城市道路组织形式 [城市道路单向交通组织前后的环境效益评价]
第 35 卷第 6 期 2011 主卫且
北京交通大学学报
IOURNAL OF BEUING HAOTONG UNlVERSITY
Vo1. 35 No.6 Dec. 2011
文章编号: 1673-0291 (2011 )06-0017-06
城市道路单向交通组织前后的环境效益评价
郭栋，高松，谭德、荣，邵金菊，王晓原
(山东理工大学交通与车辆工程学院，山东淄博 255049)
摘
要:传统的羊向交通研究大多集中于基础理论研究而缺乏实施前后的效果评价.在选取长春市
城市典型拥猪区域晚高峰进行车载排放测试、道路结构调查和交通流调查的基础上，基于 J随时针组
织单向交通，并结合区域公共交通实际设直逆向公交车道，采用交通仿真软件 Q-Paramics 进行单
向改造前后的交通仿真，将基于比功率的排放模型和交通仿真模型通过速度和加速度作为输入输
出参数结合，从而定量评价羊向改造前后区域的机动车 3 种排放污染物的瞬态排放率及排放总量.
研究结论表明:通过合理组织单向改造、设直逆向公交车道及交叉口时空资源的优化设计，区域机 动车 3 种排放污染物的瞬态排放率均有所减少， 3 种排放污染物的小时排放量和排放总量均有降
低，区域内机动车每小时排放总量降低了 4.62%. 关键词:交通工程;车载排放测试;交通仿真;比功率;质量排放率 中图分类号 :U491.1
文献标志码 :A
Study on traffic environment benefit evaluation of urban regional one-way traffic transformation
(Sch∞，1
GUO Dong , GAO So ng , TAN Derong , SHAO Jinju , WANG Xiω川wn of Transportation and Vehicle Engineering, Shandong University of T巳chnology ， Zibo Shandong 255049 , China)
Abstract: The traditional study lack of traffic environment benefit evaluation before and after the oneway traffic transforrnation , selectting the urban crowed area to conducted on-road emission test , road structure survey and traffic survey , proposed of clockwise one-way traffic organizations , settings of re verse public transport bus lanes on basis of the actual situation , using of Q-Paramics to simulate traffic operation before and after one-way transforrnation. Caculated the regional vehicle emissions and contribution rate through combination of emission models , and traffic simulation models with speed and acceleration , quantitative evaluation of dynamic traffic environment before and after one-way transforrnation on evening peak hours. Conclusion showed that through the rational organization one-way traffic
transforrnatio丑，
set of reverse bus lane and optimal design of time and space resources , the mass emis-
sion rates of three emissions have decreased trend , the total hourly emissions reduced 4.62 % . Key words:traffic engineering; on-board emission test; traffic simulation; specific power; mass emisslon rate
单向交通是一种城市交通组织手段 [1] 合理的
组织单向交通可以有效减少机动车的停车次数和 加、
减速次数，使发动机处于平稳的工作状态，进而
降低机动车的尾气排放、燃油消耗，从而改善道路交
通环境质量.合理地组织单向交通，对改善道路交通 环境有着积极的作用.以往的研究集中于单向交通
收稿日期:
2011-05-30
基金项目:国家自然科学基金资助项目 (50678072) ;山东省自然科学基金资助项目(ZR2011EEM034 )
作者简介:郭栋(1 984一) ，男，山东淄博人，博士，主要从事交通环境研究 .enurll:ghyuyu~163. ∞ffi.
18
施前后的环境效益缺乏定量的评价.
