蔡明
摘 要:基于交通波基本理論,從山地城市快速路的特性著手,考慮了常見的快速路入口匝道瓶頸問題,分析了其中的波動機理,并以重慶市渝魯大道為例,研究了江州立交主線擁堵的原因,最后對城市快速路擁堵研究作出了展望。
關(guān)鍵詞:交通波理論;山地城市;快速路;擁堵;交通流
中圖分類號:TB
文獻標識碼:A
doi:10.19311/j.cnki.1672 3198.2016.22.085
0 引言
隨著我國城鎮(zhèn)化水平及機動車保有量的快速上升,交通擁堵已成為各大城市的通病,正在制約著各大城市未來的發(fā)展。當交通擁堵產(chǎn)生時,將會帶來時間、能耗、污染等成本的大大增加,損失巨大。據(jù)《2011北京市交通發(fā)展年度報告》統(tǒng)計,北京市2011年因交通擁堵問題直接損失1056億元,并呈上升趨勢。為解決或緩解交通擁堵這一世界性問題,不少學(xué)者對此研究。
1 山地城市快速路交通特性
快速路是指在城市內(nèi)修建的具有中央隔離、供汽車行駛、全部控制出入口的城市道路,其單向不低于2車道,配備相應(yīng)交通安全與管理措施??焖俾肥浅鞘薪煌ǖ穆肪W(wǎng)骨架,聯(lián)系著各大功能分區(qū)或組團,承擔(dān)著大量中長距離交通流,是大運量快速交通干道,具有暢通、快速、舒適的特點。然而,近些年來,快速路這些特點正在消失,擁堵已成“家常便飯”,特別是在早晚高峰。
山地城市結(jié)合地形的分散組團式結(jié)構(gòu)和自由式道路系統(tǒng)呈現(xiàn)出“多中心、多組團”的特點,各組團間的聯(lián)系通道少,可替代路徑不多,路網(wǎng)連通性較差,快速路作為聯(lián)系各大組團的橋梁其重要性不言而喻。與平原城市快速路相比,山地城市快速路跨組團的服務(wù)面臨的壓力更大,同時由于不受非機動車干擾,車行需求大,而道路斷面又不一致,其呈現(xiàn)的交通特征與平原城市相差較大,同等交通輸入下?lián)矶赂?。因此,研究山地城市快速路的擁堵機理具有重要的現(xiàn)實意義。
2 基于交通波理論擁堵分析
2.1 交通波基礎(chǔ)理論
假設(shè)道路上相鄰有兩個交通流,規(guī)定向x軸正方向運行,密度分別為kA和kB(kA≠kB)。一垂直面S分割這兩種密度,稱為波陣面,產(chǎn)生與交通流方向一致的速度ωAB,如圖1所示。
2.2 城市道路擁堵規(guī)律
交通擁堵(Traffic Congestion)指交通需求超過道路交通設(shè)施供給(通行能力)引起車輛滯留道路的現(xiàn)象,一般可分為常發(fā)性擁堵和偶發(fā)性擁堵。限于篇幅,本文僅對常發(fā)性擁堵分析。
常發(fā)性擁堵在時間上表現(xiàn)出周期性和相似性。調(diào)查一周某道路的排隊情況可以發(fā)現(xiàn):排隊長度曲線波形在每天的表現(xiàn)略有不同,但基本形狀工作日大體一致,非工作日也差不多,每天的排隊長度在晚高峰呈現(xiàn)出周期性變化。對每天的排隊長度變化曲線仔細觀察,還會發(fā)現(xiàn):同一周星期一至星期五的曲線波形類似,而星期六和星期日的曲線波形一致。
常發(fā)性擁堵在空間上亦有規(guī)律,一般而言,常發(fā)性擁擠的空間擴散過程有以下幾個過程:第1階段,車輛在交叉口前發(fā)生擁擠,產(chǎn)生排隊現(xiàn)象;第2階段,排隊向后延伸,并且影響到上游的若干交叉口;第3階段:上游交叉口同樣產(chǎn)生排隊。隨著交通需求的不斷增大,交通流在局部路網(wǎng)中將形成過飽和循環(huán),產(chǎn)生“交通堵塞”。通常理論上對常發(fā)性擁擠的空間擴散及分布特點可以模糊歸納為三類:點擁擠、線擁擠、面擁擠。
2.3 山地城市快速路交通瓶頸分析
為便于梳理清楚,本文只針對山地城市快速路常見瓶頸情況—入口匝道的瓶頸匯入問題(主線流量較大)進行分析。
這種情況下主路流量較大,入口匝道對主路影響不能忽略。
假設(shè)后續(xù)車輛沒有換道現(xiàn)象,即認為后續(xù)車輛仍沿外側(cè)車道行駛,分成三個階段進行分析。
第1階段:車流B的匯入過程,對于車流B,頭部車流A和尾部車流C相鄰部分將形成兩個波,入口匝道車輛在E區(qū)(空白區(qū))成股匯入,如圖3所示。顯然,qB>qA,kB>kA,即ωAB>0,向前傳播。
3 實例分析
本部分以重慶市快速路縱線渝魯大道為例,基于交通波理論對山地城市快速路擁堵機理分析。
渝魯大道是重慶市快速路縱線之一,北起五童立交,南至石黃隧道,快速路長度約為6.8公里,是聯(lián)系江北區(qū)和南岸區(qū)的重要通道,交通量大,整條道路貫穿海爾路立交、五里店立交、江州立交和黃花園立交。
筆者通過調(diào)查2016年4月13日上午7∶00-11∶00渝魯大道北往南方向交通量(視頻圖像如圖4)整理得到渝魯大道主線以及海爾路立交、五里店立交、江州立交和黃花園立交各匝道5min流量。在現(xiàn)場的調(diào)查中,筆者發(fā)現(xiàn),五里店立交上游主線以北整個上午交通運行良好,無擁堵現(xiàn)象,從7∶15左右開始,五里店下游以南開始排隊直至擁堵產(chǎn)生,9∶30左右開始發(fā)生消散。主線車流量數(shù)據(jù)特征如表1,選取江州立交分析,流量時變圖如圖5。
從表1可以看出,渝魯大道整條快速路主線流量大,呈明顯的波動性,波動幅度均超過25%,黃花園立交下游主線波幅最大,達到54.84%,海爾路立交下游主線和五里店立交上游主線波幅最小,為29.38%。
從圖5可以看出,江州立交上下游主線最高流量跟道路通行能力(單向三車道)有較大的差距,但持續(xù)波動的流量圖表明主線車流處于紊亂(擁堵)狀態(tài)。筆者推測有以下兩個原因:
(1)黃花園下游進入石黃隧道路段從單向四車道(經(jīng)過渠化)變成兩車道,道路通行能力下降,產(chǎn)生向后傳播的交通波,對江州立交主線車輛的通行造成很大影響;
(2)五里店立交下游入口匝道和主線有信號燈控制,當主線由紅燈轉(zhuǎn)為綠燈時,大量排隊的主線車輛啟動時產(chǎn)生往前傳波的交通波,也會對江州立交主線車輛的通行造成較大影響。
4 結(jié)論
本文基于交通波理論對山地城市快速路入口匝道的匯入過程(主線流量較大)波動特性進行了分析,同時以重慶市快速路渝魯大道早高峰擁堵現(xiàn)象為原型考慮了交通波傳播的機理,這是對交通波理論應(yīng)用的一個拓展。本文的不足之處是只考慮了山地城市快速路常發(fā)性擁堵的入口匝道瓶頸匯入問題,未對其他瓶頸問題分析,今后將對其余問題進行深入探討。
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