城市交通阻塞分析

第4卷第3期 上海大学学报(自然科学版) V o l.4,N o.3 1998年6月 JOU RNAL O F SHAN GHA I UN I V ER S IT Y(NA TU RAL SC IEN CE) June1998

城市交通阻塞分析Ξ

吕立生

(预测咨询研究所)

提 要 本文从上海市内交通运行的状态出发,通过对路网上典型的路段及其交叉路口观测的数

据进行分析,论证了造成大面积阻塞的原因:在于交叉路口运用色灯分配通行权,使得路口的通行

能力太低所致,并指明了阻塞呈块状区域性.

关键词 交通;阻塞;色灯;块状;区域

中图法分类号 U611

城市交通已成为世人共同关心的热点问题,其原因在于交通阻塞牵动着每一个人的心.

“红绿灯”在五、六十年代曾是交通现代化的标志,如今已成为行车人最“痛恨”又少不了它的拦路灯.

70年代前后出现交通阻塞,交通界的行家们往往采取拓宽路面,增设车道或立交来解决问题,由于流量不太大,还基本能对付过去.到80年代就寄希望于高架道,以为大城市一建成高架系统,市内的交通问题就解决了.现在“ ”型的高架系统基本建成,使用后期望出现的交通运行状态仍是见不到踪影,代之而现的还是大面积的交通阻塞,雍阻甚至漫延到高架道的车道上达到数百米.现在转而又企盼地铁与轻轨交通了……。

如今圈内人已渐渐意识到,城市交通不光是交通界的事,它其实是路、桥工程界、交通工程界、交通管理、运筹学、计算机、系统工程等学科交织熔为一体的大系统问题.若把路段看成边,交叉路口看成结点,以车行方向为流向的话,则城市交通就是名符其实的规范化的大型有向网络流问题.交通阻塞就是实际的流量超出了网络的边或结点的最大可通行的允许量的表象,解决问题的力就要使在扩大允许通行量这个要害问题上.

交通网络流的最大可允许的通行量有两个:一是路段的最大允许通行量,二是结点上的最大允许通行量.

先看路段上可允许通行量的使用状态.这只要通过观测路段的断面流量数就一目了然了.根据常用的路段通行能力(“混合交通以每小时900辆计”[1])和路段服务水平标准(见表1),看一看流量数较大的典型路段(见表2,表3).

Ξ收稿日期:1997207214

 吕立生,男,1940年生,副教授;上海大学预测咨询研究所,上海市延长路149号(200072)

表1 路段服务水平等级划分表

饱和度(交通量Q 通行能力N )

<0.40

0.40~0.60

0.60~0.95

>0.95

等 级

优良中差

表2 1995年5月高峰小时机动车断面流量

端点路

路段名→

端点路东向西车道数饱和度西向东车道数饱和度江西路北京路河南路67620.3855020.31福建路北京路河南路75120.4252420.29浙江路北京路西藏路89520.50114820.64黄河路北京路西藏路111320.62113120.63成都路北京路石门路89120.5088620.49江宁路北京路石门路132920.74103720.58江宁路长寿路昌化路36610.4147610.53江宁路长寿路西康路37110.4133910.38阜新路大连路四平路92720.52106320.59密云路

大连路

四平路

947

2

0.53

987

2

0.55

表3 1995年5月高峰小时机动车断面流量

端点路←

路段名→

端点路南向北车道数饱和度北向南车道数饱和度天潼路河南路北京路36810.4175320.42南京路河南路北京路22210.2570620.39天潼路西藏路北京路54710.6160010.67南京路西藏路北京路63620.3545420.25南京路石门路北京路78720.4468620.38新闸路石门路北京路91520.5165720.37新闸路江宁路北京路53710.6042010.47南京路江宁路北京路42410.4744810.50安远路江宁路长寿路65710.7358410.65澳门路江宁路长寿路54610.6161510.68新港路四平路大连路106920.5980820.45赤峰路

四平路

大连路

1037

2

0.58

872

2

0.48

从表2和表3来看,无一路段达到了饱和点,大多数路段的交通运行状态,还处在优良等级之列,根本不可能出现交通阻塞.

当然,有些路段交通阻塞的情况也时有发生,比如:出了交通事故,又要保留现场,整条车道上的车子就得停在原地不动,长龙就出现了;有些车子违章乱放,占用部分车道,造成车辆通行困难,后面的长蛇阵也就出现了;在无港湾式停靠站的地方,公交靠边停站占据非机动车道上、下乘客,造成非机动车弯向机动车道,后续机动车一多,长龙又出现了……。以上这些都是临时的带偶然性的阻塞现象,只要加强管理就会得到纠正.所以说,在由色灯控制的运行系统里,一般来说,路段是不会因为通行能力不够而产生阻塞的.

