（管理科学与工程专业论文）城市道路交通网络性能评价研究.pdf

城市道路交通网络性能评价研究 学科：管理科学与工程 研究生签字：莒长色 指导老师签字：。衣擘 摘要 j l l flill ij i jt rli ji j i i l l rjjlljjillj y 17 5 013 6 城市道路交通网络由城市范围内的所有道路构成，是城市的基本骨架，是城市社会经 济活动和客货运输的载体。现有城市道路交通网络性能评价体系包括路网交通评价指标体 系和路网设施评价指标两个子体系。在已有的指标体系中，路网交通评价指标体系缺少对 城市道路坑堵塞能力的评价指标；路网设施评价指标中缺少动态指标，难于适用当前交通 网络经常发生堵塞的不确定情形。因此，需要从以上两个方面设计评价指标和算法，对 现有的城市道路交通网络性能评价体系进行弥补和扩充。 论文的主要工作和创新性成果如下： 1 、针对路网交通评价指标缺少对抗堵塞能力指标的研究，提出度量城市道路交通网 络的抗堵塞能力指标七抗堵塞系数，用以度量城市道路交通网络上，任意起讫点对的 问的最短路径当前边发生堵塞后，从最短路径当前节点再选择一条最短路径，如果再次选 择的最短路径当前边发生堵塞，则继续选择，直到选择了一条到终点的最短路径，假设当 前节点一共且依次发生了k 次堵塞，则依次删掉k 个堵塞边后得到的最短路径对原最短路 径的替代效果。在堵塞不可恢复情况下，分析了任意起讫点对、一条路径以及整个交通网 络上k 抗堵塞系数向量的性质，并给出k 抗堵塞系数的算法，以及算法复杂性，最后用 西安市局部交通网络进行了实例分析。 2 、针对路网设施评价中缺少动态评价指标的研究。从以下两个角度提出了动态连接度 指标。( 1 ) 在一时点上，交通网络中每条路段都表现为堵塞或不堵塞两种情况，因此，提 出基于交通网络每条边堵塞为二项分布的动态连接度定义，分析动态连接度指标的性质， 并设计动态连接度的算法，结合西安市不同区域的局部交通网络进行的实例计算、分析和 比较。( 2 ) 在假设交通网络未发生堵塞的总路段数在时f 白j o ，f 】内为随机分御的情形下， 提出动念连接度的定义。并分析了未发生堵塞的总路段数在时间 0 ，f 内，分别为正态分 布和均匀分布两种情况下动态连接度的性质，并结合对西安市局部交通网络进行分析和计 算。 城市道路；交通网络；k 抗堵塞系数；动态连接度 a b s t r a c t u r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ki sc o m p o s e do fa l lt h er o a d so ft h ec i t y , i st h eb a s i cs k e l e t o n o ft h ec i t y , i st h ec a r t i e ro fu r b a ns o c i o e c o n o m i ca c t i v i t i e sa n dt h et r a n s p o r t a t i o no fb o t h t r a v e l e r sa n dg o o d s t h ee x i s t i n gu r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e m i sn o tp e r f e c t ，a n di t sd i s a d v a n t a g e sm a i n l yl i ei nt h ef o l l o w i n gt w oa s p e c t s ：f i r s t l y ，e v a l u a t i o n s y s t e mo fr o a dn e t w o r kt r a n s p o r t a t i o nl a c k so fs t u d yo na n t i - b l o c k a g ei n d i c a t o r s ；s e c o n d l y , c o n n e c t i v i t yi n d i c a t o ri ne v a l u a t i o ns y s t e mo fr o a dn e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e i ss t a t i c ，i nt h e a b s e n c eo fd y n a m i ci n d i c a t o r s s o ，e v a l u a t i o ni n d i c a t o r sn e e dt ob ed e s i g n e df r o mt h ea b o v e t w oa s p e c t st oe v a l u a t et h ep e r f o r m a n c eo fu