基于層次分析法的城市道路通行能力評價研究

王高飛 劉松

摘 要：本文采用層次分析法，從定性和定量的角度出發，提出評價城市道路提高方案的指標體系，選出主要的評價指標，對交叉口信號配時改善、渠化交通、單向交通等提高城市道路通行能力的方案進行評價，利用層次分析法對提高方案進行評價，以計算結果為依據，選出最佳的提高方案。

關鍵詞：城市交通;通行能力;層次分析法

中圖分類號：U491文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）31-0128-03

Study on Evaluation of Urban Road Capacity Based

on Analytic Hierarchy Process

WANG Gaofei1 LIU Song2

（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000;2.Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074）

Abstract： In this paper， the analytic hierarchy process （AHP） was used to evaluate the urban road improvement schemes from the qualitative and quantitative perspectives. The main evaluation indexes were selected to evaluate the schemes for improving the traffic capacity of urban roads， such as the improvement of signal timing at intersections， channelized traffic and one-way traffic. At the same time， AHP was used to evaluate the improvement scheme， and the best improvement scheme was selected based on the calculation results.

Keywords： urban traffic;traffic capacity;the analytic hierarchy process

合理地進行道路通行能力分析可以為公路規劃和設計以及交通控制與管理等提供設計依據和基礎數據。基于此，本文提出一種基于層次分析法的城市道路通行能力評價方法。

1 評價體系建立原則

1.1 系統性

城市交通是一個復雜的系統，其涉及諸多方面，包括城市道路網的規劃、城市建設、交通設施設置、投資政策、土地利用[1]。因此，在建立評價體系時，應該從全局考慮，保證評價體系的系統性。

1.2 以定量為主、定性為輔

量化指標能夠以數據為依據，進行更合理、準確、科學的評價。而當指標難以進行量化時，就需要根據具體情況制訂出定性的評價方案。

1.3 建立相對獨立的指標

在進行評價時，為了保證評價結果的全面性，往往需要對各個指標進行加權求和。所以，在設計各個指標時，要保證其獨立性，否則，會加大各個指標加權求和的難度，并且會使評價結果不夠準確。

1.4 實用的原則

評價城市道路交通的目的在于找出城市道路交通中存在的問題，然后針對問題提出相應的解決對策以提高道路交通使用效益[2]。所以，在構建評價體系時應該保證層次分明，并且能準確全面地把握城市道路交通中存在的問題。這就要求評價體系中的各個指標要具有良好的操作性，以保證評價結果準確。

1.5 可比的原則

對于制定出的評價體系，不但要能評價一座城市的交通狀況，而且要能反映同一時期各個城市之間的情況，這就要求建立的評價體系具有可比性。因此，在設立各個指標時，需要考慮其在各個城市能否通用。同時，要考慮城市道路交通指標的相對值，準確結合我國城市的實際情況，并兼顧我國城市之間不平衡發展的情況。

1.6 科學可靠的原則

所謂科學性，就是要完全符合交通工程的原理，全面貫徹可持續發展的目標和解決城市交通問題的系統思路;所謂可靠性，是指采用的評價體系能完整地得到系統的發展。

1.7 考慮城市的特點

不同規模的城市在不同時期的情況是不同的，為了能夠恰當地評價出城市交通的實際情況，在建立評價體系時，要重點考慮各個城市的特點。

2 層次分析法

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美國運籌學家沙旦（T.L.Saaty）于20世紀70年代提出的，是一種定性與定量分析相結合的多目標決策方法[3]。該方法的基本的過程為：先把一個復雜的問題分解成多個組成元素，再按照支配關系將這些元素分級、分層，形成有序的遞階層次結構，在此基礎上通過兩兩比較的方式判斷各層次中諸元素的重要性，然后綜合判斷計算單準則排序和層次總排序，從而確定諸元素在決策中的權重[4]。

3 基于層次分析法構建城市交通評價體系

基于層次分析法構建的城市交通評價體系主要由4層評價子體系構成，具體如表1所示。

4 層次分析法的應用

4.1 方案模型構建

層次分析法的主要思路是將復雜的問題層次化，而組織單向交通是提高城市道路通行能力的有效方案。接下來本文利用層次分析法對道路通行能力提高方案進行評價。建立的提高通行能力方案評價的體系模型如圖1所示。

從圖1可知，構建的方案模型主要有以下三種。方案一：組織單向交通，以提高城市道路通行能力;方案二：通過組織渠化交通來提高城市道路通行能力;方案三：對交叉口信號配時進行改善，消除“瓶頸”，以此提高城市道路的通行能力。

4.2 評價過程

圖1中各個指標的兩兩比較矩陣如表2所示。

由表2判斷矩陣計算準則層相對于目標層的重要性：

通過式（1）得出各個權重向量為：[w1=0.058]，[w2=0.333]，[w3=0.076]，[w4=0.280]，[w5=0.377]。

把判斷矩陣進行歸一化，求出每一行的算術平均值，如表3所示。

把判斷矩陣[P1]的每一列元素[aij]乘以相應的權重值后，得到表4如下。

第二步，當[n]=5時，查表得出[RI]=1.12。

第三步，一致性比例CR（Consistency Ratio）的計算，計算公式為[6]：

上述結果符合一致性要求

對三個方案，就指標區間行駛車速[A1]而言，進行兩兩比較之后，得到判斷矩陣如表5所示。

故此，把表5判斷矩陣進行歸一化，求出每一行的算術平均值，如表6所示。

由此得到該判斷矩陣的近似權重向量[w1=0.549， 0.241 ， 0.211]。該權重表明，就“區間行駛車速”而言，方案一效果最好，方案二效果次之，方案三效果最差。經過一致性檢驗，符合一致性。

以此類推，對于指標“行程時間”而言，方案一效果偏好，方案二與方案三效果最差。對于指標“費用的消耗”而言，方案一最差，方案二相對偏好，方案三最好。

5 結語

綜上所述，方案三最好。因為在城市道路中，改善信號配時，合理組織相位差，可形成綠波帶，對提高城市道路通行能力較為有效。渠化交通能有效地將平面交叉渠化，減少沖突點，但是在提高通行能力上效果較差。組織單向交通能有效提高城市道路的通行能力，但是基于其適應條件，結合我國城市特點，效果并不佳。

參考文獻：

[1]馬健霄，呂志英，王大明.城市道路通行能力分析與改善技術[J].南京林業大學學報（自然科學版），2001（2）：71-74.

[2]馮樹民.交通系統工程[M].北京：知識產權出版社，2009.

[3]陸化普，城市交通管理評價體系[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]王占儉.層次分析法在單向交通規劃方案評價中的應用[D].蘭州：蘭州交通大學，2010.

[5]沈榮芳.運籌學[M].北京：機械工業出版社，2014.

[6]杜家玉，胡堯，王登梅.利用跟馳理論研究單向交通路段基本通行能力[J].貴州大學學報（自然科學版），2010（6）：11-13.