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user: 3. 小区开放对交通流影响的结果分析 3.1. 数值模拟结果分析 在某个理想化小区模型的小区开放问题中，我们把对车辆通行能力的研究简化为考察交通平均速度和交通流量随交通密度的变化情况。根据元胞自动机NaSch模型的相关理论，我们设定某个理想化小区在小区开放前，最大车辆平均速度为 v max = 6 ，车辆随机慢化概率为 p = 0.3 ，初始车辆密度为 ρ = 0.002 ，路网车道总长度为 L = 1800 ；在小区开放后，最大车辆平均速度 v max 、车辆随机慢化概率p、初始车辆密度 ρ 均保持不变，路网车道总长度变为 。在模拟程序中输入小区开放前后的预设数据后，得到了如下的结果： 图1. 小区：(a) 开放前；(b) 开放后的流量–密度图 图2. 小区：(a) 开放前；(b) 开放后速度–密度图 首先，如图1所示可以看出小区开放前后日交通流量都是随着车辆密度的增加先快速增加，然后再缓慢减少，如图2所示可以看出小区开放前后车辆平均速度随着车辆密度的增加先保持平稳，然后再快速减少，车辆密度趋于1时，日交通流量和平均速度均趋于0。这符合交通流参数之间的关系，并且达到临界密度后，随着车辆密度的继续增加，速度和流量越来越小，因此堵塞现象越来越严重。但是小区开放之后，临界密度有所增加，从大约0.2变到了大约0.22，最大流量也从大约1.15增加到了1.19，且拥堵状态下的速度和流量也在小区开放后有所提高。这说明在预设参数下，开放小区可以提高交通流量，适度缓解交通拥堵。另一方面，从分析结果来看，我们的车辆通行模型也是可靠的。 结合小区的实际情况，我们也能明显地感觉到，小区开放后，在原有的路网结构基础上新增了若干条支路，作为周边道路的“毛细血管”，分担了部分车流量，使得车辆分布没有之前那么集中了，车速也随之增加了。而模拟过程中，当改变预设参数使车辆密度再次增加时，这种优势没有那么明显了。由此可见，小区开放也不是万能的，只能在一定条件下对道路通行有积极地影响。 3.2. 实例分析 本部分选取两个实际的小区，来验证建立的车辆通行能力模型和数值模拟分析结果，从而研究小区开放对交通流的影响。我们选取了交通较为拥堵的河南省郑州市的两个不同的小区作为实际例子进行分析，并将小区实际参数代入到两个具体小区开放前后的数据信息对比中进行分析。如路旁干扰系数 α 、小区道路交通服务水平 β 、侧向净宽修正系数 γ 、路宽修正系数 ω 、交叉路口数量s等，我们依据具体小区周边道路的车速限制、车道宽度及小区路网结构、交叉路口数量变化等，来对各个参数进行合理化取值，再将各个参数的具体数据代入至小区开放前、开放后的车辆通行能力模型中，以车辆通行能力值的增减来评判小区开放是否会起到缓解周边道路拥堵的作用。 3.2.1. 外围车辆经过小区——以紫云小区为例 紫云小区南区位于河南省郑州市管城回族区货站街与未来路交叉口处，小区住宅楼总体呈东西对称分布，内部路网为方形网格状路网，共有两个出入口，属于典型的封闭式小区。如图3(a)所示为高德地图显示紫云小区的地理位置和路网情况，如图3(b)所示为使用AutoCAD软件绘制的紫云小区矢量地图。 图3. 紫云小区：(a) 高德地图；(b) 矢量地图 如图3(b)所示可以看到，紫云小区西边的未来路和东边的货站街为郑州的主干道，东边街道为次干道，小区内部道路等级为支路。依据第六次人口普查的数据，郑州市六个区人口合计4，253，627人，大于200万人，属于大城市，依据《城市道路交通规划设计规范》中的规定(如表4所示)，紫云小区周围道路的车辆运行情况如表5所示。 Table 4 Recommended values of urban road projects in Urban Road Traffic Planning and Design Cod 级别 >200万人城市 <200万人城市 项目 车速(km/h) 车道数 车道宽度 (m) 车速(km/h) 车道数 车道宽度(m) 快速路 80 ≥4 3.75 60~80 ≥4 3.5 主干道 60 ≥4 3.5 40~60 3~4 3.5 次干道 40 2~4 3.5 40 2~4 3.5 支路 20 2 3.25 30 2 3.25 表4. 