北京交通大学学报
第 35 卷
的通行能力分析及组织设计方法比较 [2-4] 而对实
车载测试手段和交通仿真工具的迅速发展，为
Inc 生产的 OEM-2100 车载排放测试仪，可实时测 得机动车排放尾气中的 HC 、 co 、 C马和 NOx 这 4
种气体的质量排放率.车辆行驶状况监测系统主要
是基于 GPS 基础上开发的测试系统，可实时获得车 辆速度与加速度.试验中采用了 Rayming 公司生产
准确评价交通控制策略改变对道路环境的影响提供 了强有力的工具支持 [5-7] 车载测试手段的应用可
以准确获得机动车在实际道路上的排放及对应的行
的 TN-200GPS 接收器， GPS 信息解析软件采用的 是 Fugawi 公司生产的 GPS mapping 软件 Fugawi. 在以上试验仪器的基础上，分别选择轻型车和
中型车代表车型，按照试验要求搭载了如图 2 所示
驶工况数据，已成为国内外进行机动车排放研究的
主要测试手段.而交通仿真工具可以直观展示并输 出不同交通控制策略下机动车运行状况的变化.本
文作者以车载排放测试获得的实际道路上机动车的
的行驶工况与排放车载测试试验平台，并在选择的
试验区域上，选择晚高峰进行了大量的排放及行驶
特征测试，并建立了行驶工况数据与排放数据对应
质量排放数据为基础，计算得到了不同比功率分区
下的 3 种排放污染物的质量排放率.结合交通仿真
软件 Q-paramics 仿真并输出的单向改造前后选择
的数据库.在试验区域，重型车为公交车一种，由于
试验仪器功能模块只能测试轻型汽油车的排放数
据，所以本试验没有将重型车设计在内.而是在排放
区域的机动车运行状况.将两者通过共有参数速度 和加速度作为输入输出参数结合，从而定量评价单
向改造前后城市区域的机动车排放变化情况.
比功率对应比功率区间分布时，参考国外相似研究
的排放测试数据，结合本文建立的比功率分区进行
了估算.
1
仿真区域选择及排放测试
从空间方面看，长春市易发生周期性交通拥堵
且机动车排放严重的地点，主要集中在工农广场、人
民广场、新民广场、站前广场等广场及红旗街、延安
电源线.......-\/.1...-J~ζ二酌排出
传感器信号组笔记本~-~ 电脑口DCO
大街、人民大街等路口路段.本研究选取的红旗街一
延安大街环形区域包含了红旗街、延安大街两条车
/剧可j飞黠莎气(;>\的采集管
胶带
流量大且只有双向四车道的主要道路，同时包括了
新民广场、南湖广场两个具有 5 个人口的环形广场， 如图 1 所示.在所选择区域进行了道路结构调查及
图 2 车载排放测试试验平台
晚高峰的交通流数据调查.
Fig.2
On-b曲rd
emission testing system
1. 2
r、
基于比功率的排放分析 在机动车行驶过程中，由于受到道路环境和交
43.865 43.860
Z
"0
通流的影响，会产生机动车自身行驶状态的变化，从
而引起车辆功率需求变化，进而导致发动机油耗和
排放的变化.机动车的比功率 VSP 即单位质量机动
ll!ð
耳目 43.855
43.850 43.845
纬度/
车的瞬时功率，它表示发动机克服车轮旋转阻力
(F r ) 、空气动力学阻力 (F a ) 做功及增加机动车的动
(方式来组织单向
交通. 经过优劣对比，选择顺时针组织运行区域交通
比功率分区下的质量排放率.
表 1 轻型车比功率分区下的质量排放率
流，如图 3 所示.分析其对区域交通的改善情况:①
缓解新民广场的交通压力.可以减少 2 条进入新民
Tab.l
Mass emissions rate of light-duty vehicle in different specific power partition
广场的车道，增加 2 条驶出广场的车道，减少
比功率
分区
范围
以sp
COI
(吨Is)
HCI
(吨Is)
NOxl
(吨Is)
2 1. 5% 左右的新民广场车流;有利于疏散广场交通 流，减少车辆滞留在广场内的时间.②减少交叉口的
冲突点.由于机动车可以右转驶入，右转驶出，避免
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1. 9025
0.0673 0.1030 0.1593 0.2323 0.1896 0.2592 0.3180 0 .4383 0.5472 0.5174
0.3437 0.5046 0.5562 0.5855 0.6916 0.8216
1. 0906 1. 1764 1. 3588 1. 451 4
-2
2.091 8 2.541 9
1. 8237
一 2
了各个路口左转车流与直行车流产生冲突的情况.
③通过新民广场、南湖广场只需绕行 114 圆周，减少 通过广场时间，降低广场内拥堵-
2
5王三 V sp
2.3533 2.245 1 2.6964 4.072 5 3.9979 4.513 5
9三三 Vsp
./
快部 F啄醉幢
13
17
2
单向改造方案仿真
从缓解区域交通拥堵、提高交通网络的通行能
力、增加机动车的运行速度以及降低交通事故率等
方面来分析，单向交通都是一种行之有效的交通管
控措施.
