區(qū)域公路網(wǎng)分析與評價

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簡介： 本文主要介紹在對區(qū)域現(xiàn)狀公路網(wǎng)的分析與評價中，技術(shù)評價的主要特征及參數(shù)的計算與確定，從而對現(xiàn)狀公路網(wǎng)的功能和服務(wù)水平作出定量的評價表述。
關(guān)鍵字：現(xiàn)狀公路網(wǎng) 特征及參數(shù) 分析與評價

目前，在眾多的前期預(yù)工可研報告中，普遍存在對現(xiàn)狀公路網(wǎng)在技術(shù)方面的分析與評價不夠全面的情況，本文就起其技術(shù)評價中的四項特征指標(biāo)（道路特征、交通特征、服務(wù)水平、通達(dá)程度）作一般性的介紹，以便在今后的工作中對區(qū)域現(xiàn)狀公路網(wǎng)分析和評價的更加全面完善。其目的在于發(fā)現(xiàn)問題、準(zhǔn)確分析、評價現(xiàn)狀公路網(wǎng)的優(yōu)劣程度。運用道路與交通特征參數(shù)對公路網(wǎng)上的交通流與組成公路網(wǎng)道路特征及路網(wǎng)所提供的服務(wù)水平，從宏觀上給以定量表述，從而為公路網(wǎng)現(xiàn)狀評價、公路改建或新建項目的制定和實施提供更加充分的論據(jù)。四項特征指標(biāo)所包含的具體參數(shù)見圖1。

　　一、 四項特征指標(biāo)

　　1. 公路網(wǎng)交通流特征參數(shù)

　　 表述路段交通特征的物理量為路段交通特征參數(shù)，主要有交通量Q、交通密度K、車速V、車頭距h、通行能力C，其中Q、K、V為路段基本交通參數(shù)，這些集中反映了路段交通流的最基本特征。

　　公路網(wǎng)中每段道路由有限個路段組成，因此，整個公路網(wǎng)的交通特征與路段交通參數(shù)有直接的聯(lián)系，現(xiàn)用“網(wǎng)流量Qw、網(wǎng)車速Vw、網(wǎng)車流密度Kw來表述整個公路網(wǎng)的交通特征，稱之為公路網(wǎng)的基本交通參數(shù)。

　?、倬W(wǎng)流量：是指組成公路網(wǎng)中各路段交通量的加權(quán)（里程權(quán)）平均值，用Qw（輛/日、小時）表示，公式如下：

　　式中q_i——第i個路段上的交通量（輛/日、小時）

　　 L_i——第i個路段上的里程（km）

　　 L_w——公里網(wǎng)的總里程 （km）

　　 P_i——里程權(quán)（P_i＝L_i/L_w）

　　 根據(jù)（1-1）式可以計算出公路網(wǎng)中各類技術(shù)等級公路的網(wǎng)流量，如：國道Q_國、省道Q_省、縣道Q_縣的網(wǎng)流量。

　　 Q_國＝∑q_國i·p_國i

　　 Q_省＝∑q_省i·p_省i （1-2）

　　 Q_縣＝∑q_縣i·p_縣i

　　 式（1-2）中，Q_國、Q_省、Q_縣、p_國i、p_省i、p_縣i分別表示國道、省道、縣道的路段交通量和相應(yīng)的里程權(quán)。

　　容易證明：Q_W＝Q_國·P_國+Q_省·P_省+Q_縣·P_縣 （1-3）

　　式中：P_國＝L_國/L_W； P_省＝L_省/L_W； P_縣＝L_縣/L_W

　　其中：L_國、L_省、L_縣分別表示區(qū)域內(nèi)國道、省道、縣道的總里程。

　　網(wǎng)流量這一指標(biāo)從客觀上反映了整個公路的交通負(fù)載情況。

　?、诰W(wǎng)車流密度：是指某一時刻公路網(wǎng)單位長度路段上所擁有的車輛數(shù)。用Kw表示（輛/km），其公式如下：

　　 (1-4)

　　式中：N——某一時刻整個路網(wǎng)上的車輛數(shù)（輛）。

　　 K_i——第i個路段的交通密度 （輛/km）。

　　由式（1-4）知，網(wǎng)車流密度為各路段車流密度的加權(quán)平均值，權(quán)值同前。這一指標(biāo)反映了公路網(wǎng)上車流的密集程度。

