小区开放对周边道路通行能力影响的研究

李晓青，朱存斌，李冬梅,陈 凯

(1.安徽财经大学金融学院,安徽 蚌埠 233030；2.安徽财经大学统计与应用数学学院,安徽 蚌埠 233030)



小区开放对周边道路通行能力影响的研究

李晓青1，朱存斌2，李冬梅1,陈 凯2

(1.安徽财经大学金融学院,安徽 蚌埠 233030；2.安徽财经大学统计与应用数学学院,安徽 蚌埠 233030)

目的 针对小区开放后对周边道路通行的影响问题，建立评价指标体系以及小区开放前后道路通行能力模型，并从交通通行的角度，向城市规划和管理部门给出关于小区开放的合理化建议。方法 对于指标体系的构建，通过查阅大量的文献资料之后，运用综合分析法和频度分析法，将现存的指标群进行分析、归纳，找出与之相关的出现频率最高的指标，大概确定与道路通行相关的指标，再经过筛选并根据研究问题的需要，确定其他主要指标；对于小区开放前后通行能力模型的建立，利用空隙可接受理论与概率分析的方法，分别对单车道、多车道单车型下的环岛通进口道通行能力建立模型，比较小区开放前后入口道通行能力的变化，分析小区开放前后道路车流量变化对周边公共道路车流量变化的影响。结果 小区开放以后，小区内公共车道数量增加，入口道的通行能力降低，即相应的周边公共道路的通行能力增强。结论 在不考虑小区上下班拥堵高峰期、小区外部道路等情况下，实施住宅小区和单位大院开放政策，可以使小区内公共道路车流量在一定范围内增加。由于单位时间内两点间穿行小区道路和周边公共道路的总车流量一定，当小区内公共道路车流量增加时，在误差允许范围内，可以认为小区周边公共道路车流量相应的减少，即小区周边的公共道路通行能力得到较大提高。

小区开放；车流量;入口道通行能力模型

改革开放以来，中国的经济有了快速的发展，城市化进程也不断加快，这也在无形之中增加了城市交通的负担。城市机动车、汽车的保有量逐年持续上升，随之而来的是城市交通的压力只增不减。现在的城市生活中，道路拥堵现象已经是屡见不鲜，封闭式小区更是破坏了城市的路网结构，减小了城市路网密度。因此，开放小区能否达到优化路网结构，提高道路通行能力，改善交通状况，以及改善效果如何，都值得探讨研究。

1 模型的假设

为了便于解决问题，提出以下假设：(1)假设研究对象所选取的小区均为居住小区；(2)只考虑机动车辆，不考虑行人和非机动车辆的道路通行情况[1]；(3)假设所有道路宽度一致，交叉口无红绿灯；(4)假设小区内部道路无停车占道。

表1 与道路通行相关的初步指标

2 评价指标体系的构建

选取合适的评价指标体系，用以评价小区开放对周边道路通行的影响。查阅大量的文献及其资料之后，运用综合分析法和频度分析法，将现存的指标群进行分析、归纳，找出与之相关的出现频率最高的指标，大概确定与道路通行相关的指标[2]，见表1。

在这些指标当中，首先排除经济因素，因为主要研究小区开放对道路通行的影响，暂不考虑小区开放对经济状况的影响。其次，排除一些相关关系的指标，如车辆通行时间、排队长度和车辆行驶速度，在一个路段当中，时间和行驶路程本就是速度的因变量，因此在选取指标的时候，便可选取车辆的行驶速度作为指标，其他指标的选取类似。最后，根据研究问题的需要，确定其他主要指标。由此构建的评价指标体系如图1所示。

图1 小区开放对道路通行影响指标体系

3 小区开放前后对周边道路通行影响

3.1 研究思路

小区在开放前为避免过境车辆的穿行，道路设置较狭窄，相当于单车道；小区开放后，区内道路公共化，小区内的车道变为多车道。利用空隙可接受理论与概率分析的方法，对单车道、多车道单车型下的环岛通进口道通行能力模型进行改进，分别建立小区开放前后入口道通行能力评价模型。然后根据所建立的模型得出公共道路车流量对通行能力的影响情况，再分析小区开放前后小区内道路车流量变化对周边公共道路车流量变化的影响，进而研究得出小区开放对周边道路通行的影响情况。

3.2 研究方法

(1)小区开放前入口道通行能力模型

在Cowan[3]提出的车头时距指数分布基础上，引入α为交通流中的车辆比例因子，其中0<α<1[4]，并假设Δx为行驶车辆的车头时距，则交通流中的车头时距服从M3分布[5]，且累计概率分布函数为：

假设在环形车流当中出现空隙，并且刚好有n辆车进入的概率是p(n)，则进入车辆数的期望是：

其中q为交通流量，则车辆进口通道能力为：

(1)