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813? 上海大学学报(自然科学版) 第4卷

这里特别值得一提的是,在广中路口东向西的高架上匝道,高峰期有时要关闭片刻,告知人们高架车道已饱和,匝道上的车辆插不进高架车道行驶而受阻,这是不少人做梦也没想到的.往常长距离出行,首选的就是尽快上高架.就是修路也瞄准高架攀上去,以能尽快接上高架为上策.在人们的心眼里,好像高架车道是永远吃不饱的神仙车道,就是阻在匝道上,还要埋怨高架车道上的车辆行驶速度太慢,他的观点就是:速度越快,通行量会越大,车道插不进的现象就会得到改变.事实真会如此吗?不妨简略推导一下.

结合我国的情况,汽车驾驶员“根据时速确定前后两车间距,一般以时速公里数为间距米

数,……,在晴雨天都比较适用”[2]

的原则,若以v (km h )计车速,一般车身长度以8m 计,则有如下关系式:

Q =1000av ÷(av +8),

其中Q 为每车道每小时的通行车辆数,单位系数a =1m ?h km ,化简后得:

Q =1000v ÷(v +8).(1)

由d Q d v =8000

(v +8)2>0,

说明车流的通过量确实是随车速的增大而增多的,但按(1)式,混合车辆数又以每小时通过

1000辆为其极限值,即

li m v →∞

Q =li m

v →∞

1000v

v +8

=1000(辆).速度是有一定限度的,不妨列表如下:

表4 不同时速下车道通过机动车辆数

v (km h )1520253035404550556065707580Q (辆 h ?道)

652

714

758

789

814

833

849

862

873

882

890

897

904

909

在管理部门,一般要求保持时距为3s ,根据

Q =1000av ÷(1000av ÷3600×3+8),

即Q =1000v ÷(1000v ÷3600×3+8).(2)

其以1200辆为达不到的极限值,即

li m v →∞

Q =li m

v →∞

1000v

5

6

v +8=1200(辆).

在不同车速下的通行量如表5.

表5 不同时速下车道通过机动车辆数

v (km h )1520253035404550556065707580Q (辆 h ?道)

7318118679099429689891007

1022

1034

1046

1055

1064

1071

由上两种不同的标准推算出的通行量其实差不多,因管理部门是按规范、理论上的要求为

依据处理的;而模范驾驶员是按最保险的,能应付任何突发事故的车头间距来处理的,当然间

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913?第3期 吕立生:城市交通阻塞分析

距就取得长一点,通行量也就相对少一些.根据我国的车速、车况,每车道混合车型流量每小时以900~1000辆为宜.也就是说,城市快速车道以每小时混合车型1000辆计,非快速车道按900辆计算为妥.

由上面的分析得知,在非“红、黄、绿”色灯控制的封闭运行系统里,任何车道只要车流量在不断增加,总有一天会出现饱和状态的.所以目前的高架车道时有饱和状态是不奇怪的.然后看结点,也就是交叉路口可允许通行量的使用状态.比如“十”字型交叉的平面路口,普遍是采用“红黄绿”色灯,根据交叉路流量的具体情况,由色灯分配通行权.在“交叉口,同样一条车道,不仅要通行东西向的车辆,还要通行南北方的车辆,通过时间上来说,东西向和南北向各摊一半,通车量也就下降了一半……。若考虑到其它的时间损失,诸如左转车辆干扰损失、

自行车干扰损失等,交叉口的通行能力实际上只有路段通行能力的30~45%”[4]

.从下面的几个高峰小时雍阻的交叉路口所通过的车辆数可得到验证.

表6 1995年5月高峰小时机动车流量数

交叉口东通过量车道数西通过量车道数南通过量车道数北通过量车道数通过总量路段总的通行能力百分比%

北京路

河南路67627242222275322735900×833北京路西藏路895311313636260023262900×1036北京路江宁路132939153424242022088900×1034北京路石门路891310073787265723342900×1037长寿路江宁路36623392657261521977900×828大连路四平路

927

2

987

2

1069

3

872

3

3855

900×10

城市交通阻塞分析

43

图1 机动车直行示意图 图2 机动车转弯行驶示意图

注:图中实线箭头表示机动车流,虚线箭头表示非机动车流.

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023? 上海大学学报(自然科学版) 第4卷

以上是二相的色灯控制路口的通行情况,由于车流量越来越大,转弯车辆数也越来越多,仍用二相的色灯控制路口,不仅通过量小,相互干扰也严重,加上非机动车的穿插,路口的交通秩序越来越乱,经过试行,就改为多相的单向控制,如图1、图2所示.

