路边停车带对非机动车流影响的分析模型_张水潮.pdf

《路边停车带对非机动车流影响的分析模型_张水潮.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《路边停车带对非机动车流影响的分析模型_张水潮.pdf（6页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、交通运输工程与信息学报 第12卷 第1期 2014年3月 Journal of Transportation Engineering and Information No.1 Vo1.12 Mar.2014 收稿日期：2013-03-29.基金项目：国家自然科学基金资助项目（51308311）、浙江省自然科学基金资助项目（LQ13E080004）。作者简介：张水潮（1985-），汉族，浙江上虞人，宁波工程学院交通研究院讲师，研究方向：城市交通规划与管理、道路交通安全。22 路路边边停停车车带带 对对非非机机动动车车流流影影响响的的分分析析模模型型 张水潮 杨仁法 宁波工程学院，交通研究院，宁波

2、315211 摘 要：首先对非机动车流在通过设有机动车停车带的非机动车道时的交通特性进行了研究，认为其行驶特性遵循流体力学的基本特性。由此借鉴了流体力学中保角变换这一研究流体经过有障碍区域的基本特性的重要方法，对非机动车流进行了物理建模，建立了非机动车道上设置路边停车带对非机动车流影响的定量分析模型，并研究得出可以非机动车流越线行驶的量值情况来判断设置路边停车带的合理性。最后，选用实际案例，对提出的模型和方法进行检验和应用举例，分析表明，该模型对分析路边停车带设置合理与否方面切实可行。关键词：非机动车流；路边停车带；速度变化；定量模型 中图分类号：U491.1 文献标识码：A 文章编号：167

3、2-4747（2014）01-0022-06 DOI：10.3969/j.issn.1672-4747.2014.01.006 Analysis Model of the Influence of Street Side Parking Zone on the Non-motor Vehicle Flow ZHANG Shui-chao YANG Ren-fa Institute of Transportation,Ningbo University of Technology,Ningbo 315211,China Abstract:The traffic characteristics o

4、f non-motor vehicles passing through the non-motor vehicle lane with street side parking zone was researched,and the non-motor vehicle flow was considered to follow the basic characteristics of the fluid mechanics.Then,the principle of conformal transformation was used to establish a physical model

5、of the non-motor vehicle flow,which was an important method to research the fluid passing the zone with obstacles.On this basis,a quantitative analysis model of non-motor vehicle flow influenced by street side parking zone was set up,and the zone setting rationality could be judged by the non-motor

6、vehicle crossing-line traveling volume.At last,the model and method presented in the paper were checked 路边停车带对非机动车流影响的分析模型 张水潮 等 23 up and applied to a case,and the result indicated that the model was effective to analyze the street side parking zone setting rationality.Key words:Non-motor vehicle f

7、low,street side parking zone,speed changing,quantify model 0 引 言 在机非软隔离（即机动车道与非机动车道之间采用白实线隔离）的城市道路上，相关部门往往会在非机动车道上设置路边平行式停车位。该类停车位的设置，在一定程度上增加了停车供给，但往往使得非机动车道的通行宽度变窄，通行能力下降。在非机动车流量较小的情况下，路边停车带设置后仍能保证非机动车的安全通行，并不会引起严重的交通问题。但当非机动车流量较大时，非机动车道通行能力的下降将导致部分非机动车被迫骑到机动车道上，即非机动车的越线行驶现象，该现象对机动车的正常行驶产生极大的干扰，加剧

8、了城市交通的拥堵，并存在严重的交通安全隐患1。因此，如何通过系统科学地研究，合理确定路边停车带设置的临界条件显得尤为必要，但目前该方面的研究相对薄弱，主要集中在停车方式及对机动车流的干扰上。如Benenson等2和Caicedo等3分别从停车管理、诱导等角度研究路边停车，分析其对机动车流的干扰程度和由此造成的机动车与路段延误；梁军等建立了计算路边停车到达和出发导致路段交通流延误的模型，根据具体路段受干扰的程度，为是否允许路边停车提供决策依据4；陈峻等5和Chou等6分别针对我国交通混合流现状建立车辆停车到达出发与机动车车速路段饱和度模型；高利平等针对路边停车影响下的机非混行系统，建立了机非混行