　?、劬W(wǎng)車速：是指各路段上平均車速的調(diào)和平均值，用Vw表示（公里/小時）。公式如下：

　　式中：Vi－第i個路段上車輛（公里/小時）。

　　 Wi－第i個路段上車公里權(quán)（Wi＝q_iL_i/∑q_iL_i）

　　此參數(shù)是反映網(wǎng)流量在路網(wǎng)中運行快慢程度的指標(biāo)。

　　可以證明：網(wǎng)流量、網(wǎng)車速度及網(wǎng)車流密度有下列關(guān)系

　?、芫W(wǎng)行程時間：是指公路網(wǎng)上車輛行使單位里程所需的時間，用 Tw表示（小時/km），按下式計算：

　　以上是描述區(qū)域公路網(wǎng)中交通特征參數(shù)，具有實際意義，通過它們的計算可反映區(qū)域現(xiàn)狀公路網(wǎng)實際交通狀況。

　　2. 區(qū)域公路網(wǎng)道路特征參數(shù)

　　與交通特征參數(shù)相類似，道路特征參數(shù)與路段特征參數(shù)有直接關(guān)系，可以用道路技術(shù)等級Jw，網(wǎng)容量Cw和路面鋪裝率Rw表示

　?、?道路技術(shù)等級：是區(qū)域內(nèi)各級公路的加權(quán)平均值。公式如下：

　　 （1-8）

　　式中：J_i——第i個路段的技術(shù)等級，J_i取值一般為J_i＝0，1,2,3,4,5

　　對應(yīng)的公路是高速、一級、二級、三級、四級、等外。

　　 P_i——同前。

　　此項參數(shù)從總體上反映了區(qū)域路網(wǎng)的技術(shù)等級水平。

　?、诰W(wǎng)容量：實質(zhì)是網(wǎng)流量Qw達(dá)到最大值時的值，即

　　 Cw＝max{Q_W¹，Q_W²，Q_W³，……Q_w^k} （1-9）

　　式中： Q_w^k－－區(qū)域公路網(wǎng)中某一種交通狀態(tài)k的網(wǎng)流量。由于網(wǎng)容量與路段及交叉口的多少相關(guān)，但對于大多數(shù)等級公路來說，交叉口間距一般較長，因此在實際應(yīng)用時可不考慮交叉口的影響。網(wǎng)容量不應(yīng)大于組成區(qū)域路網(wǎng)各路段容量的加權(quán)平均值，即：

　　 （1-10）

　　對應(yīng)于6種道路等級，則

　　式中：C_i－第i個路段的容量（輛/日（小時））

　　 C_j－第j級公路的容量（輛/日（小時））

　　 P_j－第j級公路里程占區(qū)域總里程的比重。

　　 （1-11）

　?、勐访驿佈b率：一般指區(qū)域公路網(wǎng)中，有路面里程與總里程之比，用Rw表示：

　　 L_R－高級、次級路面里程（km）

　　 L_w－公路網(wǎng)總里程（km）

　　3. 區(qū)域公路網(wǎng)服務(wù)水平及其參數(shù)

　　服務(wù)水平就是反映道路交通給道路使用者提供服務(wù)質(zhì)量好壞的尺度指標(biāo)。一般用路網(wǎng)事故率、路網(wǎng)平均運輸成本、路網(wǎng)飽和度、里程飽和率這幾項參數(shù)來反映區(qū)域公路網(wǎng)的服務(wù)水平。

　?、?路網(wǎng)事故率，指車輛在公路網(wǎng)中行駛每億車次公里所發(fā)生的事故次數(shù)，用Aw表示，這項指標(biāo)反映了區(qū)域公路網(wǎng)的安全性，按下式計算：

　　 （1-12）

　　式中：A――路網(wǎng)中一年發(fā)生的事故次數(shù)。

　　 ――路網(wǎng)的年平均日車公里。

　　其中：Q_j－第j級公路的網(wǎng)流量。

　　 L_j－第j級公路的里程。

　?、?交通容量比（擁擠度）：指公路網(wǎng)流量與最大網(wǎng)容量之比值。用Sw表示。公式為：

　　 (1-13)