r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka n de x p a n dt h e e x i s t i n gu r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e m t h em a i nc r e a t i v er e s u l t so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w s ： 1 f o rt h ee x i s t i n gu r b a nt r a n s p o r t a t i o nn e t w o r kp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o ns y s t e ml a c ko f s t u d yo na n t i - b l o c kc a p a b i l i t y , ac o n c e p t ，k - a n t i b l o c k a g ec o e f f i c i e n ti sp r e s e n t e dt om e a s u r e t h ea n t i b l o c kc a p a b i l i t yo n at r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k i fo n c ea g a i nt h es h o r t e s tp a t hi sc h o s e d ， t h ec u r r e n te d g ec o n g e s t i o no c c u r s ，t h e nc o n t i n u et oc h o o s e ，u n t i ly o uh a v es e l e c t e do n eo ft h e s h o r t e s tp a t ht ot h ee n d t h ec o e f f i c i e n tg i v e st h er a t i oo ft h ed i s t a n c eo fo n eo ft h es h o r t e s tp a t h t ot h ee n dt h a ti so c c u r r e da f t e rk - t i m e sb l o c k a g e st os h o r t e s tp a t h t h e c h a r a c t e r so f k - a n t i b l o c k a g ec o e f f i c i e n ta r ea n a l y z e df o ra r b i t r a r yc o u p l eo fv e r t i c e s ，ar o a da n dan e t w o r k a na l g o r i t h mi sp r o p o s e da n di t sc o m p l e x i t yi sg i v e n a ne x a m p l eo fl o c a lt r a n s p o r tn e t w o r ki n x i a ni ss h o w nf o rt h ev a l i d i t yo ft h ea l g o r i t h m 2 f o rt h ec o n n e c t i v i t y i n d i c a t o ri nt h ee x i s t i n ge v a l u a t i o ns y s t e mo fr o a dn e t w o r k i n f r a s t r u c t u r ei ss t a t i c ，i nt h ea b s e n c eo fd y n a m i ci n d i c a t o r s t h i sr e s e a r c hp r e s e n t e dd y n a m i c c o n n e c t i v i t yi n d i c a t o r sf r o mt w oa n g l e s ( 1 ) a se a c hr o a di nt h et r a n s p o r t a t i o nn e t w o r ka r ew h e t h e rb l o c k e do rn o tb l o c k e d ， s u p p o s ee a c hr o a do ft h et r a n s p o r tn e t w o r ko b e yb i n o m i a ld i s t r i b u t i o n ，t h e d e f i n i t i o no f d y n a