（载运工具运用工程专业论文）基于组合交通仿真模型的交通拥堵研究.pdf

摘要 交通拥堵是当今世界各大城市的通病，重庆也不例外。交通拥堵是城市公害， 影响社会经济发展、人民生活等许多方面。城市交通拥堵治理是一项非常复杂的 系统工程，文章提出将三种交通仿真模型进行组合的思想来解决交通拥堵问题， 为解决交通拥堵提供了新的研究方法，具有一定的理论价值和实际应用价值。 首先，文章探讨了交通仿真相关理论知识，并对交通仿真模型进行比较分析。 其次，在现状交通调查和规划年控制性详细规划的基础上，运用t r a n s c a d 交通仿 真模型进行宏观层面的交通分析，分别得出了现状交通的流量分布图和规划年的 交通流量分布图及o d 矩阵。将得到的o d 矩阵运用于t r a n s m o d e l e r 交通仿真模型 对规划方案进行微观层面的交通分析，得到规划年的交通状况。将其运用a a s i d r a 交通仿真模型对交叉口的信号控制进行交通分析及评价，优化信号控制设置。采 用层次分析法对交通拥堵进行评价。通过重庆市杨家坪地区的实例验证，上述方 法能够对交通拥堵进行优化。 文章同时使用三种交通仿真模型，分别从宏观、微观及特定情况进行研究， 并将这三种交通仿真模型组合起来使用是本文的创新点，为以后解决交通问题的 提供了新的思路。 关键词：交通拥堵；交通仿真模型；交通预测 a bs t r a c t t r a f f i cj a m c o n g e s t i o nn o wh a sb e c o m eab i gp r o b l e m ，w h i c ha p p e a ra ta l m o s tb i g c i t i e s t r a f f i cja m ss t i l le x i s ti nc h o n g q i n g a tp r e s e n t ，t r a f f i cj a mb e c o m e su r b a n n u i s a n c e ，s u c ha sd e v e l o p m e n to fs o c i e t ya n de c o n o m y , p e o p l e sl i f e ，a n ds oo n t h e g o v e r n a n c ef o r t r a f f i cj a mi sc o m p l i c a t e da n ds y s t e m a t i c a lp r o j e c t t h ec o n c e p to ft h e t r a f f i cs i m u l a t i o nm o d e lc o m b i n a t i o ni su s e dh e r e ，i tp r o v i d e san e wr e s e a r c hm e t h o d ， h a sat h e o r e t i c a lv a l u ea n dap r a c t i c a la p p l i c a t i o n sv a l u e f i r s t l y , t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h et h e o r e t i c a lk n o w l e d g er e l a t e dt ot r a f f i cs i m u l a t i o n a n d c o m p a r a t i v ea n a l y s i st r a f f i cs i m u l a t i o nm o d e l s e c o n d l y , u s i n gt r a n s c a dt r a f f i c s i m u l a t i o nm o d e lo ft r a f f i ca n a l y s i so n m a c r o 1 e v e lb a s e do ni n v e s t i g a t et h es t a t u so ft r a f f i cc o n t r o la n dt h ed e t a i l e dp l a n n i n g ， r e a c h i n gd i s t r i b u t i o no ft r a f f i cf l o wa tt h ec u r r e n ta n dt h eo dd i s t r i b u t i o nm a t r i xi n p l a n n i n g o dm a t r i xw i l lb ea p p l i e dt ot h et r a f f i cs i m u l a t i o nm o d e lt r a n s m o d e l e r ，t o c a r r yo u tt r a f f i ca n a l y s i