Fig.3
图 3
顺时针方向组织单向交通示意图
Clockwise one-way traffic organization diagrarn
2.1
实施可行性分析
2.3
逆向公交车道设置
从道路路网条件来说，红旗街一延安大街区域
延安大街目前的单向高峰交通流量为 1300 辆
岛，红旗街目前的单向高峰交通流量为 1550 辆Ih，
为棋盘形道路系统，可以由相邻红旗街、延安大街配 对组织单向交通，也可把区域部分道路系统都组织
成单向交通.从道路路段条件的角度，红旗街和延安 大街平行相邻并且互成对偶.其次，该区域的几条道 路相对较窄，不足以同时设置人行道、车行道以隔断
混合交通流.再次红旗街及延安大街的交叉口间距
交通流量调整后，延安大街、红旗街的交通流量约为
2850 辆Ih.对于这两条线路上的公交车问题，考虑
到单向通行区域群众乘公交车出行需求，在红旗街 和延安大街各设置一条逆向公交专用车道，允许其 在湖西路口左转弯，但是在同德路口、长久路口禁止
左转弯.
按照公交专用车道的公共交通流量要求，按平
较短，左转交通流较为集中，不适宜采用线控来协调
交叉口信号配时，适合组织单向交通来管理交通流.
从交通条件来看，实施单向交通后不可避免会
增加红旗街一延安大街区内的起迄交通流行程时
均发
车间隔 5 min 计算，延安大街单方向公交车流
量为 96 辆布，红旗街单方向公交车流量为 168 辆/
间，并增加宽平大路、新民大路等的元效交通流量，
但由于此区域为商业繁华路段，交通流以过境交通 为主，对于机动车延误的影响相对较小. 综上所述，红旗街一延安大街区域满足单向交
h ，已经完全具备了建立逆向公交专用道的条件 [10]
按照道路的情况以及顺时针组织单向交通的方案， 提出了如图 4 所示的逆向公交车道设置方案，将原
来延安大街和红旗衔的最右侧车道设置为逆向公交
车道.
通实施的各个条件，作为一种低技人高效率的交通
20
北京交通大学学报
第 35 卷
T与二三 T( 户可)
•
E(ρi)
(3)
式中: TEj 代表某车型的排放总量 ， j 为。 3 种车型(轻
型车、中型车、重型车) ;均为第 j 种车型处于的比功
率分区为 i; T(Pi) 为第 j 种车型的在比功率分区 i
的时候的累计时间 ;E( ρi) 为第 j 种车型在比功率
分区为 t 时的质量排放率.
图 4 逆向公室车道设置示意图
整个区域的排放总量可以用下式来计算
Fig.4
Setting of reverse bus lane
2.4
单向改造交通仿真 组织单向交通便于进行信号控制配时，但由于
Q = ~T;马
式中 Q 代表区域排放总量.
3.2
(4)
同时设置了逆向公交车道，需要同时考虑逆向公交
瞬态排放率和排放总量计算 通过 Paramics 中 modeller 对区域的交通仿真，
车辆的左转.因此增大了南北方向的绿灯时间，并需 分配较短的左转绿灯时间，以满足红旗街和延安大
街公交车辆的转向.
选取并通过 vehicle tracer 追踪记录不同的车型，获 得共计 1 万多个时间点(秒)的数据，其中包含了车 型、速度、加速度.结合不同比功率分区 3 种车型机
实行单向改造后，将道路结构、路网渠化情况及 信号配时等相关信息参数输入到 Q-P盯"amlCS 软件 中，建立路网拓扑结构.图 5 为采用顺时针组织单向
动车的尾气质量排放率，通过统计计算，获得了如表
2 所示的单向改造前分车型的机动车区域瞬态排放 率.
表2 单向交通改造前区域内分车型污染物瞬态排放率
交通而建立的路网拓扑结构，其中红旗街和延安大
街的最外侧车道及湖西路的两条驶向延安大街的车
道设置为逆向公交车道，以保障公交车的正常运行.
逆向公交车道
T"ab.2
车型
Mass emission rate of regional vehicle
OO/(mg/s) HC/(mg/s) NOx/(mg/s)
轻型车
中型车 公交车
2.2240 3.1924 4.8435
0.2233 0.3202 1. 8053
0.6655 0.2034 18.7085
分车型机动车的累计行驶时间通过孔10dell臼
、
仿真输出的General 获取(由于输出时间轻型车和
中型车为合计值，按车型比例进行分配) .通过区域
逆向公交车道
图 5
顺时针组织单向交通路网拓扑结构图
Cl∞kwise
内 3 种机动车排放污染物的瞬态质量排放率以及累
计行驶时间，可以计算 3 种污染物的晚高峰时段小 时排放总量:∞为 163.3647 kg/h， HC 为 19 .4539
kg /h， NOx 为 77 .701
Fig.5
one-way traffic organization
regional road network topology
3
区域排放定量评价
通过结合交通仿真软件输出的交通流中单车的
8 kg/h.