9、系统的平均延误模型，并通过案例进行了仿真分析7。由此可知，既有研究在路边停车对非机动车流的影响方面较为缺乏。因此，本文将采用流体力学的基本理论，通过保角变换的方法，对路边停车路段的非机动车流运行情况进行建模分析，提出路边停车带设置的判断阈值，具有理论与实践的双重意义。1 路边停车的物理比拟 流量连续性（或称质量守恒）是流体力学的一个基本特性，即流体在流动的过程中整体的质量保持不变，流体力学的基本方程（伯努利方程）便是流量连续性的根本体现，流体力学中的相关变换方程均是由该基本特性衍化而来。非机动车流在某一研究范围的路段上行驶的过程中，可以认为车辆数是保持不变的，则表示其具有流量连续性这一基本特性

10、，也就遵循了流体力学的基本方程及相关的衍生方程。因此，可以采用流体力学的基本特性对路边停车路段的非机动车流运行状态进行比拟分析。如图1所示，在路段L上，B处设置有一段路边停车带，从A处方向行驶过来的非机动车流在行至B处时，为避开B处停放的机动车，势必向机动车外侧进行扩散，若扩散距离较大，便会出现非机动车越线行驶情况。而当非机动车流经过B处的停车带后，将再次回落，如C处所示。考虑到问题的对称性，在理论分析中，可以认为非机动车流在A处与C处的运行状态基本相同，同时，非机动车流在B处外侧稳定行驶时，基本处于同一运行状态，但有别于A处与C处的运行状态。A B C 图 1 路边停车路段非机动车流运行状态

11、分析 Fig.1 Non-motor vehicle flow state analysis by street side parking zone 将该路段比作水槽，非机动车流比作水槽中的流水，而路段的停车带则可视为水槽底的障碍物，如图2a所示。该比拟保留了非机动车流在基本路交通运输工程与信息学报 2014年 第1期 24 段上遇到障碍物并在障碍物外侧绕行再回到基本路段的相关运行特性。因在B处行驶的车流处于同一运行状态，因此，为便于问题的讨论与求解，可以将B处的障碍物进行简化，抽象为一块平板，如图2b所示。A B C a A B C b 图 2 路边停车现象的流体力学比拟 Fig.2 Hyd

12、rodynamics assimilate of street side parking 2 路边停车路段的非机动车行驶特性建模 由前文可知，非机动车流在路段上行驶时，遵循流体力学的基本方程及相关的衍生方程。为将前文所讨论的流体力学比拟思想转换为路边停车路段非机动车行驶特性的定量分析模型，以下用流体力学中常用的保角变换原理对该问题进行分解。保角变换能够保留流体在遇到障碍物时的基本运行特性，也就能够保留非机动车流在遇到障碍物时的相关交通特性。2.1 保角变换的基本原理 保角变换是指具有保角性和伸缩率不变性的数学变化，常用的保角变换方法主要为线性变换和幂函数变换，在实际使用时，可将两者结合应用。（

13、1）线性变换 线性变换以线性函数()zazb（a和b是复常数）为变换公式进行变换。由于其导数()za是常数，亦即某一图形采用该函数进行线性变换时，图形的长度放大率是常数，变换后图形的各个部分按同样比例放大而形状不变。将以上线性函数进行变换得：arg()eiabbzazba zazaa （1）该函数可以分解为：arg1212,e,iazazbzza z （2）由上式可得，从z平面到z1平面，图像作为整体进行平移，位移矢量对应于复数b/a；从z1平面到z2平面，图像绕原点旋转arga；从z2平面到平面，图像放大到a倍。形状确实保持不变，或者说，线性变换只是把图像变为它的相似形。图像在线性变换下保持

14、形状不变，因此线性变换若单独使用，对于研究平面场并无帮助。但线性变换跟其他保角变换联合使用则可起到较好的效果。（2）幂函数变换 幂函数()nzz的导数为1()nznz。在原点，导数(0)0，交角并不保持不变。将该函数进行变换得argarg()argnznz，这就是说，采用该函数进行变换时，图形在原点的交角放大n倍，而在原点以外任一有限远点，交角保持不变。同理，()nzz表示在原点的交角缩小1 n倍。2.2 非机动车流速度变化模型的建立 为方便建模和计算，在图2b所示简化模型中，以B点为原点，BC方向为x轴方向建立坐标系，且将该坐标系所处的平面定义为z平面，并设停车带宽度即障碍物的高度为h，如图