小区开放前为避免过境车辆的穿行，区内的道路较狭窄，即为单车道。依据单车道单车型下的环岛通进口道通行能力模型可得，当小区入口道只有1个车道时，则小区道路车流量空隙小于t的概率是：

H(t)=P(T≤t)=F(t)=1-αe-λ(t-Δx)

(2)

其中，由小区入口进入的车辆必须遵守一个进入原则，即第一辆车如果判断有大于临界空挡的值T，则进入；后一辆车在前面车辆进入后，再判断其剩余的时间如果大于其跟进的时间，则后一辆车跟进。那么，在一条小区车道内刚好有n辆车辆进入小区的概率是：

p(n)=H(T+nT0)-H(T+(n-1)T0)

(3)

将(2)式代入(3)式得：

p(n)=αe-λ(T+nT0)eλΔx(eλT0-1)

(4)

将(4)式代入得到小区开放前入口道通行能力模型[6]为：

(5)

(2)小区开放后入口道通行能力模型

小区开放政策实施后，内部的道路均可与外部共享，即小区内的道路由原来的单车道变成公共的多车道。根据多车道单车型下的环岛通进口道通行能力模型可知，小区开放前后的主要区别是:小区开放以后，其入口道的车辆在穿插小区内公共道路的时候，必须满足能够同时插入该车道上的所有空隙的条件。由于小区入口道的车辆在进入该小区公共车道路主流中每一个车道的临界空挡和临界时间都不相同，则所有满足小区开放后入口道中恰有n辆车进入主流的条件是[6]：

p(n)=H(T1+nT1,…,Tn+nTn)-H(T1+(n-1)T1,…,Tn+(n-1)Tn)

小区开放后公共道路车流量空隙小于t的概率是：

(6)

小区开放后，小区入口道的车辆在插入该公共道路中各个车道的临界空挡可能并不一样，所以t对每个车道来说也不同，即(6)式应变换为：

(7)

其中，i，j都是对开放后小区公共车道数的求和，将t=t1,t2,…,tn代入(7)式并根据无穷级数换算可得出小区开放后入口道通行能力模型[6]为：

(8)

3.3 结果分析

根据所建立的小区开放前后入口道通行能力模型得出公共道路车流量对通行能力的影响情况(图2)。

图2 公共道路车流量对通行能力的影响

小区开放后，其内公共车道数i增加，由于交通流中的车辆比例因子的取值范围介于0与1之间，且由于交通流量0

4 小区开放的合理化建议

4.1 对城市规划管理部门的建议

(1)合理开放有关小区

每个小区周边的道路状况各有差异，并不是每个小区都适合开放。因此建议在交通状况较差、路段通行能力低的路段开放一些公共道路较为宽敞、小区出入口的连接方式较为合理的小区。

(2)优化开放小区的内部结构，合理制定开放政策

封闭小区内禁止车辆通行，道路的设置只需要考虑行人和非机动车，小区开放以后，行人的安全相比之前就会缺少保障，并且机动车的通行会产生一些噪声污染。因此，对于开放小区，可以设置限速的标牌，减缓车速，保障小区内行人的安全；安装隔离噪音装置，尽量减少噪音污染，并且可以规定夜间一定时间段内小区不开放，保障小区内居民的睡眠；小区的出入口开放应该按照城市总体交通环境设置[7]。

(3)合理设置小区与道路交叉口

当交叉口结构不一样时，小区出入口与周边连接道路的冲突点也不一样。比如当丁字形交叉口的周边道路有隔离带时，交叉口道路畅通，几乎无交通拥挤；当交叉口的周边道路没有隔离带时，进出小区交叉口的车辆与行驶在周边道路上的车辆会形成三个冲突点，造成交通拥堵；对于十字形交叉口，当小区的入口在岔路口上，此时开放小区，小区内的车流量和周边的车流量会形成16个冲突点，交通会更为拥堵。因此，开放小区不仅要看小区自身的结构是否适合开放，也要看小区周边的车流量和周边道路的设置情况。只有合理地考察小区周边的道路情况和其自身的设置，才能决定小区是否开放。

4.2 对交通管理部门的建议

(1)实行尾号限行，从根本上减少车流量

造成交通拥挤的其中一个原因是车流量大，为有效缓解交通压力，建议实施住宅小区和单位大院开放政策。政策实施以后，小区公共道路车流量会在一定范围内增加，小区周边公共道路车流量则相应地减少，即小区周边的公共道路通行能力得到一定地提高。但是也不排除一些特殊情况，比如北京本就是一座“堵城”，平时便是交通拥挤，再加上举办大型赛事，如果不采取一定的措施，交通系统甚至会面临瘫痪的风险。因此，2008年北京奥运会时，为保障奥运会的成功举办，北京市的相关部门实行了车辆单双号限行政策，有效地缓解了交通压力，提高了道路的通行能力[8]。