　　此項指標(biāo)表明路網(wǎng)的適應(yīng)性。一般情況下，當(dāng)：

　　a. Sw＝0.1～0.75時，表示交通暢通無阻，適應(yīng)性好。

　　b. 0.75<Sw≤1.0時，表示尚能適應(yīng)，但高峰時有阻車現(xiàn)象。

　　c. Sw>1.0時，表示不能適應(yīng)交通需求，嚴(yán)重阻車。

　?、?路網(wǎng)里程飽和率：指公路網(wǎng)中飽和度等于或大于1.0的路段長度與公路網(wǎng)總里程之比，用Zw表示即：

　　式中：L_i－第i個飽和路段里程（km）。

　　 L_w－同前。

　　4. 區(qū)域公路的通達(dá)程度

　　 區(qū)域公路網(wǎng)的通達(dá)程度，就是公路網(wǎng)中各個節(jié)點間的連接方便緊密程度情況，通常用路網(wǎng)密度、路網(wǎng)連通度和節(jié)點的通達(dá)性來表達(dá)。

　　 ①公路網(wǎng)密度：依據(jù)公路網(wǎng)所在區(qū)域的面積、人口、經(jīng)濟(jì)為基數(shù)來計算。分別稱為面積網(wǎng)密度r1、人口網(wǎng)密度r2、經(jīng)濟(jì)網(wǎng)密度r3和綜合網(wǎng)密度r4。公路網(wǎng)密度是一個宏觀指標(biāo)，正是從區(qū)域交通運輸經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，試圖闡明路網(wǎng)密度的適應(yīng)性。

　　 (1-15)

　　式中：L_W――公路網(wǎng)總里程（km）。

　　 A ――區(qū)域土地面積（km²）。

　　 P ――區(qū)域內(nèi)人口數(shù)（人）。

　　 E ――區(qū)域經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如：GDP（萬元或億元）。

　　 L_d ――路網(wǎng)等效里程（km）。

　　等效里程是以一般二級公路作為標(biāo)準(zhǔn)級公路，將其他技術(shù)等級的公路按車公里折算（用各級公路的通行能力計算車公里）為標(biāo)準(zhǔn)級公路時的相當(dāng)長度，計算公式如下：

　　 （1-16）

　　 式中：b_j ――j級公路一個車道的等效系數(shù)，見表1-1。

　　m_j ――j級公路的車道數(shù)（條）。

　　x_j ――j級公路的實際里程（km）。

　　m₂ ――一般二級公路的車道數(shù)（條）。

　　表1-1 等效系數(shù)換算表

公路等級高速1高速2一級二級三級四級等外m_j（條）6～8442222C_j（標(biāo)準(zhǔn)車）40000～500002750015000750040001500100b_j1.78～1.671.831.01.00.530.20.013

　　 ②路網(wǎng)連通度：是指構(gòu)成路網(wǎng)邊數(shù)與節(jié)點總數(shù)的比重，用D_W表示，計算式為：

　　 （1-17）

　　式中：H ――相鄰兩節(jié)點間的平均空間直線距離（km），。

　　A ――區(qū)域面積（km²）。

　　N ――區(qū)域內(nèi)應(yīng)連通的節(jié)點數(shù)。

　　 Z ――路網(wǎng)變形系數(shù)，其值與路線彎曲情況和節(jié)點分布的幾何形狀有關(guān)。

　　 L_W――同前。

　　 路網(wǎng)連通度的值在平均意義上反映了公路網(wǎng)節(jié)點連通的強(qiáng)度。當(dāng)D_W接近1.0時，路網(wǎng)布局為樹狀，各節(jié)點多為二路連通；當(dāng)D_W為2.0時，路網(wǎng)布局為方格狀，各節(jié)點多為四路連通；當(dāng)D_W大于3.0時，路網(wǎng)布局為三角狀，各節(jié)點為六路連通。

　　 ③節(jié)點的通達(dá)性：是度量一個節(jié)點與其它節(jié)點聯(lián)系難易程度的指標(biāo)，用D_k表示（k為節(jié)點標(biāo)號），其值一般用連接該點的網(wǎng)絡(luò)邊數(shù)表示，邊數(shù)越多，通達(dá)性越高。由于在公路網(wǎng)絡(luò)中，一條邊必須連接兩個節(jié)點，故不難證明各節(jié)點的平均通達(dá)性與公路網(wǎng)連通度有近似2倍的關(guān)系。

