收稿日期：2024-03-07

作者簡(jiǎn)介：房雨宵（2002—），男，本科，研究方向：交通運(yùn)輸。

摘要 隨著城市化的快速發(fā)展，城市交通擁堵問(wèn)題日益突出，如何進(jìn)行科學(xué)合理的道路規(guī)劃和有效治理交通擁堵成為城市發(fā)展的重要課題。文章以青島市市南區(qū)為例，從人文視角出發(fā)，研究了城市道路規(guī)劃與交通擁堵治理的關(guān)系。通過(guò)對(duì)城市交通發(fā)展歷程和現(xiàn)狀的分析，揭示了影響交通擁堵現(xiàn)象的內(nèi)源本質(zhì)。在保留原有道路的基礎(chǔ)上，提出了一種新的規(guī)劃方案，并利用MATLAB對(duì)其進(jìn)行模擬仿真實(shí)驗(yàn)。通過(guò)以人為本的視角探討城市道路規(guī)劃和交通擁堵治理的關(guān)系，為解決城市交通擁堵問(wèn)題提供了新的思路和方法。

關(guān)鍵詞 城市交通；道路規(guī)劃；交通擁堵；交通流量

中圖分類號(hào) D631.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 2096-8949（2024）11-0033-04

0 引言

城市是一個(gè)大型的人類聚居地。隨著城市化進(jìn)程的加速，城市交通擁堵問(wèn)題日益突出。人們對(duì)于城市道路規(guī)劃、交通治理的關(guān)注與需求愈發(fā)迫切。青島市市南區(qū)作為繁華地段，交通擁堵問(wèn)題備受關(guān)注。該文將從人文視角出發(fā)，分析其交通擁堵成因，探討青島市市南區(qū)的道路規(guī)劃與交通擁堵治理，并給出優(yōu)化調(diào)整解決方案，旨在為解決城市交通難題提供新思路與策略。

1 城市交通擁堵研究現(xiàn)狀

隨著城市化的快速推進(jìn)，在人口數(shù)量不斷增加、土地資源總量不變的情況下，城市發(fā)展出現(xiàn)了土地利用需求大于供給的現(xiàn)象，一系列“城市病”隨之出現(xiàn)。在城市交通方面最顯著的表現(xiàn)為道路擁堵問(wèn)題的日益嚴(yán)重。為切實(shí)緩解城市道路擁堵問(wèn)題，韋敬楠[1]從道路交通供需平衡視角入手，以城市道路交通需求指標(biāo)為參數(shù)，將城市擁堵劃分為輕度失衡、中度失衡、重度失衡三類。張可可[2]等提出基于評(píng)價(jià)—預(yù)測(cè)—判定—管控的全過(guò)程模型。選取流量、速度和時(shí)間延誤三個(gè)參數(shù)，制定了交通運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)體系。徐淑賢[3]等從城市空間布局入手，綜合分析城市區(qū)塊職能，以推動(dòng)城市空間布局均衡化作為緩解交通擁堵的方法。劉婕[4]等基于國(guó)內(nèi)擁堵較為嚴(yán)重的城市及其目前的治理方案，以調(diào)控出行需求與提高路網(wǎng)承載能力作為改良方向。

2 國(guó)內(nèi)外常見城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)

影響城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)的因素分為自然因素和社會(huì)因素。自然因素有地形地勢(shì)、氣候、河流等；社會(huì)因素涉及經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、文化等。不同城市間的自然和社會(huì)因素均存在著一定的差異，這些差異使得各地的城市道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在著一定的不同，形成了各自的風(fēng)格。

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外常見城市道路網(wǎng)的分析，可以得到以下結(jié)論：

（1）道路網(wǎng)的形成是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，但一經(jīng)確定就很難大幅度地改變。

一個(gè)城市道路網(wǎng)的形成過(guò)程是與城市發(fā)展同步的，道路網(wǎng)的建設(shè)是百年大計(jì)，其在主要道路完工后，后續(xù)建設(shè)基本多為在此基礎(chǔ)上的增添與改良，基本不會(huì)出現(xiàn)大幅改變。即使遭遇毀滅性的破壞，其重建也多以原先道路網(wǎng)為模本。

