关键词：城市交通;路网容量;时空花费法;运行效率;车头间距;
作者简介：龚华凤（1972—），男，重庆人，博士，教授级高等工程师，研究方向为交通方案。;
路网容量是指路网在一定的运行效率下单位韶光内的最大交通负荷。随着经济的发展和城市人口密度的增大，城市内部交通拥堵征象也日益严重。因此，结合城市区域交通现状，建立城市道路网容量打算方法以及对应的模型具有主要意义。
针对路网容量的研究，国外起步较早。Beckmann[1]在其论文中提到用连续的运输系统表示法来表示路网。基于图论，Ford、Fulkerson[2]又提出了能够求解网络最大流的标号法，但该阶段对付路网容量的研究还不足深入，对付路网密度较大的城市道路网络不太适用。20世纪60年代初，法国工程师路易斯马尚首次提出了“城市空间和韶光花费”的观点，他将城市路网比作容器，基于路网的总时空量与每个出行者所花费的时空量来确定路网容量。
我国浩瀚学者对路网容量进行了大量研究，如周溪召[3]结合了时空花费理论对交通空间容量高峰小时进行了打算，得到了不同改动系数的理论打算公式，但该阶段的路网容量模型仍须要进行改进。李硕[4]等人基于狭义路网容量的定义又提出了打算模型，吴海燕[5]基于图论对路网容量提出了改进算法，但须要确定收点集和发点集，有一定的局限性。许伦辉[6]对打算过程进行简化，提出了路段通畅能力约束下对付路网容量的打算方法，李悦[7]从双层方案模型的角度对路网容量进行了估算，但打算办法的有效性还有须要进一步验证。
综上所述，现在的研究阶段中，现存的路网容量打算模型对付交通分配、交通办法和车辆路径选择等都与实际路网运行情形存在一定的差异。时空花费法虽然没有考虑交通分布的影响，但是可以通过加入改动系数，对道路等级和车道进行细化等方法来增加模型的准确性。本文基于时空花费法，对路网容量打算模型进行研究，以重庆市解放碑商圈为案例进行剖析，将模型打算容量与实测路网流量进行比较，并提出路网改进建议。
1 基于时空花费法的路网容量理论模型根据时空花费法，某个城市区域内，一定的运营韶光下路网资源是一定的。交通个体会花费路网的韶光及空间，路网资源可以做事的交通个体数即为路网容量。
根据时空花费法事理，研究路网容量须要确定道路时空总容量和交通个体均匀一次出行的时空花费，该模型可以表示为：
式（1）中：C为道路路网时空总容量；C总为道路举动步伐所能供应的时空总量；Ci车为单个车辆所占用的时空资源。
广义观点下的总时空总量[8]为有效道路面积和有效运营韶光的乘积：
式（2）中：S总为道路举动步伐有效面积（m2);T为路网有效运行韶光（h）。
城市道路路网的有效面积可以表示为道路有效长度与道路有效宽度的乘积，道路宽度又可以表示为单个车道有效宽度与车道数的乘积：
式（3）中：L为道路有效长度（m);W为道路有效宽度（m);w路为单个车道有效宽度（m);N为车道数。
单个车辆所占用的时空资源由车辆均匀一次出行所占用的韶光和车辆占用空间决定，可以表示为：
式（4）中：Si车为交通个体动态面积（m2);t为机动车均匀出行韶光（h）。
交通个体动态面积S车又可以定义为：
式（5）中：w车为车辆行驶时所需的横向安全宽度（m），可取车道宽度；h为车辆行驶时的车头间距（m）。
城市中央区路网由主干路、次干路和岔路支路组成。由于设计标准和车辆运行特色的不同，以是在构建路网容量模型和标定关键参数时，该当考虑不同道路等级以及不同车道带来的影响。通过对路网容量的影响成分剖析，创造诸多影响成分会降落道路的通畅能力，须要通过一些改动系数K，得到有效道路时空总容量和有效个体花费量。
综上，路网容量二维模型可以表示为：
式（6）中：i为道路等级；j为道路编号；k为车道编号；K1～Kn为改动系数。
2 改动系数的确定通过对现实街道场景和城市道路路网情形的剖析，选取了对路网和车辆的紧张影响成分来进行改动：有路边停车、公交车辆停靠、交叉路口、道路开口和大型车比例。
2.1 路边停车影响改动系数K1城市道路现有停车场的数量并不能知足停车须要，部分车辆会占用行驶道路来办理停车难的问题。而占用的道路资源会影响道路的有效面积，从而影响道路的路网容量。该改动因子可根据路边停车所占道路面积来进行打算。该改动系数可表示为：
式（7）中：L占为路边占道停车长度（m);N占为路边占道停车所占车道数；L总为路网总长度（m）。
2.2 道路开口改动系数K2城市道路开口较多，车辆进出会对正常行驶车辆的运行速率造成影响，该影响因子可根据路网内道路开口影响路段占总路网长度比例确定，可表示为：
式（8）中：L开为道路开口影响路段长度（m);L总为路网总长度（m）。
2.3 公交停靠改动系数K3城市中央区路网公交站设置较密，公交车停靠次数频繁，不仅会占用道路资源，还会对其他车辆的运行速率产生影响，进一步影响路网容量。该改动系数可以取0.7～0.85[9]。
2.4 交叉口综合改动系数K4车辆在行驶经由交叉口时，由于旗子暗记灯、过街举动步伐等会不可避免地造成韶光的丢失，因此，须要对此丢失韶光进行改动。该改动系数应考虑交叉口的几何条件，交通状况和管理水平[10]。
2.5 大型车改动系数K5大型车的均匀车头间距与标准车存在差异，大型车的均匀车头间距比标准车的更大，可根据大型车所占比例确定。
综上，路网容量二维模型可以表示为：
3 车头间距的标定
