基于ISM模型山地城市干道交通系統運行效率評價

文鑫垚

（重慶通拓交通規劃設計有限公司，重慶 404100）

1 研究背景

山地城市以多中心組團城市為主，受地形條件的限制，各組團區域的功能性質不同，職住分離現象明顯，由此形成了山地城市通勤交通的主要特征：城市交通主要由各區域之間的貫通性交通和區域內部集散交通兩部分組成。隨著交通運行環境的變化，組團城市內部干道交通所呈現的問題也日益凸顯，在出行高峰時間段交通擁堵、交通運行效率低下已成常態。

交通運行系統是由人、車、路、環境以及交通信息等要素構成的一個復雜動態系統。系統各要素的相互作用以及要素的隨機性導致了整個交通運行系統的動態波動性。

根據文獻分析可知ISM 模型在系統要素評價中應用廣泛。因此本文擬通過ISM模型建立影響山地城市各區域內干道交通運行效率的各因素的層次結構，并將層次結構中的上層要素作為建立提高山地城市城市干道交通運行效率的改善模型的基礎。

2 影響山地城市干道交通運行效率的ISM 模型的構建

2.1 影響山地城市干道交通運行效率的因素分析

為了理清影響組團城市干道交通運行效率的主要因素，也需要從道路交通系統各個組成部分進行分析。

2.1.1 交通參者對交通運行效率的影響

在山地城市中如貴州、重慶等地，城市道路的非直線系數較大，彎道較多、坡度較陡，不利于輕型交通工具的出行。因此在山地城市中很少規劃有非機動車道，出行者多依靠公共交通、小汽車進行出行。而道路自身的容納量是有限的，無法滿足不斷增長的機動車出行需求，由此加重了交通需求與供給之間的矛盾。

2.1.2 車對道路交通運行效率的影響

車作為交通系統中的載體，是分析城市道路中交通運行效率的主要對象，在道路交通運行系統中不同的車輛構成比例會對交通運行效率產生不同的影響。山地城市交通組成較為單一，在城市的通勤交通中主要以小汽車和公共汽車兩種車型為主。而公共汽車的運行速度較慢，對交通運行效率的影響也是最大的。因此應在保證出行安全的前提下合理提高公共交通的運行效率。

2.1.3 道路環境對交通系統運行效率的影響

山地城市道路的基礎設施條件直接決定了車輛可能達到的最高車速，直接影響著道路斷面流量的變化情況。同時山地城市支路網密度嚴重不足，城市大多數小區、社會單位的開口也集中分布在干道沿線，都加重了干道的交通壓力。

綜述分析可知影響山地城市干道交通系統運行效率的主要因素包括：交通參與者的出行選擇偏好、道路上車輛的構成的比例、道路設計通行能力、道路的硬件設施條件、交叉口節點的個數、道路沿線小區開口處的出入交通量、節點處的信號配時、氣象環境、路段長度。在本文的后續分析中也主要將這幾個因素作為分析的基礎。

2.2 解釋結構模型的建立

2.2.1 ISM 模型基本思想

解釋結構模型分析法是利用圖論中的關聯矩陣原理來分析復雜系統的整體結構，是一種以定性分析為主的，把含糊不清的思想、看法轉化為直觀的、具有良好整體結構的幾何模型。

2.2.2 模型建立的基本步驟

根據提出的問題，確定構成系統的要素集合S，并將各要素編號，列出要素明細表，記作：

進行討論分析，找出各要素之間的直接關系，且引入如下的二元關系式：

以此建立各要素間的直接關系矩陣M，從而求得其可達矩陣，表示為：

式中：n—直接關系矩陣M 的階數。

通過可達矩陣T分解成兩個集合，分別表示為：R(s i)集合：包含由si可能達到的一切有關的要素集合；A(si)集合：包含一切有關系的要素可以達到si的集合。

最后通過計算R（si)和A(si)的交集，確定上位要素和下層要素，然后根據上位要素和下層要素，畫出系統的層次結構圖。

2.2.3 模型的建立與求解

分別用S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9表示交通參與者的出行選擇偏好、道路上車輛的構成的比例、道路設計通行能力、道路的硬件設施條件、交叉口節點的個數、道路沿線小區開口處的出入交通量、節點處的信號配時、氣象環境、路段長度。

根據ISM 模型的具體步驟，可得出該系統的直接關系矩陣，接著根據布爾運算規則通過MATLAB 編程可求得其可達矩陣，最后根據可達集合與先行集合的定義，利用MATLAB 編程得出上層元素集合為：｛S3,S4,S5,S9｝。根據此次計算結果可得出各層元素的分布，見下圖：

圖1 各要素之間的層次結構圖

3 山地城市交通效率的改善措施

分析交通參與者的出行偏好時可以轉向與小區匯入交通量的分析；在考慮路段長度和交叉口節點個數時，可以主要考慮節點處的信號配時。一般來說城市道路車輛延誤的主要來源在于各節點處的排隊等待時間，因此可以通過交叉口的渠化、交通組織形式的調整的達到優化交通運行效率的目的。

4 其他方面的改進的措施

（1）對山地城市多個節點實現干線協調控制，以系統延誤最小為目標進行優化；

（2）應改善公共交通的運營環境，對此類型的干道施劃公交優先道并配備相應的公交相位。由于山地城市受地形的限制，道路難以拓寬，若道路自身的通行能力不足以當前機動車的出行需求，則在施劃公交專用道時還應該配備相應的強制性措施，削減機動車的出行量。因為公交專用道會占用原有的道路資源，就會導致機動車所享有的道路資源更少，若實施不當可能會降低道路運行的安全性和打亂原有的交通秩序，引發社會矛盾。

5 總結

本文首先對影響山地城市干道交通運行效率的因素進行了分析，并基于ISM模型建立了各因素之間的層次結構。基于各因素之間的關系，本文提取上層關鍵要素，并針對性的提出了相應的改善的方案。