（2）地區(qū)文化等人文因素是道路網(wǎng)結(jié)構(gòu)形成的影響因素之一。

地區(qū)間人文因素的差異，在一定程度上會(huì)影響其路網(wǎng)的整體布局。

（3）相同情況下，方格狀道路網(wǎng)與放射狀道路網(wǎng)互有利弊。

土地利用率層面，在同樣的面積內(nèi)，方格狀道路網(wǎng)由于其所劃分出來(lái)的是較為規(guī)整的四邊形或多邊形區(qū)域，可供進(jìn)行區(qū)域內(nèi)建筑物修建的面積較大；放射狀道路網(wǎng)劃分出的是不規(guī)則的區(qū)域，存在過(guò)窄等不適合進(jìn)行建設(shè)的土地，整體上方格狀道路網(wǎng)土地利用率高于放射狀道路網(wǎng)。

通行效率層面，相同的起點(diǎn)與終點(diǎn)，放射狀道路網(wǎng)是直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的線段式連接，而方格狀道路網(wǎng)是基于第三點(diǎn)或更多的點(diǎn)并以其為中間點(diǎn)進(jìn)行兩段式或多段式的連接。在單純的空間幾何路程上，放射狀道路網(wǎng)明顯優(yōu)于方格狀道路網(wǎng)，同時(shí)，方格狀道路網(wǎng)在交叉路口處還會(huì)出現(xiàn)等候交通信號(hào)燈乃至交通擁堵等情況，進(jìn)一步降低了其通行效率。

3 市南區(qū)交通現(xiàn)狀及其存在問(wèn)題的解決方案

3.1 市南區(qū)交通現(xiàn)狀

市南區(qū)作為青島老城區(qū)，與其他城市老城區(qū)相似，存在著較為嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題。受自然地形的限制，市南區(qū)中西部老城區(qū)的路網(wǎng)采用自由式布局方式，道路相對(duì)狹窄，寬度一般為12～20 m。根據(jù)調(diào)查，區(qū)內(nèi)現(xiàn)有道路242條，道路長(zhǎng)度為106.28 km，路網(wǎng)密度為8.85 km/km2。由于區(qū)內(nèi)地形坡度較大，道路縱坡較高，故畸形路口較多。

截至目前，青島市機(jī)動(dòng)車保有量約365.4萬(wàn)輛，其中多為家用汽車，總體上機(jī)動(dòng)車保有量仍以較快速度在增長(zhǎng)。同時(shí)，由于青島作為旅游城市，存在大量外地來(lái)青車輛，因此，青島的機(jī)動(dòng)車輸入源可視作無(wú)限大，隨著旅游業(yè)的逐步復(fù)蘇，此情況對(duì)市南區(qū)道路網(wǎng)存在潛在沖擊。對(duì)市南區(qū)較為老舊的道路網(wǎng)存在著較大的壓力。

3.2 現(xiàn)行已有解決方案的局限性

根據(jù)《市南區(qū)城市更新專項(xiàng)規(guī)劃》，青島關(guān)于交通方面的城市更新實(shí)施策略可概括為“交通引領(lǐng)發(fā)展，建設(shè)步行友好城區(qū)”。

目前市南區(qū)的規(guī)劃方案，未來(lái)將會(huì)在較為完好地保留原有城區(qū)風(fēng)貌的情況下，采取現(xiàn)代化的交通系統(tǒng)以期滿足日益增大的交通壓力，在原有的基礎(chǔ)上融合新的交通方式，繼而實(shí)現(xiàn)“舊路新貌”。該建設(shè)工程可視作老城區(qū)保護(hù)性改造的典型案例。