15、3a所示。作变换 21zz （3）这样，槽底障碍物所处的直角便加倍成为了平角（即），如图3b所示。这样，整个水槽底加上竖立的薄片变为平面的实轴上从2h经原点向去的割线两岸，问题便得到了简化。为了将z1平面的割路边停车带对非机动车流影响的分析模型 张水潮 等 25 线端点移至原点，作变换：221zzh （4）这样，割线端点便移到了原点，如图3c所示。割线两岸可以说是夹角为2的两根直线，作变换：2z （5）夹角变为原来的1/2，等于，割线两岸成为了平面的实轴，如图3d所示。a b c d 图 3 路边停车带模型的保角变换 Fig.3 Conformal transformation of stre

16、et side parking gone model 为方便模型的建立，借鉴物理学中的一般方法，此处引入速度势的概念。在该概念下，速度视为矢量，速度势即为速度矢量所对应的势。因此，平面上的速度势u为 22221222222222222Re()Re()Re()Re()2)()()42 uCzCzhCzhCxyhi xyxyhxyhx yC（6）式中2Re()Cz即为2Cz的实数部分。至于在各点的流速v可以从下式得出：vu 特别地，在远离障碍处，即x ，则此时uCx，0vuCv 。在障碍所在处，0 x，且本文只关心水平方向的非机动车流速度，因此，可将式（6）简化为：022yvvyh （7）上式即为

17、非机动车流在行经设路边停车带的非机动车道时的速度变化模型。3 路边停车带对非机动车行驶的影响 对于所研究的非机动车流，设非机动车道的宽度为L（单位为m），非机动车流量为f，初始速度为v0。根据文献8的相关研究结论，一般状态下非z平面 A B C xh y z1平面 y1 x1h2 z2平面 y2 x2h2 平面 交通运输工程与信息学报 2014年 第1期 26 机动车流的速度-密度关系式为：2528.515v （8）因此，对于非机动车流的该速度，其对应的密度为0，故0 0fv L。由于路边平行式停车位的宽度一般为2 m，即2h，则路段在设置停车位后剩余的非机动车道宽度为2LLhL。考虑到L处外

18、侧的非机动车流至少占据一个车道的位置，便取该车道的中间位置作为该段非机动车流的平均速度，即在式（7）中取y=3，由此可得在停车带外侧的非机动车流平均速度为：00.83vv （9）因此，在得到L段内的平均速度v后，亦可根据式（8）求得对应的密度，由此可得该处非机动车流的宽度为：/dfv （10）根据上式可知，若dL，则表示路边停车带设置后还不致引起非机动车流出现越线行驶的情况，在路段两侧停车需求较大的情况下可以设置路边停车带；若dL，则表示在该情况下设置路边停车带将引起非机动车流越过机非隔离线而驶入机动车道，存在较大的交通拥堵问题和交通安全隐患，此时不应设置路边停车带，d超出L的值越大，表示该停

19、车带设置的问题越突出。由此便建立了路边停车带设置对非机动车流运行影响的定量分析模型。4 案例分析 本文选取宁波市翠柏路作为案例进行分析。宁波市翠柏路现状车道宽度为16 m，设置“2机2非”车道，其中机动车道和非机动车道均为4 m，其道路断面形式如图4所示。以下对该路段设置路边停车带的可行性进行分析。在远离停车带区域，现状该路段高峰时段非机动车单向流量为1 824 veh/h，车流在非机动车道内行驶，其对应的速度约为11 km/h，即011km/hv。图 4 翠柏路道路断面示意图 Fig.4 Road section of Cuibai road 现状两侧的停车需求较大，若设置路边停车带后，则剩