m i cc o n n e c t i v i t yi sp r o p o s e d ，t h ec h a r a c t e r so fd y n a m i cc o n n e c t i v i t yi sa n a l y z e d ，a n da n a l g o r i t h mi sg i v e n ( 2 ) a s s u m i n gt h a tt h et o t a ln u m b e ro ft h er o a d si nt h et r a f f i cn e t w o r kw h i c h w a sn o t b l o c k e di nt i m e 【0 ，t 】i ss u b j e c tt or a n d o md i s t r i b u t i o n ，c o n n e c t i v i t yi ss t u d i e d a s s u m i n gt h a t t h et o t a ln u m b e ro ft h er o a d sw h i c hw a sn o tb l o c k e do b e yn o r m a ld i s t r i b u t i o na n du n i f o r m d i s t r i b u t i o n ，r e s p e c t i v e l y , t h ed e f i n i t i o no fd y n a m i cc o n n e c t i v i t yi sg i v e n ，t h ec h a r a c t e r so f d y n a m i cc o n n e c t i v i t yi sa n a l y z e d a ne x a m p l eo f l o c a lt r a n s p o r tn e t w o r ki nx i a ni ss h o w n k e y w o r d s ： u r b a nt r a n s p o r t a t i o n ：t r a n s p o r t a t i o nn e t w o r k ；七- a n t i b l o c k a g ec o e f f i c i e n t ； d y n a m i cc o n n e c t i v i t y 目录 1 引言1 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外相关研究综述3 1 2 1 路网设施评价指标4 1 2 2 路网交通评价指标7 1 3 相关基础理论8 1 3 1 组合最优化8 1 3 2 算法与计算复杂性9 1 3 3 数学期望1 2 1 4 研究内容与研究框架1 4 1 4 1 研究内容1 4 1 4 2 研究框架16 2 城市道路抗堵塞能力评价指标设计与计算17 2 1 城市道路交通网络k 抗堵塞系数1 8 2 1 1 城市道路交通网络k 抗堵塞系数的定义1 9 2 1 2 城市道路交通网络k 抗堵塞系数的性质2 l 2 2 城市道路交通网络k 抗堵塞系数的算法2 3 2 2 1k 抗堵塞系数的算法2 3 2 2 2k 抗堵塞系数算法复杂性分析2 5 2 3 西安市新城区局部交通网络实例分析2 5 2 3 1 西安市新城区2 个局部道路交通网络抗堵塞能力比较2 6 2 3 2 西安市新城区局部路网增加路段前后抗堵塞能力比较2 9 2 4 本章小结3 2 3 城市道路交通网络动态连接度指标设计与算法3 4 3 1 基于城市道路交通网络每条路段堵塞为二项分布的动态连接度3 6 3 1 1 交通网络每条路段堵塞为二项分布的动态连接度定义3 6 3 1 2 交通网络每条路段堵塞为二项分布的动态连接度性质3 7 3 1 3 交通网络每条路段堵塞为二项分布的动态连接度算法3 8 3 1 4 西安市3 个区域局部交通网络实例分析3 8 3 2 基于城市交通网络未发生堵塞总路段数为随机分布的动态连接度4 3 3 2 1 交通网络未发生堵塞总路段数为随机分布的动态连接度定义4 3 3 2 2 交通网络未发生堵塞总路段数为随机分布的动态连接度性质4 5 3 2 3 西安市新城区和碑林区局部交通网络实例分析4 5 i 3 3 本章小结4 8 4 结束语5 0 4 1 主要研究工作及创新性成果5 0 4 2 需要进一步研究的问题5 2 参考文献5 3 攻读硕士学位期间发表的论文。5 6 攻读硕士学位期间参加的科研项目5 7 致j 射5 8 学位论文知识产权声明。5 9 学位论文独创性声明6 0 l 引言 1 1 研究背景与意义 1 引言 城市道路交通网络由城市范围内的所有的道路构成，是城市的基本骨架，是城市社会 经济活动和客货运输的载体。随着社会经济的发展和城市规模不断的扩大，城市道路交 通网络的结构是否合理，直接关系到城市工农业生产、交通运输、城市居民生活、建筑物 布置和城市环境保护等各个方面的运行。