目前我國(guó)城市對(duì)老城區(qū)道路網(wǎng)改造的通行方法有兩種：拓寬原有道路和增加公共交通。

從拓寬原有道路方法的角度來(lái)看，由于市南區(qū)的建成歷史較早，其道路周邊分布大量歷史文物古跡建筑，為道路拓寬預(yù)留空間較少。同時(shí)大型施工設(shè)備施工時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)周邊文物建筑產(chǎn)生不可逆的損壞[5]。該方法只可在市南區(qū)部分地段施行，大規(guī)模推廣難度較大，不具備普適價(jià)值。

增加公共交通方面，市南區(qū)的公共交通目前仍以道路公交為主。但由于其道路流量限額，單純?cè)黾庸痪€路以及發(fā)車密度，只會(huì)增加其交通擁堵問(wèn)題。目前市南區(qū)公交運(yùn)行效率亟待提升。由于先前公共交通主要依賴公交，導(dǎo)致出現(xiàn)線路多、流量大，線路重復(fù)系數(shù)較高等問(wèn)題，出現(xiàn)車道容量已近飽和，公交車與其他車輛“搶道”的情況。以香港路為例，其高峰時(shí)段平均運(yùn)營(yíng)速度僅12.8 km/h，受通道寬度制約，公交車輛難以超車，公交“列車化”現(xiàn)象嚴(yán)重，運(yùn)輸效率低下。

以廣西路青島站段為例，該路段交通流源包含青島站進(jìn)出客流源、棧橋景區(qū)客流源、地鐵青島站客流源、鐵路青島站廣西路②公交站源。人流量、車流量均存在較不規(guī)則的高峰期。整體上存在較大的交通擁堵隱患。

為緩解周邊道路交通壓力。目前該路段車道劃分為采取上行單車道，為公交專用道，下行三車道，均為公交與社會(huì)車輛混用道，其中最右側(cè)車道同時(shí)為鐵路青島站廣西路②公交站停車道。

如表1所示，為某日該路段12：00—18：00內(nèi)車流量統(tǒng)計(jì)。

表1 某日廣西路青島站段12：00—18：00內(nèi)車流量

/輛

時(shí)間 上行

公交車數(shù) 下行

公交車數(shù) 下行

社會(huì)車輛數(shù)

12：00—13：00 20 47 198

13：00—14：00 24 45 175

14：00—15：00 23 35 158

15：00—16：00 26 38 147

16：00—17：00 25 40 188

17：00—18：00 24 57 225

據(jù)表1可知，由于公交車定時(shí)發(fā)車，不同時(shí)間段內(nèi)上下行公交車數(shù)變化幅度較小，但社會(huì)車輛數(shù)變化幅度較大。結(jié)合區(qū)位分析可知該路段車輛多為通勤車輛，變化幅度與時(shí)間有較大的關(guān)聯(lián)。

3.3 優(yōu)化調(diào)整解決方案

關(guān)于市南區(qū)交通擁堵的問(wèn)題，在綜合考慮可行性與預(yù)期效果的情況下，該文給出的建議如下：

（1）依據(jù)“窄馬路、密路網(wǎng)”的城市道路布局理念，合理利用城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)對(duì)原有道路網(wǎng)進(jìn)行二次規(guī)劃。

“窄馬路、密路網(wǎng)”所構(gòu)建的是一種街區(qū)小型化、集約化的城市布局。城市交通信號(hào)控制系統(tǒng)采用合理的交通信號(hào)配時(shí)可以減少車輛停車等待次數(shù)，降低車輛延誤，縮短旅行時(shí)間，而合理的信號(hào)配時(shí)則會(huì)起到反作用，導(dǎo)致時(shí)間浪費(fèi)和能源的額外消耗[6]。二次規(guī)劃是充分利用現(xiàn)有的道路網(wǎng)，采取道路“再設(shè)計(jì)”，輔以健全的交通管理系統(tǒng)，優(yōu)化交通信號(hào)[7]，從而提高交通管理運(yùn)行效率和水平的方法，以期緩解交通擁堵問(wèn)題。