so nm i c r o l e v e l ，a n dr e c e i v et h et r a f f i cs i t u a t i o n i np l a n n i n g y e a r a tt h em i c r o s i m u l a t i o n ，c o n d u c t i n gt r a f f i cs i g n a lc o n t r o la n a l y s i so ni n t e r s e c t i o n s b ya a s i d r a ，a n do p t i m i z e dd e s i g no fs i g n a lc o n t r 0 1 i te v a l u a t e st r a f f i cj a mb ya h e t h em e t h o dc a no p t i m i z et r a f f i cj a m ，a n dp r o v eb ya ne x a m p l ei ny a n g i i a p i n ga r e ai n c h o n g q i n g t h i st h e s i sa p p l i e st h r e et r a f f i cs i m u l a t i o nm o d e lt o g e t h e r , t or e s e a r c ho n m a c r o 1 e v e l ，m i c r o 1 e v e la n dg i v e ns it u a t i o n a ni n n o v a t i o np o i n ti sc o m b i n e d t r a n s c a d 、t r a n s m o d e l e ra n da a s i d r at os t u d y , t op r o v i d ean e wi d e at os o l v et r a f f i c p r o g r a m k e yw o r d s ：t r a f f i cj a m s ；t r a f f i cs i m u l a t i o nm o d e l ；t r a f f i cp r e d i c t i o n 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 弘丢1 日期：年肜月孑h 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作：弘云i 指剥雠：能杏n ) 日期：刀巾z 月8 日日期：伽1 年i j c 月扩日f i ： 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程5 5 规 定享受相关权益。 学位论文作者虢弘引 醐：叩帅她 指导教师签名： 嗍：卟 似历勺 叩月日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 问题提出 随着社会的发展，影响交通的相关因素越来越多，交通拥堵问题是大部分城 市交通发震的顽疾。世界土对交逶拥堵的接述有过很多的研究，较多的是一些数 学模型或者网络模型，最然取得了一定的成果，通常计算量大，并且交通系统中 包含人，使得整个交通系统很不稳定，不容易用数学的解析表达式进行表示。由 于交通系统很庞大、缀繁杂，任何解决方案都不能考虑到所有的嚣素，都有其局 限性，所以不能真正的解决城市的交通拥堵海题。 改革开放以来，尤其是重庆市直辖以后，重庆市的经济和基础建设都获得了 前所未有的发展。但是，同国内很多大城市一样，重庆市的城市交通问题已经成 为影响经济发展和人们甚常生活静极其重要的因紊。虽然，这几年，重庆市在城 市发展和道路建设方面取得了巨大成绩，交通拥堵也越来越平常，尤其在一些交 叉口或路段，拥堵已成为高峰时段的规律性现象。重庆是一个山地城市，由于受 自然条件的限制，道路的条件和利用都受到一定的影嘀，就城市人口数量来说， 重庆的机动化水平与国内其它城市，如北京、广州、成都等城市相比还有较大的 发展空间，可以预见，就目前的道路供给水平来说，重庆市的道路交通必将面临 严重的拥堵问题。 研究中提出运用多个交通仿真模型解决交通拥堵闻题的方法，对将来能更好 的解决交通问题提供了一种新的思考方向。 1 。2 研究目的 论文研究拟达至d 以下目的： ( 1 ) 调查收集目前已有的交通仿真技术情况，对其进行比较分析，找出适合解 决交通拥堵问题的交通仿真模型； 但) 研究弓| 入交通摸拟仿真技术的必要性与可能性，为以蓐解决交逶闻题的操 作提供参考； ( 3 ) 提出引入交通模拟仿真技术的技术路线和方法，实现规划编制与交通仿真 技术的有机结合。 1 3 研究方法 ( 1 ) 资料收集与整理 收集圈内外大城市在交通仿真技术的运用情况劳对其归纳整理。了解现有的 交通仿真技术的内容，并对其褶互关系进行分析，为研究的开展奠定理论基础。 ( 2 ) 以引入技术为导向 2 第一章绪论 研究本着“引入交通仿真技术 的思路，在深入分析整理资料的基础上，对 现有的交通拥堵问题进行了解、分析、研究，以找到适合解决交通拥堵问题的交 通仿真模型，达到研究目的。 ( 3 ) 对比研究 针对选定的研究样本，从宏观和微观两个层面分别对现状交通情况和交通规 划方案情况进行分析、比较。并对现状交通拥堵情况和交通规划方案的拥堵情况 进行评价，通过数据比较，直观说明交通仿真技术在解决交通问题中起到的重要 作用。 1 4 研究内容 文章对交通拥堵进行判定，阐述交通拥堵产生的原因和危害，收集目前应对 交通交通拥堵的方法，并提出交通拥堵评价方法。同时，文章还对交通仿真技术 进行阐述，了解国内外仿真技术的运用情况，分析各种交通仿真模型，提出组合 交通模型的思路。 研究结合重庆市规划设计研究院的一个项目，选定重庆市九龙坡区杨家坪地 区为研究样本，对样本进行现状交通调查，分析现状交通状况，得到现状交通流 的分布情况。同时，将研究范围按用地情况和道路的自然分割划分交通小区，把 通过调查得到的交通小区的产生一吸引( p a ) 数据，经过数据分析处理，通过 t r a n s c a d 交通仿真模型进行仿真模拟，再现现状交通分布情况。根据两张流量分 布图的数据，推定现状阻抗矩阵和现状出行地一目的地( o d ) 分布矩阵，标定交 通数据模型中参数，并对现状交通进行分析和交通拥堵评价。 文章对参考的重庆市规划设计研究院提出的交通规划方案方案进行阐述。根 据规划年控制性详细规划的用地属性、城市土地利用规划和规划道路情况，确定 宏观层面的交通研究范围并划分交通小区；根据城市经济发展规划、空间发展规 划预测各交通小区的p a 值，通过t r a n s c a d 交通分析软件推定规划年的阻抗矩阵和 o d 分布矩阵。依据城市土地利用规划要求，划定微观层面交通仿真范围，在宏观 层面规划年o d 分布矩阵基础上，利用t r a n s m o d e l e r 进行样本微观仿真分析研究。 在微观仿真模拟中，选定样本并进行信号控制设计，选用a a s i d r a 信号控制分析软 件对样本的信号控制设置进行微观仿真分析研究，并对交通规划方案进行交通拥 堵评价。 对比现状交通拥堵评价和交通规划方案的交通拥堵评价，阐述运用交通仿真 模型在解决交通问题中的理论意义和实用价值。 第一章绪论 3 1 5 研究思路 针对前面的研究内容，本课题的研究思路如下： 图1 1 研究思路图示 f i g u r e1 1r e s e a r c hi d e a s 4 第二章交通拥堵概述 第二章交通拥堵概述 2 1 交通拥堵的判定 交通拥堵妇1 的具体判定各国尚无统一标准。日本建设省1 9 9 4 年在制定新交通 糖堵对策时，确定一般道路拥堵长l 公里以上或拥堵时闻1 0 分钟以上定义为交通 拥堵；首都高速公路拥挤量( 拥堵长度，i c 持续时间) 在1 5 h k m d 以上定义为交通拥 堵。美围道路通行能力手册在对城市干线街道的服务水平的等级划分中，将车速 为2 2 k m h 以下的不稳定车流称为拥墙车流。我嚣公安部城市交通管理评价指标 体系( 2 0 0 4 年版) 嘲则对拥堵路四和拥堵路段分别给出了定义：车辆在无信号 灯控制的交叉路口外车行到上受阻且排队长度超过2 5 0 m ，或车辆在信号灯控制的 交叉路口，3 次绿灯显示未通过路口的状态定义为拥堵路口；拥堵路段则定义为车 辆在车行道上受阻置摊队长度超过重两嚣状态。 2 2 交通拥堵产生的原因 交通搠堵主要是道路交通设施所能提供的交通容量不能满足当前交通需求量 丽又得不到及时的疏通的结果。这里有两点需要注意拜1 ，一是交通拥堵的时闻性， 二是交通拥堵的空间性。也就是说城市交通拥堵现象并非是呈现在城市一天的任 何时刻或任何地点，因而，在很多情况下，交通拥堵的出现可能是出行需求对于 交透资源的一种不充分或是不恰当利用所造成鲶，还有可能是道路结构的不合理 性，也可能是道路面积的严重缺乏。我国的交通拥堵的产生主要基于以下几个原 因 副： ( 王) 国民经济的离速发展。 我国是一个入口众多的国家，入口占世界总人口的l 5 强，同时也是一个经 济发展中国家。改革开放以来，我囡经济持续地高速发展，超过1 0 以上，居民 的收入相应地大幅度增加。持续高速增长的经济和高速增长的人民生活水平，必 定对交逶产生强大的需求。 ( 2 ) 车辆的高速增长。 高速增长的经济和人民生活水平的迅速提高对交通产生强大的需求，首先表 现在我圈机动车的高速增长。一方两，刺激了汽车工业的大发震，另一方面，大 大刺激了客货运量的增加。据国家统计局的初步统计显示，截至2 0 0 6 年来，全国 民用汽车保有量达到49 8 5 万v e h ( 包括三轮汽车和低速货车13 9 9 万v e h ) ，比上年 末增长1 5 。2 ，其中私人汽车保有量为29 2 5 万v e h ，增长2 3 7 ，民用轿车保 有量为15 4 5 万v e h ，增长2 7 2 。