1 1 】城市交通网络性能的好坏直接关系到运输载体 的效率高低，如何更加完善的评价城市交通网络性能的好坏成为热点问题，引起众多国内 国外学者的关注。 我国现有的城市道路交通网络形成，都是在一定的社会、历史条件下，结合当地的自 然地理环境，适应当时的政治、经济、文化大发展和交通运输的需求演变过来的。现有的 城市道路网络结构有多种形式，一般将其归纳为四种典型的道路网络结构形式：方格网式 道路网、环形放射式道路网、自由式道路网和混合式道路网。怛j ( 1 ) 方格网式道路网是 最常见的一种路网布局，几何图形为规则的长方形，即每隔一定的距离设置接近平行的干道， 在干道之间布置次要道路，将用城市分为大小适合的街坊。国内具有典型方格网路网布局 的城市，如西安、北京旧城，还有其他一些历史悠久的古城，如河南洛阳、山西平遥、南京旧 城等，国外如同本的京都等。【2 】( 2 ) 环形放射式道路网，一般都是由旧城中心区逐渐向外 发展，由旧城中心向外映出的放射干道的放射道路演变而来成放射式城市，再加环路形成， 这种路网结构具有原始形式。在国内具有环形放射道路网的典型城市有天津、成都等；在 国外的莫斯科、巴黎也是这种典型路网城市的代表。【3 】( 3 ) 自由式道路网，以结合地形 为主，道路弯曲无一定的几何图形。在国内典型自由式路网的城市在国内重庆市。( 4 ) 混 合式道路网也称综合式道路网，是上述三种道路网形式的结合，既发扬了各路网形式的优点， 又避免了它们的缺点，是一种扬长避短较合理的形式。典型混合式路网的城市是首都北京 市。1 4 传统城市道路网规划指标遵循城市道路交通规划设计规范( 以下简称规范) 中 的规定，城市道路分为快速路、主干道、次干道和支路4 类；城市道路用地面积应占城市建 设用地面积的8 1 5 ( 对于规划人1 2 1 在2 0 0 万以上的大城市，宜为1 5 2 0 ) ；规划城市 人均占有道路用地面积宜为7 1 5 聊2 ，其中道路用地宜为6 o 1 3 5m 2 3 , ，广场面积宜为 o 3 0 5m 2 3 , ，公共停车场面积宜为0 8 1 0m 2 3 , 。【4 】在我国，长期以来城市人均面积一直 处于低水平的状态，近十年有了较快的发展，人均面积由2 8 平方米上升到6 6 平方米。 尽管其增长幅度较快，仍赶不上城市年均2 0 的增长速度，交通堵塞现象呈现普遍加剧 的趋势。据统计分析，大城市中心区的车辆的行驶速度仅为2 0 公罩：5 时左右，交通堵 塞在时间与空间上均呈现蔓延之势。上海市干道网的平均饱和度达到0 9 ，广州市干道车 两安j j ：业人学硕十学位论文 速小于2 5 公罩，j 、时的道路密度达到了1 2 5 。i lj 1 5 j 汽车保有量迅速增加，而自行车保有 量却不断下降，城市道路交通正从以往的混合交通向汽车交通演变。城市发展方向的变化 和结构的调整，引起了道路网络形态的变化。外围公路网络的发展，尤其是高速公路网络 成为区域公路主骨架，迫使城市出入口道路等级相应提高。城市规模与结构、交通机动化 与汽车保有量、外围高速公路与区域经济一体化等主要条件发生了巨大变化，使原有的道 路网络规划难以适应发展的要求，必须对道路网络规划进行深化调整。1 6 】 在中国城市由于历史性的原因，造成了建造不当，各个城市之间的路网规划和道路建 设缺乏科学性和合理性，要想在很短时间内改变包括上千万人口和几百平方千米的城市现 有结构难度很大，更何况城市规划和道路建设投入耗资巨大。随着经济社会的快速发展， 各大城市交通拥堵的现象同益严重，城市交通的供需矛盾也日益突出，在以前，城市对交 通运输的要求比较低，私家车没有那么多，随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快 发展，原来的对城市交通提出的要求，已经不能满足社会经济的发展，城市人口的急剧增 长，城市中心区的高密度开发和人口的高度集中，城市边缘化和远郊城市化的发展，将带 来大量新的长距离出行，城市交通需求在总量和构成形态上将产生新的变化，随之导致了 大量的城市交通堵塞，交通事故的不断增加，环境污染的加剧等问题也同益严重，已经成 为制约城市经济进一步发展的瓶颈。【7 j 城市道路交通网络是城市的重要组成部分，无论是发达国家还是发展中国家，许多城 市道路的交通拥堵现象同益严重，已经不能满足运输和出行要求，不仅是因为燃料的耗费 和车辆工作时间的缩短直接降低了公路运输的经济效益，而且由于排放大量汽车尾气和噪 音以及对被车辆的时间延误，都给城市造成了大量的关联经济损失。 另外一方面，长期以来在城市道路网规划建设中，城市中往往重视快高速路和主干道 路网规划建设，而忽视城市次干道和支路网的规划建设，导致我国城市道路网等级级配很 不尽合理。这成为我国大城市在城市道路规划过程中的通病，通过国外城市道路建设的经 验来看，从快速路到支路，路网合理的级配应该是“金字塔”形，而我国很多城市的路网 结构却是“倒三角”，普遍缺少支路，并且支网的密度指标同国际指标差异很大，远小于 城市道路规划设计规范的要求。