基于单向交通组织的城市交通微循环网络优化设计

基于单向交通组织的城市交通微循环网络优化设计
摘要：交通微循环是减少城市高速公路交通压力，解决城市交通拥堵的有效途径，在公路和高速公路之间使用分叉、街巷、里弄等组织交通微循环，费用改善
了交通状况，缓解了城市交通拥堵。

单向交通是交通微循环设计中常用的交通组
织方法之一。

本文重点研究了单向交通在城市交通微循环系统中的应用，并设计
了交通微循环网络组织优化的两级规划模型。

上层模型是多目标规划问题，下层
模型是容量受限的交通分布模型。

设计了解的遗传算法，最后验证了算例的有效性。

验证结果表明，单向微循环的交通组织效应优于双向交通组织。

关键词：交通工程；网络优化；交通微循环；单向交通组织；
引言
进入本世纪以来，我国工业化、城市化进程明显加快，很多城市出现了严重
的交通拥堵问题。

城市机动车保有量不断增加，出行需求不断增加，而道路的建
设却相对缓慢，统计数据表明，截止到2013年，较本世纪之初，我国私人小汽
车拥有量增长了16.8倍，而公路里程仅增长了2.59倍，交通供给增长速度远远
低于出行需求的增长速度，交通供给与需求之间的矛盾进一步凸显。

面对日益严
峻的城市交通问题，传统的通过新增道路应对方式不仅见效慢、投资大，而且由
于当斯定律（DownsLaw）的影响，反而会诱发新的交通出行需求，加剧城市交通拥堵问题。

于是利用城市次、支路组织交通微循环的方式被有关学者提出，很多
时候城市的交通拥堵都是发生在干路系统上，而周边的次支路交通情况相对较好，交通微循环的思想就是合理组织城市道路中的部分次支路、街巷、里弄等，为干
路系统分流，均衡路网负荷，缓解交通拥堵。

一、国内外研究现状
1、实践研究
微循环自2005年在我国提出以来，逐步引起了有关部门的重视，北京率先在进行了交通微循环的实践。

随后昆明、上海等城市也出台了相关措施。

义乌中心
城区多地实施交通微循环，从而增加了停车泊位，缓解了交通压力。

《东莞市区
综合交通规划（2008一2020）》把“交通微循环”作为-种解决交通问题的新的努
力方向，规划部门已经拟定将东城中央商贸片区作为” 交通微循环”试点区。

广州
东坡村也首创交通“ 微循环”，使得城中村变为“ 秩序小区”。

济南交警在做好主、
次干道“治乱疏堵” 的同时，打通了城区主次干道之间的”毛细血管”，让城市交通
系统能够健康循环。

2、理论研究
DownsW的研究结论表明了道路的建设会诱发新的交通需求，因而不可能通
过建设道路而解决交通拥堵问题。

Radnoret、Wayne￡、徐吉谦分别研究了美国、日本、中国的城市路网结构，得出结论是：道路等级从低到高，其里程在城市路
网中所占的比例在减少，但其承担的交通量却在增加。

蔡军通过对城市支路的作
用进行研究，认为支路是城市路网中的重要组成部分，支路缺乏会影响到城市交
通的可达性，会导致高等级道路交通负荷大，路网承载力降低等问题。

Christopher等认为实施好的交通微循环线路和对交叉口进行优化设计，能够减少
阻塞和延误，并根据交通线路的实际特征，构建了一种新的交通微循环组织方式。

宋雪鸿口从交通微循环的特性、管理、评价等方面介绍了微循环规划建设相关技
术，认为应从路网、公交、慢行、停车和交通管理等多方面进行微循环的组织规划。

戢晓峰回认为应该从路网规划、交叉口设计、停车、慢行、交通标志设置等
方面进行交通微循环的建设，从而均衡路网交通流的时空分布。

李忠燕I]研究了
微循环路径搜索模型，并对微循环系统中的路网级配、间距等问题进行了研究。

黄厚恩，史峰，王英姿，钟媚等对缓解干道交通压力为主的交通微循环网络进行
了研究，建立了双层规划模型，上层模型考虑干道饱和度减少最大化、改造成本
最小化以及对环境的影响最小化等目标，下层模型采用了UE配流模型。

奇格奇
等针对老城区道路等级低，路网不合理等现实情况进行微循环方案设计，并利用
仿真技术对方案进行量化，对微循环方案设计提供了有效的评估和决策支持。

黄
恩厚选取了总投资，平均行驶时间，路网容量，交通公平性，环境污染等五个评
价指标，采用多级模糊综合评判方法对城市微循环系统进行了评价。

微循环路网的改造主要是挖掘现有道路网络的通行能力，由于区域支线一般
较密集，为节约成本、减小改造的难度并使得车流运行效率最大化，可对这些微
循环支路进行合理的单向交通组织，因此本文主要考虑单向交通作为交通微循环
的组织方式。

