王 璐 蔡 銘

（中山大學(xué)工學(xué)院廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室 廣州 510275）

0 引 言

隨著城市經(jīng)濟的發(fā)展和城市規(guī)模的日益擴大，交通量迅速增長，城市交通出現(xiàn)了日趨緊張的局面.而突出癥結(jié)表現(xiàn)在城市干道交叉口處，由于車流匯合交織，常出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，從而引起了嚴(yán)重的延誤、噪聲、大氣污染、能源浪費等問題.近年來，多數(shù)研究只針對上述單一的問題來對交叉口的控制方式進行評價，美國2000年版的HCM 利用平均延誤來評價交叉口［1］；日本根據(jù)飽和度指標(biāo)將信號交叉口的服務(wù)水平劃分為3個等級；前蘇聯(lián)則利用速度系數(shù)作為評價指標(biāo)［2］.然而這些評價方法不僅數(shù)據(jù)調(diào)查困難，而且評價指標(biāo)單一，只考慮了看得見的損失，未考慮隱性的成本，交通噪聲這一社會公害往往被人們所忽視.采用微觀交通仿真的手段能較好的解決數(shù)據(jù)調(diào)查困難的問題，李喆等人采用仿真工具進行交叉口延誤的計算［3］，吳碩賢、王永泉、李鋒等［4－6］也利用計算機實現(xiàn)了對交通噪聲的模擬，但將不同評價指標(biāo)綜合考慮的研究較為少見.本文也將從微觀交通仿真的角度出發(fā)，利用Paramics仿真軟件模擬復(fù)雜實變的交通噪聲，在交通延誤的基礎(chǔ)上利用經(jīng)濟損失估算的方法比較交叉口不同管理方式的優(yōu)劣，對交叉口進行綜合評價.

1 交叉口評價方法

1.1 交叉口交通噪聲及延誤的計算機模擬方法

微觀交通仿真系統(tǒng)能動態(tài)的模擬“人－車－路－環(huán)境”的相互關(guān)系，反映出交通管理手段、交通流控制策略等對交通流的影響［7］.并行微觀仿真器Paramics是由英國Quadstone公司開發(fā)的用于微觀交通仿真的軟件包，它具有實時動態(tài)的三維可視化用戶界面，對單一車輛進行微觀處理的能力，多用戶并行計算支持，以及功能強大的應(yīng)用程序接口.Paramics能夠適應(yīng)各種規(guī)模的路網(wǎng)，從單節(jié)點到全國規(guī)模的路網(wǎng)，能支持100萬個節(jié)點，400萬個路段、32000個區(qū)域［8］.

Paramics為用戶提供了豐富的API函數(shù)，本研究中通過C 語言編寫插件調(diào)用這些函數(shù)，提取Paramics仿真時的各種實時更新的內(nèi)部信息，并利用仿真得到的每秒輸出的車速、加速度、坐標(biāo)等信息對交通噪聲和交叉口延誤進行實時的模擬.因為Paramics的坐標(biāo)有內(nèi)、外部坐標(biāo)之分［9］，當(dāng)我們在利用插件計算噪聲時就需要先將內(nèi)部坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為外部坐標(biāo).該插件程序中關(guān)于交通噪聲的計算流程見圖1.

圖1 交通噪聲計算機模擬流程圖

通過在各進口道和出口道設(shè)置車輛檢測器，當(dāng)車輛通過檢測器時就記錄下它的車輛ID 號和時間，仿真結(jié)束后將檢測器記錄下的具有相同ID號的時間相減便得到車輛通過交叉口的時間.流程見圖2，利用該方法仿真模擬得到車輛在理想情況下的通行時間，利用實際通行時間減去理想通行時間，便得到了車輛通過交叉口的延誤.

圖2 交叉口延誤計算機模擬流程圖

1.2 基于噪聲和延誤的交叉口綜合評價方法

將不同管理方式的交叉口的交通噪聲轉(zhuǎn)換為經(jīng)濟損失將更為直觀的反映各種交叉口的優(yōu)劣，同時也提供了一種與交叉口延誤有效結(jié)合的方式，使得對交叉口的評價更為全面.