我国从上世纪8 0 年代开始戡现私人轿车，长时 间内一直发展缓慢。进入本世纪后，随着我国汽车市场全面开放和国内汽车产业 第二章交通拥堵概述 5 快速发展，轿车供应量大幅增加，轿车价格大幅下降，国家又采取了一系列鼓励 轿车进入家庭的政策，导致私人轿车拥有量快速增长。 ( 3 ) 城市人口数量的高速增长。 城市人口数量的增加，包括外来人口的增加，市区城市用地的扩大和商业网 点的增多，使得城市交通量迅速增加，交通高峰时间加宽，特别是夜生活的迅速 发展，使夜间交通量大增，而且还使夜间交通高峰时间大大扩展，这是造成城市 交通拥堵的主要原因之一。 ( 4 ) 道路交通设施少。 道路交通设施少主要表现在道路少，特别是高等级道路少，道路网密度低， 以及城市中跨江河的桥梁少等。我国历史上，城市没有经历象欧美一样明显的马 车交通时代，而是以步行和轿子为主要交通工具。因而出现了象北京的胡同和上 海的里弄这样狭窄的街道，近几十年虽然几经改造，但能走汽车的路还是不够多。 ( 5 ) 轨道交通少。 目前，在一些现代化城市中，真正作为城市交通的骨干是地铁和高速铁路。 地铁主要用来解决人口密度大、建筑密集的市中心区域的交通，是人们普遍喜爱 的一种交通方式，我国城市轨道交通进展缓慢，只有北京、上海、广州等城市拥 有地铁。 ( 6 ) 交通管理及交通安全设施少。 由于历史的原因，我国城市中交通管理和交通安全的现代化设施少。包括交 通标志、交通标线、交通信号、可变交通标志、护栏、人行天桥和地下人行过街 道等。另外，我国城市中缺少停车设施，很多车辆停在道路上，严重影响交通。 ( 7 ) 车辆发展与道路发展不协调。 道路发展与车辆的特性是不同的，从道路投资、建设以及施工期长等可以看 出，与车辆的发展速度相比，道路只能是慢变化或慢增长。而车辆的发展情况则 不同，往往是批量生产或批量购买，因此车辆是快速增长或快变化。快慢之间变 化要发生矛盾，也就是说道路建设增长速度不适应于车辆拥有量的增长速度。它 们之间的不协调，首先是产生交通拥堵，其次，使交通事故增高，交通公害严重 和能源浪费等。 ( 8 ) 城市发展与交通供给之间不协调。 城市化是当今世界的发展趋势，城市化水平是衡量一个国家工业化、现代化 程度的重要标志之一，我国城市化发展趋势要比其它国家速度快。市场经济体制 的发展加速了我国城市化的进程，刺激了大量农村剩余劳动力涌人城市。城市中 增加一个人，对交通的需求远比对居住、食、上学、求职等的强度大得多，后者 是静态的，前者是动态的。因此，城市发展所带来的交通需求与交通设施的滞后 6 第二章交通拥堵概述 呈现出严重的不协调。 ( 9 ) 混合交通与占路严重。 我国城市交通中，非机动车交通占有一定比重，这是造成混合交通严重的主 要原因，另外，人们的道路使用权、道路通行权等观念不强，乱占道已成为我国 城市道路上的普遍现象。较早规划的居住小区中停车场少，只有占用道路停车， 于是行人走的便道被小商贩占了，行人只有走自行车道，自行车道被停靠的机动 车占了，被行人占了，只有在机动车道上骑行，再加上行人乱穿道路，必然造成 严重的混合交通。 2 3 交通拥堵的危害 交通拥挤、堵车现象日趋严重，是当今世界各大城市的通病。改革开放以来， 随着经济的快速发展，我国城市获得了前所未有的发展。但是，城市交通拥挤和 堵塞问题也是越来越严重。交通拥堵造成的影响是多方面，包括时间浪费、运营 成本上升、交通事故、空气污染、噪声污染，以及相关产业的发展等。根据欧美 的经验，交通拥堵造成的负面影响中，交通事故、汽油过量和时间成本约各占三 成。在拥堵情况下、由于车辆不得不频繁地加减速和启动、制动，能源的消耗很 大；调查统计表明1 ：在拥挤状态下的能耗是最优状态的2 倍。如果一辆汽车在7 公里4 时和8 8 公里小时加减速1 0 0 0 次，那么其燃料消耗比匀速运行时多消耗 6 0 升，对于货车则多消耗工1 1 4 升。有人用此标准计算得出，广州人为交通堵塞 所付出的经济代价总值为每年耗费1 5 亿小时，减少生产总值1 1 7 亿元，相当于 整个生产总值的7 。交通拥挤不仅使人们浪费了大量的时间资源，而且很容易造 成交通事故，并伴随严重的空气污染。据估计，2 0 0 0 年美国因交通碰撞事故，交 通拥挤以及噪声污染等造成的社会成本达到4 0 6 0 亿美元，其中8 4 属于交通事故 损失，1 5 属于交通拥挤损失，1 属于噪声污染损失。2 0 0 0 年，诺贝尔奖获得者加 里贝克尔做过一个测算，全球每年因为拥堵造成的损失占g d f 的2 5 ，德国明 镜周刊的两位记者在曼谷做了一个测算，曼谷的这一个比例达到3 。也就是说， 我们创造的g d p 很大一部分被拥堵所造成的时间、交易等成本给损失了。在我国， 城市机动车造成的污染目前己占整个城市污染的一半以上。就北京市而言，即使 只考虑对北京市民的影响，估计每辆汽车平均每年也应负担数千元以上的污染成 本。交通拥堵还影响了我国汽车、旅游等产业的发展。 2 4 目前我国应对交通拥堵的工程方法 目前，我国在应对交通拥堵问题方面主要依靠以下几个方法： ( 1 ) 通过修建和拓宽道路等基础设施来解决交通拥堵问题h 1 。 