用由其生成的“居住小區交通影響度評價(jià)指標體系”來(lái)全面反映小區開(kāi)放后對局部路網(wǎng)運行狀況的影響。為了研究小區開(kāi)放對周邊路段通行的影響，本文在道路通行能力和通行效率的概念的基礎之上運用了道路通行效率的量化模型來(lái)研究小區開(kāi)放對周邊道路通行的影響。在對開(kāi)放小區路段通行效率進(jìn)行分析時(shí)，建立車(chē)頭間距與車(chē)速之間的模型，用以反映車(chē)流量，通過(guò)測算車(chē)頭間距來(lái)推算出汽車(chē)車(chē)輛在單車(chē)道的通行能力，接著(zhù)，分析對通行能力產(chǎn)生影響的各種因素，從而得出機動(dòng)車(chē)道路的實(shí)際通行能力。最后，通過(guò)對結果的.分析來(lái)說(shuō)明小區開(kāi)放對周邊道路通行的影響。

　　2.1模型建立的前提條件

　　近年來(lái)，隨著(zhù)我國經(jīng)濟的快速增長(cháng)和城市化進(jìn)程的加快，城市人口和車(chē)輛不斷增加，我國城市交通面臨著(zhù)越來(lái)越嚴峻的考驗。城市交通系統是現代國民經(jīng)濟中的一個(gè)重要組成部分，在這個(gè)形勢下，“小區開(kāi)放化”成為了城市發(fā)展的必然選擇。本文對通行效率理論模型的建立基于以下假設條件：1）假設機動(dòng)車(chē)是處于一輛緊接一輛的連續跟車(chē)行駛狀態(tài)中；2）假設行車(chē)速度不受天氣因素干擾；3）假設需要被開(kāi)放的小區都可以被順利開(kāi)放；4）假設車(chē)輛均為勻速行駛；5）假設道路為單向車(chē)道；6）假設道路有良好的平面線(xiàn)形以及路面狀況。根據資料研究，機動(dòng)車(chē)車(chē)頭間距與其行駛速度的關(guān)系計算公式為，由于sth=vh，故而：()9814thvv=所以可得開(kāi)放小區道單車(chē)道機動(dòng)車(chē)的理論通行能力為：036003600(14)maxmax98tvvCh==通過(guò)以上公示的計算，本文得到隨車(chē)速變化的車(chē)頭間距與車(chē)道理論通行能力假設機動(dòng)車(chē)車(chē)道的平均寬度為1m，則單向n車(chē)車(chē)道該上每米寬度的理論通行效率計算公式為：00nCNPnl=

　　2.2道路通行效率量化分析

　　由機動(dòng)車(chē)車(chē)頭時(shí)距th可推算出機動(dòng)車(chē)單車(chē)道通行能力0C，再通過(guò)分析影響通行能力的各種因素，進(jìn)而得出車(chē)道的實(shí)際通行能力的計算方法。假設機動(dòng)車(chē)車(chē)道的平均寬度為1米，則單向n車(chē)車(chē)道該上每米寬度的實(shí)際通行效率計算公式為：00pnnCCNPPnllαβγ==為方便得到路段的可能最大通行效率，假設該道路行駛車(chē)流均由小型汽車(chē)構成，此時(shí)用小客車(chē)的最大載客量來(lái)表示nP，這樣，開(kāi)放小區道路路段每米寬度上的車(chē)輛通行效率maxpN可以通過(guò)以下公式求得：max0pnCNPlαβγ=即為最大通行效率。

　　3小區開(kāi)放問(wèn)題研究

　　為了研究小區開(kāi)放產(chǎn)生的效果，本文首先研究小區結構的定義和分類(lèi)，然后通過(guò)Pathfinder和MATLAB進(jìn)行仿真模擬和數據分析，設定4種路網(wǎng)結構，其中封閉小區結構1種，開(kāi)放式小區結構3種，通過(guò)對路網(wǎng)結構、車(chē)流量、總通過(guò)時(shí)間之間的關(guān)系進(jìn)行分析，最終得到結論。