由于交通噪聲污染的復(fù)雜性，估算其對經(jīng)濟造成的損失是比較困難的.目前國內(nèi)外對噪聲污染經(jīng)濟損失的研究較為重視，提出了多種估算經(jīng)濟損失的方法，其中主要有3 種：損害費用法（DC法）；意愿調(diào)查評估法（CV 法）；防護費用法（PC法）［10］.

2009年，香港曾采用意愿調(diào)查法（CV 法）就居民對減少噪聲的支付意愿進行了調(diào)查研究，調(diào)查結(jié)果見表1［11］.

表1 香港每戶家庭為降低1dB（A）噪聲的支付意愿

通過線性回歸，擬合出噪聲等級和支付意愿之間的關(guān)系為：y＝0.11x－3.05.式中：y 為每戶每月愿意為降低1dB支付的錢；x 為噪聲級.

根據(jù)《區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)》的環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn)值，采用2 類別的噪聲標(biāo)準(zhǔn)值的晝夜平均值55 dB作為評判此交叉口噪聲是否超標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)，在計算時僅對超標(biāo)部分的噪聲值進行經(jīng)濟損失估算.

美國德克薩斯運輸學(xué)院在2004年度報告中提出了交通擁擠外部成本計算模型［12－13］.本研究在對延誤進行經(jīng)濟損失估算時將根據(jù)實際情況對此模型進行簡化，利用平均行車延誤乘以一小時通過交叉口的車輛數(shù)，再乘以人均GDP和每輛車載客率作為時間延誤成本.其中年人均GDP采用國家統(tǒng)計局公布的2009 年廣州市人均GDP 40748元，每輛車載客率按2人計算.

2 數(shù)據(jù)的驗證及分析

2.1 實例選取

為了驗證本文評價方法的合理性、可行性，本研究將利用廣州市海珠區(qū)寶崗大道和江南西路的交叉口的實測交通量數(shù)據(jù)設(shè)計實驗.通過對此交叉口的交通量進行0.05倍、0.1倍、0.5倍、1倍、1.5倍、2倍和3倍的適當(dāng)放大、縮小作為仿真交通量，繪制平面交叉口延誤－流量曲線，判斷一定流量下用Paramics仿真數(shù)據(jù)計算交通噪聲的準(zhǔn)確性，同時繪制平面交叉口噪聲－流量關(guān)系曲線；利用經(jīng)濟損失估算的方法比較在各種交通場景下3種交叉口管理方式的控制效益.

利用Paramics仿真軟件建立該交叉口的仿真模型，交叉口中心坐標(biāo)為（500，0），設(shè)置接收點坐標(biāo)為（480，10），并設(shè)接收點有0.5 m 的高度，車輛檢測器距離交叉口200m.模擬時，Paramics軟件自動計算出每時刻路網(wǎng)上各車輛的坐標(biāo)、速度、加速度以及車輛通過車輛檢測器的時間.計算噪聲時，車輛在相應(yīng)接受點處的聲級采用以下實驗?zāi)Ｐ停盒⌒蛙嘗os＝19.24＋31.77lg V；中型車Lom＝4.8＋43.7lg V；大型車Lol＝18.00＋38.10lg V［13］.

2.2 基于Paramics的交通噪聲模擬方法驗證

在Paramics里設(shè)置仿真交叉口的參數(shù)和實際情況一致，并以每10 min為單位，將調(diào)查得到的交通量換算成小時交通量在Paramics里進行模擬，繪制實測噪聲與等效噪聲的關(guān)系曲線見圖3.

圖3 實測噪聲與等效噪聲的關(guān)系圖

從以上關(guān)系圖可以看出，通過Paramics仿真計算得到的交叉口等效噪聲與實則的噪聲值具有相同的變化趨勢，且兩者之間的差值小于3dB，吻合較好，因此驗證了基于微觀交通仿真的交叉口交通噪聲的計算具一定的可靠性.