二、基于单向交通组织微循环网络优化设计模型
1、目标分析及约束条件
1.1优化目标微循环网络中单行交通组织的优化目标可以从以下几方面来考虑。

（1）主干路饱和度最小
交通微循环系统设计的目标就是分流主干路的交通流，均衡路网负荷，所以
微循环网络设计的首要考虑目标就是主干道的饱和度最小化。

这里采用主干路平
均饱和度最小化作为优化目标。

（2）支路饱和度最小
支路饱和度最小是为了保证“微循环系统”支路体系畅通，虽然微循环是利用
支路分流干路交通，但是微循环支路的承载能力也是有限的，只有保证微循环支
路的畅通，才能保证整体路网的畅通。

（3）交通效率最高
微循环的设计是为了分流主干路的交通流，但最终是实现交通流在路网中的
均衡分配，即从空间上平衡了交通流量分布。

通过均衡交通流，解决交通拥堵问题，实现快速的可达，交通效率最高的含义就是所有车辆通过网络的时间最少。

1.2约束条件
微循环网络设计中需要考虑的约束条件主要有以下几点。

（1）主干道饱和度约束
微循环实施的主要目的就是分流干道交通。

因此，为保证主干道的交通功能
的发挥，主干道交通流的饱和度应该要低于某个上限值。

（2）微循环支线道路饱和度约束
微循环交通可以通过对主干道交通分流，达到缓解主干道交通压力的目的，
但却牺牲了自身的交通运行条件，分流的主干道交通流会导致微循环次支路的交通情况变差，为了预防微循环道路发生交通拥挤，微循环道路的饱和度也
应低于某一上限值。

实际的情况还应该考虑单向交通组织带来的建设资金约束，
居民接受程度约束等更多的约束情况，本模型暂不考虑这些不易量化的约束条件。

2、模型构造
2.1? 网络的数学描述
城市道路网络可以表达为：N = （I，A ∪ P），其中， N 表示路网（net）； I 为节点（intersections）集合；A 为干路（artery road）集合；P 为单向交通组织的微循环支线道路（pathway）集合。

为建立微循环网络优化模型定义：路段 a 长
度为 la，其中 a ∈?（A ∪ P）；交通需求矩阵为（qrs）n×n，其中 qrs为节点 r 到
节点 s 的交通需求量；路段 a 道路通行能力为 Ca，对于微循环系统的路段 a ∈?P，由于其可以采取单向或者双向行车组织交通，考虑到微循环道路的具体交通组织
方式，对其通行能
力可以具体表达为：
2.5? 下层配流模型
容量限制交通分配方法是一种动态的交通分配方法，该种方法考虑了道路的
实际能力的限制，即意识到了阻抗与交通负荷之间的关系。

该算法通过多次迭代，不断更新道路阻抗，循环迭代调用全有全无交通分配方法，以期实现一种平衡的
状态。

该种算法简单、实用，在国际上比较通用。

采用容量限制交通分配方法时，要先把 OD 表分解为 K（迭代次数）部分，将
原来的 OD 总表（n *n 阶）分解为 K 个 OD 分表（K 个 n * n 阶），然后不断迭代，每次用最短路径交通分配方法进行交通分配，每次分配一个 OD 分表，一次分配
结束后，采用路阻函数对路权进行一次修正，直到完成 K 次迭代。

其求解过程如图 1 所示。

三、模型求解
多目标问题求解较为困难，通过引入非负当量因子ω1，ω2，ω3将多目标求
解转换为单目标求解，如式（7）。

结束语
本文重点讨论了单向交通组织在微循环系统中的应用，建立了基于单向交通
组织的微循环网络优化设计模型，模型以主次干路饱和度最低为优化目标，以主
次干路饱和度限制条件为约束。

采用单向交通能够有效地提高路网容量，平衡交
通流量，提高路网运行效率。

参考文献
[1]钟媚.基于可持续发展的城市交通微循环路网优化研究[D].成都：西南交通
大学，2016
[2]车国鹏，刘永红. 遗传算法优化BP神经网络的交通流参数预测[J]. 综合运输，2018
[3]薛锋，吕丹，罗建 .铁路交通基础设施对区域经济发展的支撑力研究—基于西部地区面板数据 [J].综合运输，2018。