　　 以上主要介紹了反映公路網(wǎng)道路和交通特征參數(shù)的計算方法，由它們就可構(gòu)成公路網(wǎng)功能的技術(shù)評價指標(biāo)體系。

　　二、 區(qū)域公路網(wǎng)的綜合評價

　　 區(qū)域公路網(wǎng)建設(shè)與發(fā)展的目標(biāo)主要有兩方面，一是保證區(qū)域內(nèi)外的有效連通，促進(jìn)區(qū)域社會進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，二是滿足交通需求，提高運輸效益。區(qū)域公路網(wǎng)的評價，一般按照社會評價、經(jīng)濟(jì)評價和技術(shù)評價三個組成部分來分析。評價的方法分單項指標(biāo)法和綜合法兩種，而評價指標(biāo)的選擇與計算，是整個評價系統(tǒng)的共性問題，亦是影響評價結(jié)果的關(guān)鍵所在。對于技術(shù)評價而言，主要應(yīng)針對路網(wǎng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和使用功能，其基本要求歸納為三點，可選用以下單項技術(shù)指標(biāo)，即：公路網(wǎng)密度、網(wǎng)容量、網(wǎng)車速、行程時間、交通容量比（擁擠度）、路網(wǎng)等級、通行能力、里程飽和度、路網(wǎng)連通度、路網(wǎng)事故率等項指標(biāo)加以分析評價。

　　1. 單項指標(biāo)分析評價法

　　單項指標(biāo)分析評價法就是給各項指標(biāo)相應(yīng)于不同的適應(yīng)情況的標(biāo)準(zhǔn)，而后把計算求得的實際值與標(biāo)準(zhǔn)值相比較來確定各項指標(biāo)的適應(yīng)程度，最后得出有關(guān)結(jié)論。根據(jù)評價工作的需要，可以把區(qū)域公路網(wǎng)的適應(yīng)的評價語言，劃分為（好、較好、一般、較差、差）五種情況。評價標(biāo)準(zhǔn)的確定因素較廣，于人們的感受和主觀成份較大，不確定性顯著，部分指標(biāo)難以用固定的數(shù)值來度量。但為了便于在實際中應(yīng)用，根據(jù)專家調(diào)查結(jié)果，采用集值統(tǒng)計法，確定了以下幾項指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)（見表2）供參考。

　　其它指標(biāo)的評價，可根據(jù)有關(guān)規(guī)范中的技術(shù)指標(biāo)加以對比分析、論定。

　　表2 部分單項指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)

評價語指標(biāo)好較好一般較差差路網(wǎng)等級J_W<2.82.8～3.23.2～3.63.6～4.0>4.0擁擠度Y_W<0.60.6～0.80.8～1.01.0～1.2>1.2里程飽和度Z_W<0.150.15～0.250.25～0.350.35～0.45>0.45路網(wǎng)連通度D_W>2.52.0～2.51.5～2.01.0～1.5<1.0

　　2. 公路網(wǎng)適應(yīng)性的綜合評價

　　 因公路網(wǎng)的評價系統(tǒng)是社會評價、技術(shù)評價和經(jīng)濟(jì)評價三個子系統(tǒng)組成，而每個子系統(tǒng)又包含有若干個指標(biāo)，它們分別從某一方面表示路網(wǎng)系統(tǒng)方案的特性。各個單項指標(biāo)乃至一個子系統(tǒng)，均難以對公路網(wǎng)作出滿意的綜合評價，具有一定的模糊性，為此，應(yīng)對公路網(wǎng)整體作出客觀的優(yōu)劣評價，常用的方法是價值法，而在這種方法中，又有多種結(jié)構(gòu)模型，對現(xiàn)狀公路網(wǎng)的評價，則采用其中的模糊數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)模型較合理的模型。