起先人们认为交通拥堵之所以存在，原因有二：其一，因为现有道路不能容 第二章交通拥堵概述 7 纳如此大量的交通需求，于是采用拓宽道路，大力修建立交桥、高架桥、盲目筹 建轨道交通等建设交通设施的措施。其二，认为城市交通枢纽通行能力太低，故 而增大交叉口面积，延长绿灯时间等方法，希望能够解决交通枢纽对交通量的瓶 颈作用，使交通畅通无阻。然而建成后，我们才发现路桥修到哪，交通堵到哪。 城市陷入“魔鬼循环”的困境。所谓“魔鬼循环 表现为大量机动车涌人城市后， 道路系统不堪重负，于是拓宽和新建道路，修建更多停车场。新增通行能力后， 很快吸引更多的交通，发生新一轮更大规模的拥挤，又回到了起点，如此周而复 始。“魔鬼循环 成为现代城市交通发展具有普遍规律性的现象，世界各大城市都 经历过，或者正在经历。“魔鬼循环”告诉我们，有限的交通设施容量的增长速度 永远赶不上无限膨胀的交通需求的增长，单靠交通设施容量的增长来解决城市交 通问题根本行不通。 ( 2 ) 通过禁止非机动交通，加快机动化进程来解决交通拥堵问题据调查障1 。 城市中有大量的自行车使用者，严重干涉机动车交通，间接引发严重的交通阻 塞。然而，仔细观察，便会发现，很多城市并没有或者只有较窄的专用慢速通道， 从而使供与求远远的相互矛盾。而原本不足的慢速通道却又经常被行人及路边停 车所占用，致使大量的自行车流不得不转向机动车道。其中有两点原因：第一，政 策上主要偏向小汽车这种交通方式， 即“小汽车主导发展模式”。由于这种模式 主要表现为“小汽车+ 高速公路”，导致交通工具逐渐趋于低效率，使得交通拥堵 日益严重，道路的实际通行能力远远低于其设计通行能力。第二，思想上认为交 通就是车辆的移动，而看不到交通效率。同济大学一位教授指出：交通的目标不 是车辆的移动，而是人和物的移动。换句话说，交通目标不是比道路宽、立交多、 也不是比汽车多，比新建轨道交通多，交通的目的要看人和物的移动是不是两高 两低，即高效率、高效益、低费用、低公害。 ( 3 ) 公共交通主导发展模式哺1 。 为从根本上解决城市交通堵塞，一些专家早就提出了“公交优先的良策， 但时过数年，虽然已有少数地方开始试行，但从总体上看“公交优先”并未从根 本上实现，其原因是多方面的，但关键还是在于没能彻底解决思想认识问题。城 市的交通问题，与其说是堵在了道路上，不如说是堵在了思想上。它既是一个经 济问题，又是一个社会问题；既是一个技术问题，又是一个管理问题。 2 5 交通拥堵评价 2 5 1 评价方法 层次分析法凹1 ( a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ，简称a h p ) 是对一些较为复杂、 较为模糊的问题作出决策的简易方法。它采用定性与定量、系统分解与系统综合 8 第二章交通拥堵概述 相结合的方法，特别适用于那些难于完全定量分析的问题，是计算评价指标客观权 重的一种方法，是一种系统分析方法。它是美国运筹学家t l s a a t y 教授于7 0 年代初期提出的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法。 层次分析法通过分析复杂问题包含的因素及相互关系，将问题分解为不同的 要素，并将这些要素归为不同的层次，从而形成多层次结构。在每一层次，可按 某一规定准则，对该层次要素进行两两比较，建立判断矩阵。通过计算判断矩阵 的最大特征值以及对应的正交化特征向量，得出该层要素对于该层准则的权重。 在这个基础上，计算出各层次要素对于总体标的组合权重，从而得出不同方案的 权值，为选择满意方案提供依据。具体步骤如下： ( 1 ) 明确问题 明确问题的范围、具体要求、所包含的要素( 目标、准则、可能方案等) 以及 各要素相互之间的关系。 ( 2 ) 建立层次结构 根据对问题的了解和初步分析，我们可以把问题中涉及的要素按性质分层排 列，形成目标层次结构。 图2 1 递阶层次结构模型 f i g u r e 2 1h i e r a r c h ym o d e l 最上层是目标层，在这层中是决策所要实现的目标。若有多个目标，可以在 下一层设立一个分目标层。中间一层是准则层，准则层中的内容是衡量达到目标 的各项准则或指标。第三层是方案( 措施) 层，其中排列了各种可能采取的方案或 措施。 ( 3 ) 建立判断矩阵 建立层次结构后，就可以逐层按上一层次某一准则将该层要素进行两两比较， 比较按表2 1 所示的标度及描述进行，比较结果用判断矩阵表示。 第二章交通拥堵概述 9 表2 1 要素比较标度及其描述 t a b l e 2 1c o m p a r i s o na n dd e s c r i p t i o no fs c a l i n gf a c t o r 标度值( g )指标之间的关系( g 与c ，)两方案之间的关系( 4 与a ，) l c 与c ，同样重要4 与a ，同样重要 3 c f 与c ，稍微重要 a ，与a ，稍微重要 5 c f 与c ，明显重要4 与a ，明显重要 7 c f 与c ，非常重要4 与a ，非常重要 9 g 与c ，极为重要4 与a ，极为重要 2 ，4 ，6 ，8两相邻判断的中值 表中4 ，a ：，为同一层次要素，g 为上一层次第k 个准则。