4
机动车排放优化分析
评价优化方案时，选择下午 17 :30~18:30 之间
实时运行状况，包括速度，加速度与建立的基于 VSP 的微观排放模型结合，计算路网区域内的机动车排 放总量.在仿真软件中，所仿真的区域的排放总量就
是各车型排放量之和.根据机动车车型与软件内置
这段交通高峰期的 OD 需求作为基础 OD 需求.用 于评价在这个 OD 需求水平上，不同优化方案的环
境效益由于 Paramics 中的 Modeller 是一个随机仿
车型的对应关系，按照车长将仿真软件中的 1~11
类车(车长小于 6 m) 定义为轻型车， 12~14 类车定 义为中型车(车长在 8~11 m 之间)， 15 类 Bus 定义
为公交车.
真器，随着输入的随机种子不同，输出结果也不相
同.因此，为了使统计结果更加准确，每次实验选择
多个车型样本，并取其平均值，所有的仿真实验的持 续时间都为 60 min.
4.1
3.1
区域排放总量计算
分车型排放优化
将软件仿真时间定义为 1 h ，求解某一个路段的
分车型机动车区域内瞬态排放率单向改造前后
对比如表 3 所示. 轻型车、中型车和公交车的 3 种排放污染物的
1 h 排放总量计算公式如下
第6期
郭
栋等:城市道路单向交通组织前后的环境效益评价
21
质量排放率相比较都有比较明显的降低具体表现
在 :3 种类型机动车的排放污染物质量排放率相对
车排放严重现状，将适合区域道路结构和交通特点 的单向改造作为区域交通管控手段;选择顺时针组
于改造之前均有所下降，其中轻型车和公交车的 m 质量排放率下降明显，分别降低了 1 1. 12% 和
织，作为设计方案，将延安大街、红旗街、万宝街及清
华路的双向通行变为单向通行，车道数保持不变;利 用 Q-Paramics 交通仿真软件进行了单向改造后交 通流仿真，并结合微观排放模型定量评价了单向改
造前后区域的机动车排放变化情况.结论如下: 1)单向改造后 3 种类型机动车的排放污染物质
15.30% ;中型车的
HC 和 NOx 质量排放率下降明
显，分别降低了 13.71 %和 15.30% ;公交车的 NOx
质量排放率也有 12.74% 左右的降低.
表3 区域内分车型瞬态排放率单向改造前后对比
Tab.3
车型
Comparison of mass emission rate of regional vehicle
CO/(mg/s)
HC/(mg/s) NOxl(mg/s)
量排放率相对于改造之前均有所下降，其中轻型车 和公交车的 m 质量排放率下降明显，中型车的 HC
和 NOx 质量排放率下降明显;公交车的 NOx 质量 排放率也有明显的降低.
2) 单向改造前后对比，区域机动车 3 种排放污
改造前改造后改造前改造后改造前改造后 2.2240 1. 9768
轻型车
中型车 公交车
0.2233 0.2121 0.6655 0.6244 3.19243.02480.32020.2763 0.20340.1723 4.8435 4.1024 1. 8053 1. 7952 18.708516.3254
4.2
区域排放总量优化
染物小时排放量均有所降低，区域内每小时机动车
排放总量降低了 4.62%.
对比实施单向改造前后区域排放总量的变化情
况如图 6 所示，实行单向改造后，区域机动车 3 种排
放污染物小时排放量均有所降低，小时排放总量降
低了 4.62%.
结果表明对区域路网进行合理的单向改造，是 一种在保持现有道路基础设施的前提下改善道路环
境质量的有效的方式.
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改善，发动机转速提高，燃料燃烧充分，将空燃比控
制于理论空燃比附近，因此机动车需要较小的输出
4 8
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cons山叩
、
M 『
功率，由此带来了 3 种排放物质量排放率的降低.
l I l l -
综上所述，红旗街一延安大街区域单向改造带 来了机动车运行工况的改善，使机动车处于较低的
比功率范围.带来了 3 种排放污染物质量排放率的 降低，并降低了区域机动车排放总量，有效减少了区 域的机动车排放污染.在保持现有基础设施不变的
情况下通过单向
改造可以有效的改善道路环境.
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