　　3.1小區結構

　　通過(guò)查閱大量文獻，發(fā)現對于小區結構尚未有明確的定義和分類(lèi)，對此，本文借鑒百度百科相關(guān)詞條，將小區結構分為3類(lèi)：封閉式小區：有明確的邊界，即圍墻和大門(mén)的小區，小區內主路和輔路均不對外開(kāi)放，車(chē)輛只能從周邊道路通過(guò)；半封閉式小區：有部分邊界的小區，小區內主路對外開(kāi)放，但輔路不對外開(kāi)放，車(chē)輛可以從周邊道路和小區內主路通過(guò)；開(kāi)放式小區沒(méi)有邊界或邊界不清晰的小區，小區內主路和輔路均對外開(kāi)放，車(chē)輛可以從周邊道路和小區內道路通過(guò)。

　　3.2Pathfinder仿真模擬及結果分析

　　根據之前建立的模型，本文利用Pathfinder軟件進(jìn)行仿真模擬，對所得數據進(jìn)行分析。設定封閉式小區周邊為橫豎各1km的矩形公路，當小區開(kāi)放時(shí)，本文設定三種小區的樣式分別為：半封閉式小區、單通路開(kāi)放式小區和多通路開(kāi)放式小區。設定車(chē)輛起點(diǎn)為小區左下角路段，終點(diǎn)為右上角路段，且車(chē)輛均為普通小轎車(chē)，總數分別為100輛、200輛和300輛，車(chē)速20km/h～30km/h，并進(jìn)行仿真模擬。將得到的仿真模擬數據導入MATLAB軟件進(jìn)行分析，通過(guò)分析可知，在一定范圍內，車(chē)輛總數與總通過(guò)時(shí)間成正比。在車(chē)輛總數一定的情況下，單通路開(kāi)放式小區和多通路開(kāi)放式小區平均總通過(guò)時(shí)間最短且相近，但多通路開(kāi)放式小區開(kāi)放程度比單通路開(kāi)放式小區更大，因此可以得到以下結論：開(kāi)放小區可以增加道路流量，減少車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間，但是車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間不會(huì )一直隨著(zhù)小區開(kāi)放程度的增大而減少，實(shí)驗數據證明，車(chē)輛總通過(guò)時(shí)間在減少到特定值之后會(huì )趨于平穩。綜上所述，對開(kāi)放后可以加強城市路網(wǎng)的封閉式小區施行一定程度的開(kāi)放，可以達到疏通城市交通的目的，并且對于各類(lèi)開(kāi)放程度不同的小區，其開(kāi)放程度在特定值之下時(shí)，與之前未開(kāi)放時(shí)對比，可以有效地舒緩交通；而對于開(kāi)放程度在特定值之上的小區，其舒緩交通的作用雖然比未開(kāi)放時(shí)要好，但卻不會(huì )再隨著(zhù)小區開(kāi)放程度的增大而有過(guò)大的變化。

　　4結論

　　漢代的趙曄曾提出“因地制宜”的想法，在進(jìn)行小區開(kāi)放的問(wèn)題上，本文認為也應該采用這種思想。開(kāi)放小區并不是要開(kāi)放全部的封閉小區，而是根據各街道的道路組成的不同，有選擇性地進(jìn)行開(kāi)放。如果某小區的開(kāi)放導致城市斷頭路增多，反而加大了交通運輸的難度，則該小區便不符合小區開(kāi)放的原則，將其從計劃中篩除。當然，不論是封閉式小區還是開(kāi)放式小區，都是市民居住的地方，所以都要保證住戶(hù)最基本的安全。開(kāi)放式小區原則上只開(kāi)放小區主干道作為交通樞紐，小區之中錯綜復雜的小路不作為開(kāi)放成通車(chē)道路的首選，盡量避免居民一出樓道門(mén)既是馬路的狀況，防止居民在毫無(wú)準備的情況下進(jìn)入川流不息的車(chē)群，從而發(fā)生交通事故。開(kāi)放式小區的通路原則上只用于加速城市交通流動(dòng)，不承擔城市交通主要樞紐的任務(wù)。小區通路并不像大馬路，有寬闊的四至六車(chē)道供車(chē)輛通行，它在一定程度上很可能只是一條單向通行的道路，只為了完善城市的交通聯(lián)通，不適合承擔大量車(chē)輛停車(chē)與掉頭的任務(wù)。

　　參考文獻

　　[1]商仲華.居住小區開(kāi)發(fā)交通影響分析研究[J].西安：長(cháng)安大學(xué)，2006.

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　　[3]陸化普.解析城市交通[M].北京：中國水利出版社，2001.

　　[4]李向朋.城市交通擁堵對策——封閉型小區交通開(kāi)放研究[D].長(cháng)沙：長(cháng)沙理工大學(xué)，2014.

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