判断矩 阵元素表示4 与4 对于准则g 的相对重要性( 标度值) 。 表2 2 判断矩阵a m l b l e 2 2d e t e r m i n em a t r i xa q4a 2以 4q 1q 2口1 。 a 2a 2 1a 2 2呸。 以12 ( 4 ) 层次单排序及一致性检验 层次单排序是根据判断矩阵计算本层次与上层次某要素相对重要性的权重。 层次单排序是计算矩阵的特征根和特征向量。 1 ) 计算单一准则下个要素的相对权重 有了单一准则下各要素两两比较的判断矩阵，就可以计算与判断矩阵最大特 征值对应的正交特征向量，即单一准则下各要素的相对权重。 方根法计算步骤分为三步： 第一步，计算判断矩阵每一行元素的乘积m j ： m = 兀a i ( f = 1 ，2 3 ，刀) j = l 第二步，计算m 的n 次方根谚： 谚= 河( f = 1 ，2 3 ，玎) ( 式2 1 ) ( 式2 2 ) 1 0 第二章交通拥堵概述 第三步，将彬归一化，即可得到各要素在单一准则下的相对权重形： ，” 彬= 引衫( f = 1 ，2 ，3 ，棚) ( 式2 3 ) ，= l 2 ) 一致性检验 由于客观事物的复杂性及人的认识的多样性，构造判断矩阵时，往往出现判 断矩阵不一致的情况，这就必然导致权重计算的偏差，因此需要对判断矩阵进行 一致性检验，以便将偏差控制在允许的范围内。其步骤如下： 第一步，计算判断矩阵最大特征根乙： h， k = 0 形x 厶彬 矿= 眠，职，既) ( 式2 4 ) i = 1 ， 第二步，计算一致性指标c 1 ： c ，= o k 。一，z ) 0 1 ) ( 式2 5 ) 式中：n 判断矩阵的阶数。 第三步，计算一致性比例c r ： c r = c r j ( 式2 6 ) 式中：r i 平均随机一致性指标，见表2 3 表2 3 平均随机一致性指标 t a b l e 2 3t h ea v e r a g er a n d o mc o n s i s t e n c yi n d e x 阶数n 1234567891 01 11 2 r 。io 0 00 0 00 5 80 9 01 1 21 2 41 3 2 1 4 11 4 51 4 91 5 21 5 4 当c r 0 1 时，一般认为判断矩阵的一致性是可以接受的。 ( 5 ) 层次总排序 有了各层次要素对上一层单一准则( 或目标) 的权重，就可以计算各层次要素 对更上一层准则( 或目标) 的组合权重。以图4 的三层结构为例，假定准则层c 对 目标层u 的权重已计算，c l ，c 2 ，c 3 ，g 的权重分别为6 l ，6 2 ，2 j 3 ，b m ，方案层a 的 各个要素4 ，4 ，4 ，以对准则层c 的各要素c l ，c 2 ，c 3 ，c 二在单一准则下的权重 分别为彬。， ，呒。；彬：，：，：。则方案层a 的各要素对目标层u 的组合权重， 彬，呒可按表2 4 右列公式计算。 第二章交通拥堵概述 表2 4 组合权重计算 t a b l e 2 4p o r t f o l i ow e i g h t i n g 方案层c lc 2 c 卅 组合权重 准则层 b l如 吒 4l2彬肼 彤= 屯彤， = l 彳2i2朋= 屯j j = l 以。呒2w n m呢= b r o j ，= l 计算出方案层对目标的组合权重，方案的优劣顺序即可按各种方案组合权重 大小排列，其中权重最大的方案为满意方案。 ( 6 ) 层次总排序一致性检验 为了检验层次总排序计算结果一致性，需要计算检验指标c i 和r i 。计算方法 为： c ，= b j c j = t r i = b j r ij ( 式2 7 ) ( 式2 8 ) 令： c r = c i r i ( 式2 9 ) 当c r 0 1 ，认为层次总排序的结果具有满意的一致性。 2 5 2 评价模型 ( 1 ) 建立层次结构 交通拥堵主要是道路交通设施所能提供的交通容量不能满足当前交通需求量 而又得不到及时的疏通的结果，实质上是交通需求与交通供给之间的供需矛盾的 结果。评价一个城市的交通拥堵必然就要从城市的交通供给和交通需求两方面的 平衡来评价。根据交通需求与交通供给的关系和目标特点，以及建立指标体系所 应遵循的科学性、可测性、完备性、间接性、稳定性、延续性等原则，可以初步 确定影响城市交通拥堵的因素，根据研究对象现状，结合综合分析，归纳出影响 城市交通拥堵因素，并构建层次分析图。 交通拥堵问题的层次结构由四个层次构成h 1 ( 如表2 6 ) ： 第一层为分析的目标层交通拥堵问题。 第二层为引起交通拥堵的两个方面，城市交通供给能力与城市交通需求水平。 1 2 第二章交通拥堵概述 第三层为准则层，其中城市交通供给能力包括城市道路基础设施、城市交通 管理设施和城市管理现代化，城市交通需求水平包括城市规模、人口出行和机动 车规模。 