基于土地利用的城市道路均衡控制研究

黃 丹

（重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 中國 重慶 400074）

0 序言

道路均衡暢通是現(xiàn)代城市交通管理控制的目標(biāo)。以均衡的全局觀點(diǎn)來調(diào)控交通可從系統(tǒng)整體的角度解決交通問題，避免道路資源的浪費(fèi)。在城市道路均衡控制中，城市土地利用引起的空間交通需求是城市交通流量的主要來源，在該地塊土地上產(chǎn)生和吸引的交通流共同構(gòu)成了該片區(qū)的交通運(yùn)動(dòng)，成為城市空間需求的主體。而城市空間需求對(duì)應(yīng)的交通流動(dòng)則必須以城市路網(wǎng)作為承擔(dān)者。因此如何協(xié)調(diào)兩者的關(guān)系，使得基于土地利用產(chǎn)生的空間需求能夠及時(shí)的實(shí)現(xiàn)空間位移，且滿足道路暢通的要求是本文研究的重點(diǎn)。論文擬從土地利用與交通生成的相互關(guān)系出發(fā)，以城市土地利用作為交通出行需求的來源，并構(gòu)建基于土地利用模型的城市道路暢通均衡控制模型，以協(xié)調(diào)城市交通，保障道路暢通。

1 均衡控制研究

本文以土地利用產(chǎn)生的城市空間交通需求作為城市交通出行的主要導(dǎo)向，以城市空間交通需求與城市道路之間的供需平衡關(guān)系作為城市交通問題產(chǎn)生的根源，并以此對(duì)用戶即出行者對(duì)自身出行進(jìn)行思考。因此本文中所提的基于土地利用的城市道路暢通均衡有兩層意義：

一是指宏觀上基于土地利用產(chǎn)生的交通需求與城市道路之間的供需均衡；二是指微觀上交通網(wǎng)絡(luò)自身的用戶均衡，即是指道路保持暢通，被使用道路通行能力大于該道路上的交通流量，且路網(wǎng)上所有被使用的路徑具有最小且相等的阻抗[6]。

1.1 基于土地利用的空間需求模型

城市土地利用是城市交通需求的根源。一般來說，不同的土地利用布局、不同的土地利用性質(zhì)和不同的土地利用強(qiáng)度，對(duì)應(yīng)著不同的交通需求[7]。因此.建立基于土地利用的交通需求模型，可直接對(duì)空間交通需求進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)土地利用與交通需求的相關(guān)性研究，簡(jiǎn)化傳統(tǒng)的交通規(guī)劃、管理的方面的需求預(yù)測(cè)步驟。

式中，Q為空間交通需求；Qij為 i小區(qū)j類土地交通需求；Aij為i小區(qū)第j類土地性質(zhì)吸引的交通流量；pij為i小區(qū)第j類土地性質(zhì)產(chǎn)生的交通流量；aij為i小區(qū)第j類土地性質(zhì)單位面積交通出生率；sij為i小區(qū)第j類土地性質(zhì)面積；kij為i小區(qū)第j類土地性質(zhì)單位面積交通吸引率；n為土地類型。

注：參數(shù)aij、kij的選取可參考規(guī)范或根據(jù)歷史數(shù)據(jù)采用回歸分析等方法得到。

1.2 城市道路暢通均衡模型

根據(jù)Wordrop均衡原理，本文以均衡的思想提出基于土地利用的雙層城市道路暢通均衡控制模型：

圖1 網(wǎng)絡(luò)圖Fig.1 Network diagram

r、s作為城市交通小區(qū)中的代表小區(qū)，兩者之間的交通流量或交通需求計(jì)算可根據(jù)前面模型進(jìn)行計(jì)算。在計(jì)算兩者及整個(gè)城市交通小區(qū)的交通需求后，可根據(jù)O-D反推得到r、s 之間的交通需求 Qrs。

定義符號(hào)：

Z（x）為阻抗；

Z（y）為總的交通流量；

Qrs為r-s間的交通需求；

xa為路段a上的交通流量，它們組成的向量為x=（…，xa， …）；

Ta為路段 a的交通阻抗；Ta（xa）為路段a的以流量為自變量的阻抗函數(shù)；

上層模型：上層模型以道路交通條件為約束，要求道路通行能力能夠滿足城市交通需求：

下層模型：下層模型以出行者出行選擇為約束，要求出行者的出行阻抗?jié)M足均衡條件：

1.3 模型算法

步3、尋找下一步迭代方向：按照｛Tna：?a｝，實(shí)行一次全有全無分配，得到一組輔助流量

步4、確定迭代步長(zhǎng) λ：用二分法求解 minZ（λn），得 λ。

上層模型算法結(jié)束；

步7、整理求解結(jié)果 xa及確定

注：上層算法參考參考文獻(xiàn)[6]。

2 均衡配置及運(yùn)用

基于以上模型，本文設(shè)計(jì)了一套交通需求與交通網(wǎng)絡(luò)一體化均衡的配置方法。其總體思路是從交通需求與路網(wǎng)角度入手，將整個(gè)城市劃分為多個(gè)小區(qū)，利用基于土地利用的交通需求模型及OD反推確定各小區(qū)交通需求以及小區(qū)間流量，并抽象原復(fù)雜路網(wǎng)為通道性骨架路網(wǎng)和一般性道路網(wǎng)。在此基礎(chǔ)上通過城市道路暢通均衡控制模型對(duì)通道性骨架路網(wǎng)均衡配流。在各城市組團(tuán)間、城市分區(qū)間交通均衡的指導(dǎo)下，再對(duì)一般性道路網(wǎng)均衡配流，由此得到整個(gè)路網(wǎng)均衡狀態(tài)下的路網(wǎng)流量分布情況及交通空間需求分布情況，實(shí)現(xiàn)基于土地利用的交通空間需求與交通網(wǎng)絡(luò)的雙均衡，保障城市道路暢通。

2.1 抽象原復(fù)雜路網(wǎng)為通道性骨架路網(wǎng)和一般性道路網(wǎng),建立通道性路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫主要包括：路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)目錄及路網(wǎng)幾何特征數(shù)據(jù)、路網(wǎng)交通阻抗分布數(shù)據(jù)等；

2.2 運(yùn)用雙層模型對(duì)骨架性路網(wǎng)進(jìn)行配流，得到主通道間均衡OD分布；

2.3 在主通道交通均衡的基礎(chǔ)上，再次運(yùn)用模型對(duì)一般道路網(wǎng)進(jìn)行流量分配，得到一般道路網(wǎng)的均衡OD分布，進(jìn)而得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的均衡配流；

2.4 進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)性判斷即判斷網(wǎng)絡(luò)的擁擠度及敏感性，根據(jù)判斷結(jié)果制定系統(tǒng)改造、管理、控制及優(yōu)化等方案和措施，從而實(shí)現(xiàn)城市交通需求與交通均衡控制的一體化研究，緩解城市的交通擁堵。

3 結(jié)束語

城市土地利用與交通的協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)城市暢通發(fā)展、解決城市交通問題的關(guān)鍵。本文強(qiáng)調(diào)了土地利用在城市交通空間需求與交通系統(tǒng)中的重要意義，并在此基礎(chǔ)上建立交通空間需求與交通網(wǎng)絡(luò)的雙均衡模型，可對(duì)城市土地利用與交通的協(xié)調(diào)發(fā)展以及城市道路管理控制起到一定的借鑒幫助作用。

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