市南區(qū)原有道路網(wǎng)在早期建設(shè)中便設(shè)立了諸多的中心點(diǎn)。在對(duì)市南區(qū)道路的二次規(guī)劃中可充分利用這些原有的中心點(diǎn)，將其再次視作街區(qū)的中心，周邊道路則構(gòu)成該街區(qū)的道路網(wǎng)。最終將市南區(qū)原有的道路網(wǎng)分割成多個(gè)“小路網(wǎng)”，各“小路網(wǎng)”共同構(gòu)成“大路網(wǎng)”，做到路網(wǎng)的區(qū)劃式管理。

（2）提升交通運(yùn)作的智能化水平，提高動(dòng)態(tài)自適應(yīng)調(diào)整能力，車道“潮汐化”變動(dòng)。

包括青島在內(nèi)，絕大部分城市的交通信號(hào)仍采用較為原始的被動(dòng)響應(yīng)式控制。傳統(tǒng)信號(hào)控制系統(tǒng)都只是關(guān)注控制方法和控制策略的優(yōu)化，而對(duì)于交通狀態(tài)參數(shù)變化并沒(méi)有充分考慮。[8]在交通信號(hào)方面使用自適應(yīng)控制方式，可實(shí)現(xiàn)路段運(yùn)行的動(dòng)態(tài)化、靈活化調(diào)整，以提升路網(wǎng)整體的運(yùn)行效率。

在公交運(yùn)行方面，目前主要存在公交“列車化”現(xiàn)象，公交系統(tǒng)投入運(yùn)力與時(shí)段需求、道路壓力不匹配。引入自適應(yīng)控制系統(tǒng)后，可通過(guò)系統(tǒng)所反饋依據(jù)的實(shí)時(shí)情況，依據(jù)各時(shí)段需求靈活調(diào)配車輛，動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)車間隔。必要時(shí)可采取“甩站”等措施減少車輛停站時(shí)間，提升公交系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

在車道方向上，可根據(jù)節(jié)點(diǎn)路段的實(shí)際情況，靈活調(diào)整各支路行駛方向以及支路內(nèi)各車道的行駛方向。實(shí)現(xiàn)道路方向的“潮汐化”動(dòng)態(tài)調(diào)整。

3.4 可行性論證

對(duì)于所提出的建議，將市南區(qū)的道路網(wǎng)簡(jiǎn)化為網(wǎng)絡(luò)模型，就目標(biāo)問(wèn)題視作最短路和最大流問(wèn)題，運(yùn)用Dijkstra算法和Ford-Fulkerson標(biāo)號(hào)算法進(jìn)行可行性論證。

狄克斯特拉算法（Dijkstra）是由荷蘭計(jì)算機(jī)科學(xué)家狄克斯特拉于1959年提出的，是從一個(gè)頂點(diǎn)到其余各頂點(diǎn)的最短路徑算法，解決的是有權(quán)圖中最短路徑問(wèn)題[9]。

最短路徑問(wèn)題的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型為：

（1）

式中，xij——選擇?。╥， j）的狀態(tài)變量，選擇?。╥， j）時(shí)xij=1，不選擇弧（i， j）時(shí)xij=0；cij——?。╥， j）的距離，得到最短路問(wèn)題的網(wǎng)絡(luò)模型。

Ford-Fulkerson算法（FFA）是一種貪婪算法，用于計(jì)算流網(wǎng)絡(luò)中的最大流量。由L. R. Ford， Jr。和D. R. Fulkerson于1956年出版[10]。

最大流問(wèn)題的線性規(guī)劃數(shù)學(xué)模型為：

（2）

式中，cij——?。╥， j）的容量； fij——?。╥， j）的流量。容量是?。╥， j）單位時(shí)間內(nèi)的最大通過(guò)能力，流量是?。╥， j）單位時(shí)間內(nèi)的實(shí)際通過(guò)量。fmm～fkm——弧中反向流計(jì)算時(shí)減去。fim——中間點(diǎn)輸入量；fmj——中間點(diǎn)輸出量，中間點(diǎn)輸入量和與輸出量和應(yīng)相同。