进行城市交通网络布局规划，城市规划部门必须处理 好以下几层关系：( 1 ) 城市交通网络布局与城市空间结构布局的关系；( 2 ) 交通网络布局与 自然地理、风景名胜古迹的关系；( 3 ) 道路网布局与其他运输线网布局的关系；( 4 ) 城市道 路网内部结构与布局。i s j 城市交通网络性能评价应该遵循定性与定量相结合的原则；点、线、面分层协调的原 则；静态评价与动态评价相结合的原则城市路网级配不合理，就会导致城市道路交通功能 的紊乱，交通生成点与干路系统缺乏过渡性连接设施，我国城市交通主要集中在几条贯通 性主干路，不仅不利于分流系统，也不利于出行距离交通的相互分离，更不利于城市不同 类型道路交通功能的发挥。【8 】其主要表现为城市交通该快不快，该畅通不畅通，长距离的 交通与短距离的交通重叠，机动车交通流与非机动车交通流，机动车穿越城市道路、机动 2 1 引言 车交通穿越市中心区，大片居住区成为公交盲区，商业中心公交、自行车、行人出行没有 方便感、安全感等。i l 】 9 1 如何提高公路运输的硬件水平，如何规范公路运输的管理，一定将会在很大程度上缓 解由于道路堵塞带来的不利影响。但是由于各个方面的原因，中国的许多城市建筑布局和 城市道路交通网络的建设的科学性和合理性不足，所以要想在很短时| 、日j 内改变现有城市交 通网络的难度相当大。因此，如何在现有的公路设施和道路交通网络条件下，做好运输路 径选择决策，降低交通拥堵带来的费用损失，显得具有更为重要的现实和长远意义。 现有城市道路交通网络性能评价体系并不完善，主要表现为以下2 个方面：第1 方面是 指标主要为静态的，不能适应目前不确定环境对交通网络带来的影响，交通网络不确定性 主要有( 1 ) 交通事故不时发生，城市道路改造、维修和扩建随时进行，自然灾害发生造 成的交通设施瘫痪难于防备等等这些不确定因素，使交通网络的结构也随时都会发生不确 定变化；( 2 ) 运输决策者由于决策者在信息获取手段的有限，对交通堵塞出现的时i 日j 和 位置无法提前预知，难以制定出好的运输路径选择策略。【lo 】第2 方面是城市道路交通网络 的堵塞现象同益突出，带来的经济和社会损失越来越大，而目前的对于城市道路交通网络 的评价体系缺少对城市道路抗堵塞能力的评价研究。因此，需要从以上两个方面设计评价 指标对城市道路交通网络的性能进行评价，进而对现有的城市道路交通网络性能评价体系 进行扩充。 由于现有城市道路交通网络性能评价体系中并不能科学的、完善的评价城市道路交 通网络性能，本研究提出动态的连接度评价指标和城市道路抗堵塞能力指标，以及指标的 算法，弥补现有的城市道路网络性能评价体系的不足，完善了评价体系。所以本研究有重 要的意义：不仅可以为决策者进行路径选择提供重要的依据；而且可以为交通管理人员制 定合理交通流量分配方案和道路规划部门的道路建设提供建议。 1 2 国内外相关研究综述 现有城市道路交通网络性能评价体系主要涉及路网设施评价和路网交通评价两个方 面( 见图1 1 ) 。下面将逐一介绍： 两安1 ：业人学硕十学位论文 图1 1 ：现有城市道路网络评价指标体系 1 2 1 路网设施评价指标 路网设施指标反映道路网的量及空间均匀性。 1 ) 道路网密度和干道网密度。在对道路网密度和干道网密度的研究中，杨佩昆、王 若森等研究人员指出：道路网密度是指城市道路总长度与城市用地总面积之比，干道网密 度是指城市主次干道总长度与城市用地面积之比。这两个指标既能体现城市道路网建设数 量和水平，又能反映城市路网布局质量的合理与均衡。【l l j 道路网密度有一定范围，不能过稀或过密：道路网密度过大，会增加建设投资并造成 交叉口过多，影响车辆行驶速度和干道通行能力；道路网密度过小，会使客、货运输或穿 越街坊，增加居民出行时间。确定道路网密度时应遵循以下的原则。( 1 ) 从交通角度考虑， 道路网密度不能过稀，不能过密。( 2 ) 要兼顾交通与生活居住等各方面的要求。( 3 ) 每个城市， 根据地区不同、交通管理控制方式不同，道路网密度亦不同。( 4 ) 特殊城市或地区，可以 另作考虑。一般情况下每2 0 0m 有一个交叉口，会感觉交叉口过密，交叉矛盾太多，对 车辆行驶及交通管理都很不方便：而8 0 0 1 0 0 0m 才有一个交叉口，对于居住小区和街坊 居民的出入往来不够方便，因此，为了有利行人及车辆的行走和行驶，道路交叉口间距为 3 0 0 8 0 0m 。i t 2 】 不同区域的道路网密度如下。 a 中心区道路交叉口间距为3 0 0 - - - 4 0 0m ，道路网密度为5 6 o n k m 2 。 b 市区中部道路交叉口间距为5 0 0m 左右，道路网密度为4k m k m 2 左右。 c 市区外围道路交叉口间距为6 0 0 8 0 0m ，道路网密度为3k m k m 2 。 d 全市平均道路网密度为蛳砌砌2 。 【1 2 】 2 ) 道路网面积密度。