第四层为指标层，其中城市道路基础设施包括道路网密度、主干道密度、人 均道路面积、道路面积率、百辆汽车停车位数5 个指标，城市道路管理设施包括 标线施化率、标志设置、行人过街设施设置率、路口渠化率、路口灯控率、路口 渠化、信号配时合理性、路口人行横道灯控率、指路标志、让行标志标线设置率、 交通标志设置合理性1 0 个指标，城市管理现代化包括交通指挥中心、路口违章自 动监测设备设置率、路段违章自动监测设备设置率、道路交通管理信息系统4 个 指标，城市规模包括城市人口规模和城市结构指标，人口出行包括人口出行总量 和人口出行方式指标，机动车规模包括机动车拥有量和机动车拥有量增长率指标。 表2 6 交通拥堵层次结构模型 t a b l e 2 6h i e r a r c h i c a ls t r u c t u r em o d e lo f t r a f f i cj a m s 道路网密度d 。 主干道密度d ，z 城市道路基础设施c 1人均道路面积d 。 道路面积率d ，。 百辆汽车停车位数d 。 标线施化率d z 。 标志设置d 。 行人过街设施设置率d ：。 路口渠化率d z 。 城市交通供给能力b 1路口灯控率d z 。 城市道路交通管理设施c 2 路口渠化、信号配时合理性d ：。 交通路口人行横道灯控率陇 拥堵指路标志d 2 ， a 让行标志、标线设置率d z s 交通标志设置合理性d 。 交通指挥中心d 。 路口违章自动监测设备设置率d 。 城市交通管理现代化c 3 路段违章自动监测设备设置率d 。 道路交通管理信息系统d 。 城市人口规模d 。 城市规模c 4 城市结构d 。z 人口出行总量d 。 城市交通需求水平b 2人口出行c 5 人口出行方式d 船 机动车拥有量d 。 机动车规模c 6 机动j i 拥有量增长率d 。 第二章交通拥堵概述 1 3 ( 2 ) 构造判断矩阵并进行一致性检验 第一步：构建第二层相对于目标层的判断矩阵并进行一致性检验。依图2 2 构建第一层判断矩阵a b ，计算权重如表2 6 所示： 表2 5 准则层相对目标层的判断矩阵 t a b l e 2 5d e t e r m i n em a t r i xo f t a r g e tl a y e ra n dr e l a t i v el a y e r 彳 蜀岛彬a 局 13o 7 5 1 5 岛 1 310 2 50 5 结果表明，判断矩阵可以接受。 第二步：构建第三层相对第二层的判断矩阵并进行一致性检验 同理可构造第三层c o 因素对e ( i = 1 ，2 ) 的判断矩阵及相对应权重分别见表 2 7 和表2 82 表2 7 交通供给能力判断矩阵 t a b l e 2 7d e t e r m i n em a t r i xo ft r a n s p o r ts u p p l yc a p a c i t y 骂c lc 2c 3 k = 3 0 6 5 c l 1370 6 4 9c ，= 0 0 3 7 5 c 2 1 3 150 2 7 9c r = 0 0 6 5 c 3 1 71 5 l0 0 7 2 0 1 0 表2 8 交通需求水平判断矩阵 t a b l e 2 8d e t e r m i n em a t r i xo ft r a 币cd e m a n dl e v e l 岛 c 4 c 5c 6 形 九。= 3 0 6 5 g 1 1 31 7 0 0 8 1c i = 0 0 3 2 5 c 5 3l 1 5 0 1 8 8c r = 0 0 5 6 c 6 751o 7 3 l 0 1 0 第三步：构建指标层相对第三层的判断矩阵井进行一致性检验 同理可构造指标层包因素对c f ( i = 1 ，2 ，3 6 ) 的判断矩阵及相对应权重分别 见表2 9 至表2 1 4 ： 第二章交通拥堵概述 表2 9 城市道路基础设施判断矩阵 t a b l e 2 9d e t e r m i n em a t r i xo fc i t yr o a di n f r a s t r u c t u r e c l d l lq 2q 3d 1 4日， w k = 5 1 2 5 q i l35370 4 6 6 d 1 2 1 3 131 50 2 0 3 c j = o 0 3 1 l q 3 1 51 3l1 330 0 8 6c r = 0 0 2 7 8 q 4 1 3 l3150 2 0 3 0 1 0 q 5 1 71 51 31 5 10 0 4 2 表2 1 0 城市道路管理设施判断矩阵 t a b l e 2 10d e t e r m i n em a t r i xo fc i t yr o a dm a n a g e m e n tf a c i l i t i e s c 2d 2 0砬ld 2 2d 2 3破4d 2 5d 2 。