2.3 交叉口流量與噪聲和延誤的關(guān)系分析

將選取的交叉口的實際交通量進行0.05倍、0.1倍、0.5倍、1倍、1.5倍、2倍和3倍的適當(dāng)放大、縮小作為Paramics仿真的交通量，分別設(shè)置該交叉口為無控制交叉口、信號控制交叉口和環(huán)形交叉口，其中信號控制交叉口設(shè)置為兩相位，采用韋伯斯特方法進行信號配時，通過Paramics仿真計算得到各種交叉口控制方式的延誤和噪聲值，見表2.

繪制流量與延誤關(guān)系曲線見圖4.

表2 不同流量下交叉口延誤和噪聲數(shù)據(jù)表

圖4 流量與延誤關(guān)系圖

從圖4中可以看出交叉口延誤隨著交通量的增大而增大.當(dāng)各進口道平均流量小于700 輛／h時，交叉口延誤隨交通量的變化不明顯，這主要是因為此時交通量較小，交叉口處于暢通狀態(tài).當(dāng)交通量超過700 輛／h 時，交叉口延誤變化幅度明顯.而當(dāng)交通量繼續(xù)增大到1500 輛／h時交叉口流量已經(jīng)達到了飽和流量，車輛排隊長度超過了所設(shè)線圈的位置，延誤隨流量的變化逐漸減緩，交叉口呈極度擁堵狀態(tài)，車輛運行較為困難.

從圖中不難發(fā)現(xiàn)無信號交叉口延誤隨流量的增大呈線性增長的趨勢，當(dāng)交通量達到飽和流量后，并沒有出現(xiàn)排隊長度超過線圈位置、車輛運行困難等情況車輛仍然能較順利的通過交叉口，同時不論交通量如何變化，無信號交叉口的延誤始終小于信號交叉口和環(huán)形交叉口，這和實際情況是不相符的.因此Paramics模擬的無信號交叉口與實際交叉口存在差距.

流量與噪聲關(guān)系曲線見圖5.

圖5 流量與噪聲關(guān)系圖

由圖5可見，環(huán)形交叉口與信號控制交叉口的等效噪聲隨交通量的增大而增大，當(dāng)交通量達到飽和流量后噪聲值趨于平穩(wěn)，而無信號交叉口的噪聲隨交通量的變化出現(xiàn)不規(guī)則的波動，考慮到以上提到的用Paramics模擬的無信號交叉口與實際情況存在差距，在利用Paramics仿真數(shù)據(jù)對交叉口進行經(jīng)濟損失估算時將不考慮無信號交叉口.

2.4 交叉口延誤與噪聲的綜合評價研究

利用經(jīng)濟損失估算方法，計算得該交叉口的各種管理方式的經(jīng)濟損失見表3.

表3 經(jīng)濟損失估算表

分別繪制流量與延誤、流量與噪聲經(jīng)濟損失關(guān)系圖，見圖6和圖7.

圖6 流量與延誤經(jīng)濟損失關(guān)系圖

圖7 流量與噪聲經(jīng)濟損失關(guān)系圖

從圖中可以看出，當(dāng)流量較小時，延誤的經(jīng)濟損失并沒有隨流量的增大而出現(xiàn)明顯變化的趨勢，相反噪聲對交叉口經(jīng)濟損失的影響相對較大.當(dāng)流量超過700 輛／h時，因延誤帶來的經(jīng)濟損失隨流量的增大而劇增，而噪聲的經(jīng)濟損失逐漸趨于平衡，當(dāng)交通量超過飽和流量時甚至出現(xiàn)下降的趨勢，這種下降的趨勢主要是由于交叉口嚴(yán)重擁堵，車輛緩慢跟行所造成的.因此當(dāng)流量較大時噪聲對交叉口經(jīng)濟的影響相對較大.