(2)合理规范道路建设，减少交通拥挤

这几年居民私家车和电动车的拥有量持续上升，可是有些道路的设置中并没有非机动车车道。这种不合理的设置使得大量的机动车、非机动车(包括自行车和电动车)拥挤于一条车道上，加大了道路的车流量，降低了交通通行能力，更加大了交通安全隐患。因此，规范原有的交通道路并在以后道路建设当中合理设置车道，也可以提高道路的通行能力。

(3)规范停车秩序，减少停车占道现象

近几年，由于私家车拥有量不断上升，乱停私家车的现象屡见不鲜。一些地方由于规划不合理，缺少停车场，导致私家车停车占道，尤其是在上下班高峰期，私家车占道更是导致交通拥堵的一个重要原因。因此，相关部门应该规范停车秩序，对乱停车现象加强管理，减少占道停车现象，有效缓解道路堵塞。

5 总 结

本文在研究小区开放对周边道路的影响问题突出如下方面：建立的指标体系全面有条理；定量分析了小区开放前后对于道路通行的影响，得到内部道路更多和小区出入口连接道路系统较为简单的小区更适合开放的结论[5]，对于判断各种类型小区是否适合开放具有借鉴意义；分析小区开放时不仅考虑到开放小区对于周围交通的影响，而且考虑到开放小区对小区道路通行及道路整体通行效率的影响[9]。研究中也发现不足：由于小区开放问题较新，很多小区尚未开放，因此难以获得小区开放前后的交通数据，导致模型具有较大的局限性，对于局部交通网络的数据获取较难。

[1]祝付玲.城市道路交通拥堵评价指标体系研究[D].南京：东南大学,2006.

[2]刘如迪.城市低碳交通评价指标体系构建研究[D].西安：长安大学，2014.

[3]COWAN R J.Useful headway models[J].Transportation Research,1975,9(06):371-375.

[4]韦兰香,梁玉娟,钟友坤.路内停车车辆比例系数对交通流的影响研究[J].交通科技与经济，2015(05):30-33.

[5]李向朋.城市交通拥堵对策:封闭型小区开放研究[D].长沙：长沙理工大学，2014.

[6]易叶青,羊四清,刘友继.多车道多车型下的环岛进口道通行能力的数学模型[J].湖南人文科技学院学报,2009(04):22-25.

[7]严锦荣.对首都城市老旧住宅小区综合整治问题的思考和建议[J].经济师，2008(05)：46-47.

[8]陈泽枝,章建华,骆德勇,等.老旧居民区物业化管理存在的问题及对策研究[J].长沙理工大学学报(社会科学版)，2012,27(05)：97-100.

[9]韦兰香,梁玉娟,钟友坤.路内停车车辆比例系数对交通流的影响研究[J].交通科技与经济，2015(05):30-33.

[责任编辑：刘志媛 英文编辑：刘彦哲]

Impacts of Housing Area Opening on Surrounding Traffic Capacity

LI Xiao-qing1，ZHU Cun-bin2，LI Dong-mei1，CHEN Kai2

(1.Institute of Finance,Anhui University of Finance and Economics,Bengbu,Anhui 233030,China; 2.Statistics and Applied Mathematics,Anhui University of Finance and Economics,Bengbu,Anhui 233030,China)

Objective In view of the impact of the housing area opening on the surrounding traffic,to establish the evaluation index system and traffic capacity model before and after the housing area opening,and then give reasonable proposals for opening the housing area to the city planning and management departments from the angle of the traffic.Methods For the construction of index system,by consulting a large number of literature and data,the comprehensive analysis and frequency analysis were used to summarize and analyze the existing index group.First it was to find out the related highest frequency index,probably determine index related to road passage,and then filter and determine other key indicators according to the needs of the research question;to establish capacity model before and after the housing area opening,based on the theory of acceptable space and probability analysis,the model for the traffic capacity about roundabout though single lane and multi-lane with single vehicle is proposed.The changes of entrance road capacity before and after the opening was compared,and the influence of the change of road traffic flow on the surrounding public road traffic flow before and after the opening was analyzed.Results After the housing area opening,the number of public lanes in the area increased,and the capacity of the entrance road was reduced after the opening,that is to say,the capacity of the surrounding public roads was enhanced.Conclusion Without considering the rush hour of traffic congestion and the road outside the residential area,the opening policy of residential area and units should be implemented,so that the public road traffic within the area will increase in a certain range.As the total traffic flow per unit time through residential roads and surrounding public roads is definite,when the public road traffic flow increases in the area,within the allowable range of the error,it is considered that the public road traffic flow around the community will decrease accordingly,that is,the public road capacity around the area has been greatly improved.

housing area opening;traffic flow;entrance road capacity model

国家自然科学基金资助项目(11601001)

李晓青(1995-)，女，青海西宁人，安徽财经大学金融学院在读学生，研究方向：金融数学。

C 32

A

10.3969/j.issn.1673-1492.2017.09.008

来稿日期：2016-12-12