將A視作起點(diǎn)，F(xiàn)為終點(diǎn)，A至F有著多條路徑可供選擇。從A開始，依次代入各路段的路長(zhǎng)cij與流量fij。經(jīng)迭代計(jì)算后，在去除其他客觀因素的前提下，該道路網(wǎng)絡(luò)最短路徑為A—E—F，最短路徑為min Z=8，最大流為max v=16。

假設(shè)在不考慮其他客觀因素的影響下，E至F方向在某一時(shí)段T區(qū)間內(nèi)流量趨于飽和，存在擁堵問(wèn)題，F(xiàn)至C1至A方向區(qū)間流量較少。引入自適應(yīng)控制方式后，采取臨時(shí)交通管控，將E—F段設(shè)置為單行道，只允許F至E方向行駛，E—F段更新為F至E單向?。粚1—F段設(shè)置為單行道，只允許C1至F方向行駛，C1—F段更新為C1至A單向弧。設(shè)置完成后其網(wǎng)絡(luò)模型圖如圖1與圖2所示，相應(yīng)道路路長(zhǎng)不變，容量變?yōu)樵袃杀丁?/p>

圖1 網(wǎng)絡(luò)模型圖路長(zhǎng)F 圖2 網(wǎng)絡(luò)模型圖容量 D

運(yùn)用最短路問(wèn)題Dijkstra算法和最大流問(wèn)題Ford-Fulkerson標(biāo)號(hào)算法可得到，該情況下最短路徑為A—C1—F和A—C2—F，最短路徑為10，最大流為21。

從該理想化模型可知，該路段最大流與最短路徑僅與A—E—F段和A—C1/C2—F段有關(guān)。設(shè)A—E段長(zhǎng)度與允許流量為a，E—C2段長(zhǎng)度與允許流量為b，得理想最短路徑與最大流變化率函數(shù)。

采用MATLAB進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)分析，得出關(guān)于上述兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)圖數(shù)學(xué)模型的圖像，同時(shí)隨機(jī)生成20組（a，b）正數(shù)組，帶入兩個(gè)模型進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3～4所示，其運(yùn)算結(jié)果如表2所示。

綜上，在?F及最短路徑增加率較小的情況下，?D及最大流量可獲得較大增加。模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期要求。

圖3 ΔD函數(shù)圖像

圖4 ΔF函數(shù)圖像

表2 函數(shù)隨機(jī)運(yùn)算結(jié)果

序號(hào) ?F ?D 序號(hào) ?F ?D

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 0.358 2

0.499 6

0.490 1

0.114 1

0.266 5

0.345 4

0.496 9

0.384 7

0.394 1

0.492 2 0.114 1

0.265 5

0.214 1

0.228 6

0.294 9

0.321 1

0.278 7

0.296 3

0.235 0

0.321 1 11

12

13

14

15

16

17

18

19

20 0.194 9

0.499 7

0.479 5

0.197 7

0.944 6

0.570 9

0.442 7

0.496 3

0.850 9

0.499 8 0.071 6

0.278 7

0.337 5

0.071 6

0.696 3

0.452 6

0.131 5

0.293 8

0.623 8

0.423 8

4 總結(jié)

基于“窄馬路、密路網(wǎng)”的布局理念，該文提出了一個(gè)交通疏導(dǎo)方案——盡可能保留城市原貌。這種混合型道路網(wǎng)結(jié)合了方格狀和放射狀道路網(wǎng)的特點(diǎn)，為未來(lái)的城市道路網(wǎng)設(shè)計(jì)提供了新思路。能夠更好地協(xié)調(diào)“人”與“地”之間的矛盾，最大限度地緩解交通擁堵問(wèn)題。在未來(lái)的城市交通規(guī)劃和改良中，應(yīng)更多考慮設(shè)計(jì)成果對(duì)社會(huì)環(huán)境和自然環(huán)境的影響，并以人們對(duì)美好生活的需求為出發(fā)點(diǎn)，利用現(xiàn)狀和歷史的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)人文和自然的有機(jī)融合，逐步解決由于人地矛盾而產(chǎn)生的問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)城市交通、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

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