在对道路网面积密度的研究中，胡程等研究人员认为：道路网 4 1 引言 密度是指某城市所有道路长度和宽度乘积之和与该城市建成区用地面积之比，能综合反映 一个城市对道路的重视程度及道路交通设施的发达程度，但不能体现道路分布状况和布局 质量是否合理和公平。道路网面积密度既能体现城市道路网建设数量和水平，又可反映城 市道路网布局质量。1 1 3 j 3 ) 人均道路面积。又称人均道路用地面积或道路占用率。在对人均道路面积的研究 中，陆建等研究人员指出：人均道路面积是指城市道路用地总面积与城市总人e l 之比1 1 4 j 研究成果表明，不同交通方式占用的道路面积是不同的，不同交通结构状态下，需要的 人均道路面积也不相同。城市的地理条件、生活习惯、城市规模、经济水平等许多因素影 响着城市交通结构，其相应条件下的人均道路面积应有所区别。总体而言，以自行车交通占 较大比重、多种交通方式共存的交通结构为主体的中国城市所需要的人均道路用地面积同 以小汽车交通为主体的发达国家城市所需要的人均道路面积是不同的，不必一味追求高水 平的人均道路面积，而应以满足交通需求下的最小道路面积为目标。人均道路用地面积受 城市交通方式的直接影响，根据城市交通方式和不同交通方式常速时占用道路空间，可以 测量城市人均道路面积。1 1 4 | 4 ) 道路网等级结构。在以往对道路网等级结构的研究中，王建军、李朝阳、陆健等 研究人员指出：快速干道是为长距离机动车出行服务的道路，主干道是城市中主要的常速 交通性道路，主要为中长距离运输服务；次干道是城市内部各功能组团及分区内的主要交 通集散道路，支路在交通上起汇集作用。从快速干道到支路，对通过性的要求逐步降低，对可 达性的要求逐步提高i l 圳 长期以来中国城市道路建设中，重视干路，轻视支路，城市道路网等级结构没有形成 合理的“金字塔”型，而是形成“倒三角型或“纺锤”型，普遍缺少次干道和支路，其 中又以支路的缺乏更为突出。【1 4 】道路等级结构在道路规划建设中应给予高度重视，逐步改 变目自订城市中普遍存在的不合理道路网等级结构。一般大城市快速干道、主干道、次干道、 支路罩程比例可采用1 ：2 ：4 ：8 ，中等城市主干道、次干道、支路的里程比例可采用1 ：2 ： 4 小城市干道和支路的罩程比例可采用l ：2 。【l 6 j 5 ) 非直线系数。在对非直线系数的研究中，杨涛、钱学娟等研究人员指出：非直线 系数是指网络中两节点间的实际道路长度与两点间空中直线距离之比，如果以时间或费用 为标准，则非直线系数为两节点i b j 的实际时间或费用与两点的、间空中直线距离所要消耗 的时间或费用之比7 1 。有的研究学者将整体的非直线系数分成静态的非直线系数和动态 的非直线系数来分析，动态的非直线系数是在静态的非直线系数的基础上考虑了o d 交通 量的因素，相当于以o d 交通量为权的赋权非直线系数，其公式分别表示为： r 。= 2y j ，一 f = 1 n ( ，z 一1 ) 两安 ：业人学硕十学位论文 v r ，t ，j i = l + 1 r ， i=ij=，+i 上式中：r s 、r o 分别为整体的静态非直线系数和整体的动态非直线系数；r ，为f ， 区间的非直线系数；z ，为由f 区到，区的5 0 0 x4 0 量；n 为交通小区数量。 非直线系数可用来衡量道路网的便捷程度，影响路网的合理性。对一条干道或公共交 通路线，评定其是否合理便捷，要求其非直线系数不大于1 4 1 即不出现有反向迂回的线路， 尽量控制在1 1 1 2 之间为最好。 路网非直线系数是影响路网经济效益的主要指标，该值越大，说明居民出行需要绕行 的距离越长，路上花费的时间和费用越多。 6 ) 可达性系数。在对可达性系数的研究中，陆建等研究人员认为：可达性系数用来 评价各交通区内到达干道网的便捷程度，就某一交通区而言，可达性系数是指该区范围内 干道网长度与区中心至四周干道最短路径之和的比值，整个城市干道网的可达性系数可用 各交通区可达性系数的平均值来表示。1 1 8 1 其公式表示如下： l 口 = ，竹 y三 j ，一 ，= l ， 4 yd 一i 式中：2 为可达性系数；，为f 交通小区范围内干线道路长度( k m ) ；m 为交通小区 数；以为f 交通小区至四周某一方向干道的最短路径( k m ) 。 对可达性的进一步研究中，研究人员并提出了有关计算方法；杨涛、郭秀成等研究人 员重新定义了可达性，并将可达性评价方法加以扩展，提出了可达性、易达性、通达性等 多种指标；曾松和杨佩昆考虑了城市规模、城市形状和城市道路网络建设水平，提出了相 对可达性指标。 城市道路的交通功能是为人们出行活动提供条件，城市道路系统能否充分、高效、平 衡、协调地满足，人们出行活动要求，是交通系统功能优劣的直接体现，“可达性”是判断 交通系统性能的重要标准。 7 ) 路网连接度。在对路网连接度的研究中，万绪军等研究人员认为：路网连接度指 数是与路网总的节点数和总的边数有关的指标，用来衡量路网的成熟程度。