　?、僦笜?biāo)域

　　 X＝{x₁，x₂，x₃ }

　　 評語域：

　　 Y＝{Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ Y₅}

　　是X×Y上的模糊關(guān)系矩陣，其元素r_ij表示第i個指標(biāo)相對于第j評語的隸屬度； A＝{a₁，a₂，a₃}是指標(biāo)X上的模糊向量，指標(biāo)權(quán)重；B＝{b₁，b₂，b₃，b₄，b₅}是評價語域Y上的模糊向量，評價結(jié)果，則稱式（2-1）模糊變換為綜合評價模型。

　　公式： B＝A*R （2-1）

　　取模糊矩陣的合成運算為一般矩陣的運算規(guī)則，根據(jù)最大隸屬原則，如有b_k＝max{b₁，b₂，b₃，b₄，b₅}則路網(wǎng)的綜合評價結(jié)果為Y_K（K=1，2，3，4，5），依據(jù)參數(shù)D_b＝b_最小＋b_次小 （2-2）

　　和模糊關(guān)系向量R_i{r_i1，r_i2，r_i3，r_i4，r_i5}就可以對公路網(wǎng)的綜合適應(yīng)性及各項指標(biāo)的適應(yīng)性作出進(jìn)一步的分析。上述綜合評價模型可按實際需要增減，對于現(xiàn)狀公路網(wǎng)的評價，取擁擠度、路網(wǎng)技術(shù)等級、連通度這三項指標(biāo)可以滿足要求。

　?、诠肪W(wǎng)的綜合評價，重點在于分析各項指標(biāo)相對于路網(wǎng)分布情況的模糊性，因此各項指標(biāo)的隸屬度，可按其在路網(wǎng)分布的實際情況來確定。參考表2中的評價標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)路網(wǎng)中路段的飽和度和技術(shù)等級在相應(yīng)范圍內(nèi)的里程分布比例，將路網(wǎng)連通度D_W的標(biāo)準(zhǔn)放大1.0倍，按照路網(wǎng)圖上通達(dá)性在這個標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)范圍內(nèi)的節(jié)點數(shù)與路網(wǎng)節(jié)點數(shù)的比值，即可圈定D_W的隸屬度，從而確定模糊矩陣R值。

　　權(quán)重系數(shù)的確定目的主要用來反映各項指標(biāo)的作用和不同影響，一般通過專家咨詢來確定，根據(jù)具體情況可分別采用專家小組或發(fā)表調(diào)查方法，把調(diào)查結(jié)果匯總整理后，即可得到各項指標(biāo)權(quán)重系數(shù)。

　　調(diào)查結(jié)果整理方法：

　?、?、平均數(shù)法

　　 （2-3）

　　式中：

　　――第i個評判指標(biāo)的平均權(quán)重。

　　――第j個專家給第i個指標(biāo)的權(quán)重所賦值。

　　m――咨詢專家數(shù)目

　　需要注意的是為了便于專家判別，只要求給權(quán)重賦值0≤a_ij≤1.0即可。

　?、?、中位數(shù)法

　　就是對固定的i將a_ij（1，2，3……m）按其值大小順序排列，則有

　　 m為奇數(shù)時（2-4）

　　 m為偶數(shù)時

　　式中：符號含義同前。

　　將用上述方法整理得到的各項指標(biāo)平均權(quán)重作統(tǒng)一化處理，便有其權(quán)重系數(shù)為：

　　 （2-5）

　　依據(jù)上述原理，通過發(fā)表調(diào)查方法即可得到公路路網(wǎng)飽和度、技術(shù)等級即連通度的權(quán)重數(shù)。

　　以上主要介紹了公路網(wǎng)的綜合評價方法，由這些即可對區(qū)域公路網(wǎng)做出較為全面的技術(shù)分析和綜合評價，從而為區(qū)域公路網(wǎng)是否需要進(jìn)行改建或新建提供更充分的論證依據(jù)。

　　參考文獻(xiàn)：

　　1. 《公路建設(shè)項目可行性研究報告編制辦法》 1996年

　　2. 《公路網(wǎng)規(guī)劃與設(shè)計》人民交通出版社 1995年

　　3. 日本《交通工程學(xué)》人民交通出版社 1994年

　　4. 玄北周等編《情報分析與預(yù)測》

　　5. 《中國公路投資優(yōu)選分析及可行性研究方法》世界銀行

　　6. 《統(tǒng)計學(xué)原理》