20、余的非机动车道宽度为2Lm，由式（9）可得，在设停车带处，非机动车流的平均车速为：00.839km/hvv（）（11）由此可得对应的密度为：20.26bic/m（）（12）则由式（10）可得此处非机动车流的宽度为：/2.8mdfv（）（13）由于dL，非机动车流将越线行驶，且越线行驶值整体将达到0.8 m，故针对该路段的非机动车道宽度和现状的非机动车流量，此处不适合设置路边停车带。5 结论与讨论 当前，随着各大城市中“停车难”和“行车难”问题的日益加剧，路段上路权的使用分配显得尤为关键，特别是在停车需求强烈的路段，如何合理地设置路边的停车位极为重要。本文着重利用流体力学的保角变换原理，对非机动

21、车流行经设停车带的非机动车道时的车流变化特性进行了物理比拟和建模，并建立了非机动车道上路边停车位设置对非机动车流交通影响的定量分析模型，并通过实际案例，对本文提出的模型和方法进行了实例验证。案例分析表明，本文所提出的模型对判断路边停车带设置合理与否是切实可行的，本文的研究结果具有理论和实践的双重意义。4 m4 m4 m4 m路边停车带对非机动车流影响的分析模型 张水潮 等 27 参考文献 1 宁波市公安局交通警察支队.宁波市2010年全市道路交通安全形势情况通报R.宁波:宁波市公安局交通警察支队,2010.2 Benenson I.,Matens K.,Birfir S.PARKAGENT:A

22、n Agent-based Model of Parking in the City J.Computers,Environment and Urban Systems,2008,32(6):431-439.3 Caicedo F.The Use of Space Availability Information in“PARC”Systems to Reduce Search Times in Parking Facilities J.Transportation Research Part C,2009:17(1):56-68.4 梁 军,李旭宏,于 洪,车淳碧.路边停车对路段交通流的影响

23、研究J.公路交通科技,2003,20(2):85-88.5 陈 峻,王 炜,梅振宇.路边停车设置对交通流混合影响的研究J.交通运输系统工程与信息,2005,5(5):34-38.6 Chou S.Y.,Lin S.W.,Li C.C.Dynamic Parking Negotiation and Guidance Using an Agent-based Platform J.Expert Systems with Applications,2008,35:805-817.7 高利平,孙全欣,刘明君,等.基于路边停车的机非混行延误模型与仿真研究J.系统仿真学报,2008,27(5):772-7

24、75.8 张水潮.混合非机动车交通特性及安全性提升措施D.东南大学博士学位论文,2012.9 朱从坤,池毓品.混合非机动车交通流速度与密度的关系研究J.苏州科技学院学报(工程技术版),2009,22(3):26-30.10 Zhang Jin,Wang Hui,Li Ping.Bicycle Flow Modeling and Simulation Based on Cellular AutomatonJ.Journal of Highway and Transportation Research and Development.2006,23(1):125-129.11 Meng Jian-

25、ping,etc.Cellular automaton model for mixed traffic flow with motorcycles.Physica A:Statistical Mechanics and its Applications,2007,380(1):470-480.12 Ioanna Spyropoulou.Modelling a signal controlled traffic stream using cellular automataJ.Transportation Research Part C:Energing Technologies,2007,15(

26、3):175-190.（中文编辑：刘娉婷）一些公司的衔接方案会做出临时调整，相关数据无法准确采集，课题组向首都机场空管部门征询了意见，并比较了塔台运行记录，一致认为本文使用的方法和结论与实际情况具有较高的吻合度。基于航班延误水平的评价方法可以比较客观地反映公司计划与时刻安排的匹配情况，指出时刻安排的主要问题，为时刻管理部门提供方案调整的建议。参考文献 13 赵文智，刘 博.航班延误成本测算方法研究J交通运输工程与信息学报 2011，9(1)：5-9 14 孙 宏，李 峰，黎青松民用航空航班直接运行成本测算分析J交通运输工程与信息学报，2007，5(1)：1-5 15 上官雪民.航班计划的模拟与优化研究D.上海：复旦大学，2008 16 石丽娜.多等级模糊评价方法在航班延误中的应用J.上海工程技术大学学报，2006，20(3):76-79 17 孙 宏.航空公司飞机排班问题模型和算法研究D.成都：西南交通大学，2003 （中文编辑：刘娉婷）上接第 21 页