连接度指数越 高，表明路网断头路越少，成网率越高，反之则表明成网率越低。其公式表示如下： j=兰丝 n 式中：，为道路连接度指数；n 为道路网节点数量；以为第f 节点所邻接的边数；m 为道路网总边数( 路段数) 。根据相关的资料，国内中小城市的路网连接度值应在3 2 3 5 6 1引言 之间，而大城市则应在3 6 3 9 之间。网络连接度指标只是从路网整体角度来体现其成熟 程度，而对于具体交叉口而言，并非连接的边数越多越好，因为连接的边数越多，交叉口 越复杂，交通组织越困难。【i 州 1 2 2 路网交通评价指标 路网交通评价指标反映道路网的质量及服务性，现行规范中对规划道路交通质量 并没有明确规定，具体城市进行规划研究时通常采用道路网行程车速、道路网平均饱和度、 平均延误等表示交通质量。 1 ) 行程车速。在对行程车速的研究中，钱学娟等研究人员指出：行程车速是车辆行 驶的距离除以总行程时间，行程时间包括行驶时i 日j 和中途受阻时的停车时间。行程车速是 评价城市道路运行质量最重要的指标，也是出行者直接感受到的交通质量指标。主干道平 均车速可以根据城市规模的不同而不同，一般应达到2 8 3 4 砌h 以上。【2 0 】【2 l 】 2 ) 饱和度分析。在对饱和度分析的研究中，邹志云等研究人员认为：饱和度主要指 路段饱和度，是指路段实际高峰小时交通量与设计通行能力的比，可用于表述路段的拥挤 程度及路段的服务水平。利用饱和度可以方便的评价道路设施的服务水平，是评价路段服 务水平的重要指标。同时该指标反映了路网对交通量的适应能力。路段饱和度的公式表示 如下：【2 l 】 丁= l ， n 式中丁为路段的饱和度，v 为路段的实际流量，为路段设计的通行能力，城市路 段的设计通行能力可以根据一个车道的理论通行能力修正而得。 饱和度主要指路段饱和度，是评价路段服务水平的重要指标。饱和度的一个主要优点， 就是能够将道路设施运行状态定量化，增强评价结果的规范性。1 2 2 j 城市道路路段设计通行能力( 实用通行能力) 根据一个车道的理论通行能力进行修正 而得。对理论通行能力的修j 下包括车道数、车道宽度、自行车影响以及交叉口影响4 个方 面。根据中国现阶段情况，建议主要用道路网平均饱和度、主干道平均车速、平均行车延 误和交叉口e 、f 级服务水平比重等指标考察道路网服务水平。道路网平均饱和度根据 路网中各个路段饱和度加权进行计算。一般来说，道路网平均饱和度处于0 5 0 7 之问比较 合适，既不影响车辆行驶的通畅性，又不至于造成资源浪费。平均行车延误根据城市规模可 以有不同的标准，一般中、小城市应低于3 0 4 0s 砌，大城市应低于5 0 6 0s 砌。从保证 道路网整体效率发挥的角度考虑，交叉口e 、f 级服务水平比重应控制在5 以下。1 2 3 j 3 ) 抗堵塞系数。抗堵塞系数是苏兵等研究人员就如何评价城市交通网络的抗堵塞能 力而提出来的。在他们的具体研究中，首先给出了交通网络上任意起讫点对之间的最短路 径出现堵塞后，这一起讫点对之间的可替代路径的长度与该起讫点对最短路径长度之间的 比例关系，然后对一系列起讫点对的抗堵塞系数进行比较和分析，进而得出一条路径和整 两安r 业人学硕十学位论文 个网络的抗堵塞系数向量，以度量整个交通网络的抗堵塞能力，分析了交通网络上任意起 讫点对之间、一条路径上和整个交通网络的抗堵塞系数的性质，并对抗堵塞系数设计了算 法，分析了算法复杂性为o ( n 3 ) 。 2 4 j 4 ) 相异路径。即在道路交通网络上任意点对之间生成多条不同路径，使得决策者在 出发前拥有较多的路径选择方案。【2 4 】相异路径法是一种偏于静态的研究方法，适用于在 运输车辆出发前就已经获知堵塞信息，故可选择其他可替代路径的情形。实际中运输车辆 按照任意一条路径行进的过程中都有可能再次遇到堵塞的发生，使得这条路径失效。因此 相异路径并不能解决路径突发性阻断的路径选择问题。相异路径( d i s s i m i l a rp a t h ) i b 题研究 的是在给定的运输网络中，找出某对原节点之间有空间上差异的路径。主要用于原来的最 优路径因气候等原因不可用时的路径决剩2 5 】。求解该问题的主要算法有( 1 ) 由最短路径算 法的扩展所产生的次最短路径、再次最短路径等算法，以及k 最短路径算法。p 扩散问题 可对k 最短路径算法产生的替代路径集合应用任一p 扩散算法( p p ( 咋) + 则把丁( v ，) 修改为p ( k ) + ，把旯( v ，) 修改成七，否则进入下一 步 步骤4 ：令d 。，v ) = p ( v ) ，即点d ( v ，v ) = t ( v ) 是丁标号值最小的点， 如果t ( v j ，) 0 为常数，则称x 服从参数为，万2 的j 下态分布，也称高斯分布， ( 卜) 2 正态分布的分布函数为f ( x ) 2 而1 p 2 8 z d t ，一o o x o o 。幽1 b 特征 服从j 下态分布的变量的频数分布由d 、万完全决定。 ( 1 ) l 是正态分布的位置参数，描述j 下态分布的集中趋势位置。正态分布以x = t 为 对称轴，左右完全对称。正态分布的均数、中位数、众数相同，均等于。 ( 2 ) 万描述正态分布资料数据分布的离散程度，万越大，数据分布越分散，万越小， 数据分布越集中。也称为是正态分布的形状参数，万越大，曲线越扁平，反之，万越 小，曲线越瘦高。 c 标准正态分布 ( 1 ) 标准正态分布 是一种特殊的币态分布，标准正态分布的和龟为0 和l ，通常用孝表示服从标 准正念分布的变量 ( 2 ) 标准化变换 若原分布服从正态分布，就服从标准正态分布，通过查标准正态分布表就可以 直接计算出原正态分布的概率值。故该变换被称为标准化变换。 ( 3 ) 标准正态分布表 标准正念分布表中列出了标准正态曲线下从一0 0 到x ( 当f j f 值) 范围内的面积比 例。 2 s 1 两安i ：业人学硕 学位论文 ( 4 ) 均匀分布 1 0 ，其他 如果随机变量x 的概率密度函数为f ( x ) = 1，则称x 服从从区i 日j 【口，b 】 l 一，口 x d l b a 上的均匀分布，其中a ，b 是常数，口 b 。 2 8 】 1 4 研究内容与研究框架 1 4 1 研究内容 1 ) 研究主要工作 本文韵主要工作体现在以下2 个方面： a 在参考文献2 4 中具体讨论了路网交通评价中抗堵塞能力指标，即交通网络 中最短路径上当前边只发生堵塞1 次，且堵塞是不恢复的的情况下，研究城市道路 交通网络的抗堵塞能力。但是如果交通网络上最短路路径上当前边发生堵塞，则从 最短路径当前节点再选择一条最短路径，如果再次选择的最短路径当前边发生堵塞，则继 续选择，直到选择了一条到终点的最短路径，假设当前节点一共且依次发生了k 次堵塞， 交通网络的抗堵塞能力怎么样? 如何评价? 原有的对城市道路交通网络的抗能力指标 一一抗堵塞系数就失效了。 在这篇文献的基础上，首先提出了衡量城市道路交通的抗堵塞能力指标一一k 抗堵塞系数，即用以度量城市道路交通网络上，任意起讫点对的问的最短路径当前边发生 堵塞后，从最短路径当前节点再选择一条最短路径，如果再次选择的最短路径当前边发生 堵塞，则继续选择，直到选择了一条到终点的最短路径，假设当前节点一共且依次发生了 k 次堵塞，则依次删掉k 个堵塞边后得到的最短路径对原最短路径的替代效果。分别从交 通网络上任意起讫点对、一条路径上和整个交通网络角度进行定义，然后给出交通 网络上任意起讫点对k 抗堵塞系数、一条路径上k 抗堵塞系数向量和整个交通网络 上k 抗堵塞系数的性质，并设计交通网络的抗堵塞能力指标一一k 抗堵塞系数算法 和算法复杂性，最后对西安市实际局部网络的抗堵塞能力计算、分析和比较。 b 在参考文献2 0 中讨论了路网设施评价中的城市道路交通网络中节点和边之 间关系的指标一一连接度指标。由于城市交通网络的不确定性( 存在发生堵塞的可 能) ，则交通网络的点和边具有不确定性，则如何度量城市道路交通网络中的节点 和边之间的关系? 本文就此展开研究，提出了考虑交通网络存在堵塞的情况下，度量城市道路交 通网络中点和边之间关系的指标一一动态连接度，并给出了动态连接度指标的性质， 设计算法，最后以西安市实际局部交通网络为例，进行城市道路交通网络中点和边 之间关系的研究。 2 ) 研究思路 1 4 1 引言 a 首先对城市道路交通网络的进行分析，提出衡量城市道路交通网络抗堵塞能 力指标一一k 抗堵塞系数，给出指标的性质和设计算法，最后用西安市局部网络进 行抗堵塞能力计算、分析和比较。 b 然后给出城市道路交通网络中边出现堵塞假设条件下，提出了衡量城市道路 交通网络点和边的关系的指标一一动态连接度指标。从2 个方面对城市道路交通网 络的动态连接度进行研究。 ( 1 ) 基于交通网络每条路段堵塞为二项分布的动态连接度，给出了相应的定义， 以及动态连接度的性质，并设计了动态的算法，利用计算机的程序实现，最后对西 安局部交通网络的动态连接度进行分析。 ( 2 ) 基于交通网络未堵塞总路段数为随机分布的动态连接度，首先未堵塞总路段 数为随机分布的动态连接度定义，然后假设随机分布规律为正态分布和均匀分布， 分别给出动态连接度的定义，性质，最后用西安市实际局部网络为例，分析该交通 网络的动态连接度。 3 ) 研究内容 第一章概述问题的研究背景，综述国内外的相关研究结果，给出了论文的研究 思路和研究内容。 第二章针对以往城市道路交通网络性能评价体系指标中路网交通评价中，缺少 对城市道路抗堵塞能力方面的研究。 本章提出了一个度量城市交通网络的抗堵塞能力的指标一一k 抗堵塞系数，用 以度量城市道路交通网络上，任意起讫点对的间的最短路径当前边发生堵塞后，从最短路 径当自 节点再选择一条最短路径，如果再次选择的最短路径当前边发生堵塞，则继续选择， 直到选择了一条到终点的最短路径，假设当前节点一共且依次发生了k 次堵塞，则依次删 掉k 个堵塞边后得到的最短路径对原最短路径的替代效果。对首先给出了交通网络上任