d 2 ，砬8d 2 9 w 砬o 11 1 51 71 7 1 5 1 5 1 1 31 30 0 2 4 砬l 111 51 71 71 51 511 3 1 3 0 0 2 4 d 2 2 5511 31 3335330 1 4 2 砬， 7731l337550 2 4 1 砬4 77311337550 2 4 1 d 2 ， 55 1 31 31 3 1 l5330 1 0 2 d 2 6 551 31 31 3l15330 1 0 2 d 2 7 11 1 51 71 71 51 5 1 1 31 3 0 0 2 4 4 8 33 1 31 51 51 31 3 3110 0 7 d 2 9 33 1 31 51 51 31 331 1 o 0 7 。= 1 0 1 1 9 c r = 0 0 0 9 o 1 0 表2 11 城市交通管制现代化判断矩阵 t a b l e 2 11d e t e r m i n em a t r i xo fc i t yt r a f f i cc o n t r o lm o d e r n i z a t i o n c 3d 3 ld 3 ：d 3 3b 4 w k = 4 4 0 2 b l 1335o 5 2 c i = 0 0 3 1 2 b 2 1 3113o 2 c r = 0 0 1 6 d 3 3 1 3 113o 2 0 1 0 d 3 4 1 51 31 3 1 0 0 8 第二章交通拥堵概述 表2 1 2 城市规模判断矩阵 t a b l e 2 12d e t e r m i n em a t r i xo fc i t ys c a l e g q 。d 4 2 w k = 2 哦l 13o 7 5c i = 0 皿2 1 3 lo 2 5c r = 0 0 1 0 表2 1 3 人口出行判断矩阵 t a b l e 2 13d e t e r m i n em a t r i x o fp o p u l a t i o nt r a v e l c 5 皿。b 2 w k = 2 d 5 。 1 1 3 o 2 5 c j = 0 b 2 310 7 5c r = 0 0 1 0 表2 1 4 机动车模型判断矩阵 r l b l e 2 14d e t e r m i n em a t r i xo f v e h i c l em o d e l c 6或ld 6 2 w k = 2 仇l 1 1 3 0 2 5 c i = 0 d 6 ： 31o 7 5c r = 0 0 1 0 ( 3 ) 层次总排序 由所列各层相对与上一层的权重，可解得综合权重。 表2 1 5 层次总排序 t a b l e 2 15t h el e v e lo ft o t a lo r d e r 第二层b l b 2 准则层 w 千分位 指标 o 7 5 o 2 5 d l l0 4 6 60 2 2 62 2 6 d 1 2 0 2 0 30 0 9 99 9 c l0 6 4 9d 1 3 0 0 8 60 0 4 24 2 d 1 40 2 0 30 0 9 9 9 9 d t 50 0 4 20 0 22 c 2 d 2 0 0 0 2 3 50 0 0 55 0 。2 7 9 d 2 l 0 0 2 3 50 0 0 55 d 2 20 1 4 20 0 2 92 9 d 2 30 2 4 1o 0 55 d 2 4 0 2 4 lo 0 55 d 2 50 1 0 2 0 0 2 12 1 d 2 60 1 0 20 0 2 l2 1 1 6 第二章交通拥堵概述 d 2 70 0 2 3 50 0 0 55 d 2 80 0 7o 0 1 41 4 d 2 90 0 7o 0 1 41 4 d 3 l 0 5 20 0 2 82 8 l d 3 2o 2 0 0 1 l o c 30 0 7 2 d 3 3o 2o o l1 0 d 3 0 0 80 0 0 44 d 4 i o 7 50 0 1 51 5 c 0 0 8 1 d 4 2o 2 50 0 0 55 d 5 l0 2 50 0 1 l1 l c 50 1 8 8 d 5 2 o 7 50 0 3 5 3 5 d 6 l0 2 50 0 4 54 5 c 6o 7 3 1 d 6 2o 7 5o 1 3 71 3 7 ( 4 ) 综合评价计算 经过分析就各项指标对城市的交通拥堵情况打分。 表2 1 6 评判标准 t a b l e 2 16c r i t e d a 分数 13579 含义很好好较好一般差 介于两者之间的打2 ，4 ，6 ，8 分 记易为指标的得分，则总分n 为 最后，按分数的高低评定等级。 表2 1 7 评定等级 t a b l e 2 17a s s e s s m e n tl e v e l ( 式2 1 0 ) 等级交通畅通交通正常一般拥堵拥堵十分拥堵 分数 1 0 0 0 - 3 0 0 03 0 0 0 4 5 0 04 5 0 0 6 0 0 06 0 0 0 7 5 0 07 5 0 0 9 0 0 0 注：数据来源于武汉市交通拥堵问题研究 易