车头间距是时空花费法的关键参数之一，可根据交通调查获取实际值。但实际高峰路网的车头间距过小，路网密度过大，会降落路网的稳定性和通过性，标定车头间距时应考虑路网的运行效率。Van Aerde(VA）交通流模型[11]描述车头间距和运行速率的关系，该模型对实测交通数据拟合效果好，可以运用于路网交通流的研究。本模型根据运行效率理论和Van Aerde (VA）模型对车头间距进行重新标定，构建车头间距的打算模型。基于VA模型中对车头间距的描述可以表示为：
式（10）中：hn为同一车道上车辆n和车辆n-1之间的车头间距（km);un为车辆n的速率（km/h);uf为自由流速率（km/h);c1为固定车头间距常数（km);c2为可变车头间距常数（km2/h);c3为可变车头间距常数（h-1）。
运行效率[12]可以定义为：
式（11）中：E为运行效率，q为交通流量（辆次/h);u为行驶速率（km/h）。
结合VA模型和运行效率；运行效率可表示为：
针对不同等级道路及不同车道建立优化模型：
式（13）中：i为道路等级；j为道路编号；k为车道编号。
对优化模型求解，得到每条道路及其每条车道的c1、c2、c3估计值，根据估计值求得最优运行效率及其对应的最优速率v，末了打算最优车头间距：
末了将结果合并，得到主干道、次干道以及岔路支路的车头间距。
4 模型验证4.1 解放碑概述解放碑商圈位于重庆市主城区渝中半岛的中央地带，该地区建筑密度大，人口十分密集。不合理的路网方案、交通组织等导致交通问题非常严重。研究区域道路网面积约3.5km2，紧张包括5条主干道，13条次干道，29条岔路支路。现状道路路网如图1所示。
图1 解放碑商圈路网现状图 下载原图
4.2 数据获取本研究共获取了2020年7月解放碑商圈5条主干道、10条次干道以及13条次干路共计57个点位的微波数据，该微波数据包含了31天每个路段不同车道的全天流量和车辆均匀行驶速率。详细点位如表1所示。
表1 微波装置位置表 下载原图
下载原表
根据限速等道路信息对数据的非常值进行筛除后，将事情日晚高峰数据进行整理，测算出高峰小时不同等级道路的最大流量，结果如表2所示。根据结果可得实测路网晚高峰小时均匀路网容量为20 706车次/h。
表2 基于交通调查数据的均匀流量 下载原图
4.3 基于运行效率理论下的路网容量打算
基于运行效率的车头间距模型，将实测数据代入求解，将主干道、次干道、岔路支路分别汇总。各等级道路的长度由地理信息系统数据得到，道路长度和车头间距如表3所示。
据实际交通调查和道路信息采集对模型干系参数进行确定，研究韶光为晚高峰一小时路网容量，H为1h；车辆在研究区域均匀一次出行行驶韶光t为0.16h;
主干道、次干道及岔路支路均有占道停车的征象，改动系数K1取0.8；主干道上大部分公交站台属于港湾式，不会影响道路的有效运营韶光，改动系数取K2取0.9，而次干道和岔路支路的大部分公交车则靠路边停车，改动系数K2取0.8；城市中央区道路过街举动步伐大部分为高架与地下通道，改动系数K3取0.8；大型车所占比例约为15%，改动系数K4取1.25；根据微波数据，对道路开口影响路段长度占道路总长的比例进行打算，改动系数K5取0.96。
表3 基于运行效率的车头间距 下载原图
4.4 打算结果
将各等级道路打算结果相加求和，得到重庆市解放碑商圈晚高峰的路网流量为22 890辆次/h。与实测数据比较，模型打算结果偏差率为10.5%，该模型对付解放碑商圈的路网容量打算具有一定的可靠性。
5 改进方法建议根据不雅观测数据与基于运行效率下车辆运行速率的打算结果比拟，部分路段运行效率较低，可针对性进行优化。
(1）增设拥堵路段收费机制。北区路、民生路、民族路由于道路较窄、流量过大，拥堵较为严重。可以通过增设拥堵收费路段等交通管理政策，减少路段内车辆的出行，调度交通办法分担构造。
(2）明确不同道路等级功能。五一起、新华路靠近商圈，有人车共用道路的情形涌现，影响车辆行驶，涌现拥堵情形。应将非机动车和行人与车辆交通流分离，既要担保各种交通流的通畅性和可达性，又要避免稠浊交通流带来的各种拥堵和安全隐患。
6 结语本文基于时空花费法对路网容量的模型进行了研究，并与真实的路网容量数据进行了比拟，研究紧张成果包括：
(1）针对道路等级、车道运行特色的不同，不仅分道路等级进行打算，还分车道标定车头间距，提出了更细化的时空花费模型。
(2）凑集VA模型和运行效率，针对不同等级道路、不同车道标定车头间距，能验证当前路网容量的合理性。
(3）剖析城市中央区车辆出行特色与停车需求，引入路边停车、道路开口等改动系数，构建了更合理的路网容量打算模型。
(4）将模型运用于重庆市解放碑商圈，打算出理论路网容量，并与实测路网交通流量进行比拟，验证了模型的可运用性。
(5）将基于运行效率理论打算出的理论路网容量与实测路网交通流量进行比拟，为路网的改进提出了建议。
综上所述，本文所构建的城市中央区路网容量打算模型可运用于城市中央区路网，路网容量的估算能对城市区域路网容量供应科学决策，最大程度挖掘路网潜在能力，供应交通改进策略与方法，以达到缓解交通拥堵，提升城市通畅效率的目的。但若要准确标定模型关键参数，还须要进行大量的交通调查。
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