实践也得到验证:凡是由多相色灯单向控制的交叉路口,交通秩序井然、机动车也好,非机动车也好,相互干扰的弊端得到彻底消除,因冲突避开了.缺点就是车流的通过量越来越小.下面以新客站地区,天目路恒丰路口为例分析之.

该路口的进口道都是四车道——两条直行车道,一条左转车道,一条右转车道,旁边皆有慢车道,是很标准的交叉路口.根据交通运行的状态,如图1、图2所示,机动车都是2×2个车道在通行,其余的(2×2)×3个车道都被禁行,实际就造成了:凡是通向路口的车行道,每时每刻都只允许四分之一的车道发挥作用,其余都被禁止通行,似乎就造成了交叉路口的通行能力只有路段通行能力的四分之一,且是达不到的极限值,因在通行权的分配交替使用过程中,不可避免地将会有损失之故.

从色灯绿波时段长的分配来看,高峰期实地观察的数据见表7.

表7 高峰期绿灯时段分配表

进口道南 北

东 西

直行(s )6050左、右转(s )

50

30

注:表中的数据是大致的均值数据,偏差在3s 之内.

根据“一个交通色灯周期内未曾利用的时间间隔,计算如下:由于驾驶员的反应间隔如车辆从停止时的加速,在每一次绿灯开始时、损失的时间为3s ;在每一黄灯周期末尾损失的时间为1s ”[4]

.在190s 时段为周期的色灯控制下,损失的有效时间长度就达到:

(3+1)×4=16(s ). 根据表7,在190s 的周期内,交叉路口的允许使用的通行能力平均只有

60-4190+50-4190+50-4190+30-4

190

÷4=0.228947368≈23?. 由上面的分析看出:不论是二相色灯还是多相色灯,都使路段的通行能力的发挥,限制在23%~45%的范围之内.

当然,有些路口的右转车流是不受色灯控制的,但一般来说,右转车流量必竟较少,对整个交叉路口影响不大.

正因为交叉路口可允许的通行能力过低,客观上就形成了瓶颈,一旦路段上车流数量稍多,阻塞便会出现,怪不得行家常说,交通阻塞现象在路段,根子在交叉路口,现在可进一步说,根子在交叉路口的色灯.

诚然,色灯绿波时段的分配,是根据路段上车流量的比例来确定的,一般来说这就尽可能避免了绿波时段的浪费,增大了实际通过的车流量,但由于交叉路口受色灯的控制,使路段通行能力的发挥极大地受到了限制,哪怕是人工手控,往往也无法避免交通阻塞.

当然,也不是所有的交叉路口交通都是阻塞的,因此,就整个市内来说,交通阻塞的状态往

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123?第3期 吕立生:城市交通阻塞分析

往被这些交通不阻塞的路口所分隔成块状区域.也就是说,在同一块区域内,由于路段车流量较大,路口间距又短,阻塞往往相互传递、影响,形成带有区域性的块状,比如中山北路武宁路口和中山北路曹场路口,两个路口相距450m ,又都是干道路口,就是同属于一块的阻塞极易传递、相互影响的路口,相邻的中山北路金沙江路口与上述两路口就不同属于一块,阻塞状态相互传递,影响的可能性就极小.根据这块状、区域性的分布规律,也就提示出:要是能使每一块的交通都畅通无阻塞的话,整个市内的交通问题就解决了.因此,要解决城市的交通阻塞问题,就应该以这些块状区域为目标去寻求良方.

参 考 文 献

1 李智.上海市区铁路高架与城市道路发展的剖析.交通与运输,1985(2):162 蔡守光.请君掌握七要点.交通与运输,1986(3):28

3 法国工程咨询公司(BCEOM ),上海市市政工程建设公司(S M ECC ),上海市政工程设计院等.

上海市城市交通项目,中山路详细可行性与工程研究,最终报告,1989

4 杨佩昆,林航飞.改善交叉路口,提高通行能力.交通与运输,1988(2):5

Ana lysis on C ity Traff ic Jam

L u L isheng

(Fo recasting and Consultant R esearch Institute ,ShanghaiU niversity )

Abstract :B ased upon the traffic situati on in Shanghai ,th is p aper analyses the su r 2veying data of typ ical roads and their cro ssings ,deduces that the severe traffic jam s are m ain ly cau sed by distribu ting p assing righ t w ith traffic ligh ts and acco rdingly resu lting in low traffic cap acity ,and indicates that traffic jam s bear the characteris 2tic of being in b lock and district fo r m .

Key words :traffic ;jam ;traffic ligh ts ;b lock ;area

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