《城市道路交通规划设计规范》城市道路各项目推荐值 [ 24 ] Table 5 The operation of the vehicles on the road round Ziyun communit 路名 未来路 货站街 东边街道 南边街道 道路等级 主干道 主干道 支路 支路 车速 60 60 30 30 车道数 8 6 2 2 车道宽 3.75 3.75 3.25 3.25 表5. 紫云小区周边道路车辆运行情况 由表1~5中的数据可知：我们设定紫云小区在开放前，平均车速为 v = 7 ，设计车速下的饱和度 C a p = 0.5 ，道路交通服务水平饱和度为 β = 0.28 ，路旁干扰系数为 α = 1 ，路宽修正系数为 ω = 1 ，侧向净宽修正系数为 γ = 1 ，红绿灯周期时长 T e = 180 ，一个交叉路口内的平均车头总时距 λ = 30.4 ，交叉路口数量为 s = 4 等；在紫云小区开放后交叉路口数量变为 s = 9 ，道路交通服务水平变为 β = 0.67 ，其他参数均保持不变。 将紫云小区的数据代入模拟程序中可以得到，紫云小区开放前的车辆通行能力值为480，开放后的车辆通行能力值为1082。从运行结果来看，紫云小区开放后道路通行能力提高了很多。而从实际情况出发，首先，我们注意到，紫云小区内部道路较宽，与小区外道路几乎无差异；其次，紫云小区内部的道路可以直通外界；除此之外，紫云小区外路网结构简单，开放后，相当于道路面积增加，能够有效缓解交通压力。所以仅从道路通行能力来讲，此类小区开放较好。 3.2.2. 内部车辆出入小区——以响水湾小区为例 响水湾小区位于河南省郑州市二七区铭功路和沿河路交叉口西侧200米处，小区住宅楼分为西北和东南方向两个建筑群，南北方向均有建筑小区，内部路网为方形网格状路网，只有一个出入口与沿河路连接，属于典型的封闭式小区。当上、下班高峰期时间时，小区进出口便可能出现交通拥堵情况。如图4(a)所示为高德地图显示的响水湾小区的地理位置和路网情况，如图4(b)所示为使用AutoCAD软件绘制的矢量地图。 如图4(b)所示可以看到，响水湾小区西边的沿河路为次干道，小区内部道路等级为支路。响水湾小区周围道路的车辆运行情况如表6所示。 图4. 响水湾小区：(a) 高德地图；(b) 矢量地图 Table 6 The operation of the vehicles on the road round Xiangshuiwan communit 路名 沿河路 内部及环区路 道路等级 次干道 支路 车速 40 20 车道数 4 2 车道宽 3.5 3.25 表6. 响水湾小区周边道路车辆运行情况 由表1~6中的数据可知：我们设定响水湾小区在开放前，平均车速为 ，设计车速下的饱和度 C a p = 0.5 ，道路交通服务水平饱和度为 β = 0.46 ，路旁干扰系数为 ，路宽修正系数为 ω = 0.9 ，侧向净宽修正系数为 γ = 1 ，红绿灯周期时长 T e = 180 ，一个交叉路口内的平均车头总时距 λ = 30.4 ，交叉路口数量为 s = 5 等；在响水湾小区开放后，交叉路口数量变为 ，道路交通服务水平变为 β = 0.5 ，路宽修正系数变为 ω = 0.64 ，其余参数均保持不变。 将响水湾小区的数据代入模拟程序中可以得到，响水湾小区开放前的车辆通行能力值为600，开放后的车辆通行能力值为480。从运行结果来看，响水湾小区开放后道路通行能力有了明显的下降。从实际情况出发，首先我们注意到响水湾小区内部的道路较窄，会降低整个道路体系的路宽修正系数，而且即便开放后能够分走部分车流量，对于整个道路体系来讲，效果也不明显。其次，响水湾小区内部的路为环形路且有数条尽端路，无法连接外界，车辆进入响水湾小区势必要迂回前进甚至一时走不出去，如此一来会造成响水湾小区内部阻塞现象加剧，增加车辆行驶时间。所以仅从道路通行能力来讲，此类小区不开放较好。