綜合考慮噪聲與延誤對交叉口的影響，繪制流量與總經(jīng)濟損失關(guān)系圖，見圖8.

圖8 流量與總經(jīng)濟損失關(guān)系圖

通過比較圖5和圖7，本研究發(fā)現(xiàn)總經(jīng)濟損失與延誤的經(jīng)濟損失隨流量的增大基本成相同的變化趨勢，而噪聲的經(jīng)濟損失占總經(jīng)濟損失的比重較小，在對交叉口管理方式進行評價時噪聲的影響不明顯.但是由于在低流量時，隨著流量的增大，噪聲的經(jīng)濟損失呈劇增的趨勢，而延誤基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，因此交叉口流量較小時更適合選擇產(chǎn)生噪聲較小的環(huán)形交叉口，不僅降低了噪聲，同時也美化了環(huán)境.當(dāng)交叉口流量較大時，雖然環(huán)形交叉口的噪聲經(jīng)濟損失較小，但因延誤帶來的經(jīng)濟損失已遠遠的超過了噪聲，加之隨著流量的增大噪聲的變化趨于平穩(wěn)，因此應(yīng)選擇信號控制交叉口更為合理.

3 結(jié) 論

1）當(dāng)交叉口流量小于700 輛／h 時，交叉口管理方式選擇環(huán)形交叉口能有效的減小噪聲；當(dāng)交通量逐漸增大后，交叉口因延誤產(chǎn)生的經(jīng)濟損失遠遠大于噪聲的經(jīng)濟損失，此時宜選擇能有效降低延誤的信號控制交叉口.

2）總的來說，在對交叉口管理方式進行評價時交通噪聲的影響不明顯，更多情況宜根據(jù)延誤的損失來評價交叉口.

3）由于數(shù)據(jù)調(diào)查比較困難，本研究中對噪聲的經(jīng)濟損失的估算直接采用的是香港的調(diào)查數(shù)據(jù)，這與廣州的經(jīng)濟情況存在一定的偏差，在日后的研究中將會進行進一步的修正.

［1］任福田.道路通行能力手冊［M］.北京：人民交通出版社，2007.

［2］顏桃為，馬健霄，魏永平.信號交叉口運行狀況評價研究［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報，2010，18（1）：22－25.

［3］李 喆，張海林.基于PARAMICS仿真軟件的交叉口延誤研究［C］.2008第四屆中國智能交通年會論文集，北京：人民交通出版社，2008：670－677.

［4］吳碩賢.部分車輛成組的多車道混合車輛噪聲的計算機模擬［J］.聲學(xué)學(xué)報，1985，10（1）：30－40.

［5］王永泉，陳花玲.城市道路交通噪聲預(yù)估的計算機模擬方法研究［J］.噪聲與振動制，2003，15（4）：15－19.

［6］李 鋒，蔡 銘，劉濟科.基于微觀交通仿真的交叉口交通噪聲模擬方法［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33（5）：179－182.

［7］商 蕾.城市道路交通流仿真系統(tǒng)研究［J］.武漢理工大學(xué)學(xué)報：交通科學(xué)與工程版，2010，34（3）：587－590.

［8］朱銘林.用Paramics交通仿真軟件實現(xiàn)控制策略［J］.現(xiàn)代計算機，2007（9）：113－115.

［9］林 科.基于Paramics的車輛定位數(shù)據(jù)提取與應(yīng)用［C］／／2008第四屆中國智能交通年會論文集，北京：人民交通出版社，2008.

［10］陳 婷.交通噪聲經(jīng)濟損失估算方法研究［J］.公路交通科技，2005，22（9）：179－182.

［11］LI H N，CHAU C K，TSE M S，et al.Valuing road noise for resident in Hong Kong［J］.Transportation Research Part D，2009（14）：264－271.

［12］劉麗君.北京道路交通擁擠的外部成本分析［D］.北京：北京工商大學(xué)，2007.

［13］張玉芬.道路交通環(huán)境工程［M］.北京：人民交通出版社，2001.