地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法研究

摘要 為進(jìn)一步提升地方公路網(wǎng)的合理布局并提升通行效率，文章研究設(shè)計了地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性綜合評價方法。通過提取地方公路網(wǎng)絡(luò)分形特征，統(tǒng)一公路網(wǎng)交通運輸?shù)木€路布局，客、貨輸送功能和劃分公路網(wǎng)設(shè)置層次，以更加準(zhǔn)確地評價地方公路網(wǎng)絡(luò)的交通適應(yīng)性表征。采用計算地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指數(shù)，根據(jù)地方公路網(wǎng)的連通度、適應(yīng)度以及匹配度等評價指標(biāo)，建立交通適應(yīng)性評價體系，以適應(yīng)性評價指數(shù)評估地方公路網(wǎng)對區(qū)域交通合理布局，滿足地方公路網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)要求。最后，開展實驗對比分析，驗證了該方法的評價效果更好，能夠更好地提升地方公路網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)布局。

關(guān)鍵詞 地方公路；交通網(wǎng)；分形特征；適應(yīng)性；評價方法

中圖分類號 U491.13文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0171-03

0 引言

地方公路網(wǎng)的建設(shè)，需要大量的資金和人力資源投入，科學(xué)評估公路網(wǎng)的交通適應(yīng)性，能夠了解公路網(wǎng)的運行狀況，對地方公路網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計、建設(shè)運維都具有重要作用。隨著我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展一體化推進(jìn)步伐的加快，地方公路網(wǎng)的交通壓力逐漸增大，許多地方性公路普遍存在通行擁堵以及交通事故率較高等問題，影響了地方公路的正常運行。針對此類問題，研究人員設(shè)計了多種評價方法，其中，基于高鐵與地鐵安檢互認(rèn)的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法，以及基于組合賦權(quán)——云模型的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法的應(yīng)用較為廣泛。

基于高鐵與地鐵安檢互認(rèn)的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法，主要是以社會力微觀模型為基礎(chǔ)，MassMotion分析軟件為前提，分析公路網(wǎng)的交通通行狀態(tài)[1]。通過模擬公路網(wǎng)車輛的速度比、通行時間、平均密度指標(biāo)，評價公路網(wǎng)的交通適應(yīng)性，從而確保地方公路的有效運行。基于組合賦權(quán)——云模型的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法，主要是利用組合賦權(quán)對每個地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均，并將適應(yīng)性劃分成多個等級，確定各個等級的區(qū)間運行范圍[2]。結(jié)合云模型的逆向推導(dǎo)理論，確定各個評價指標(biāo)的隸屬度，提高了該方法的評價準(zhǔn)確性。以上兩種方法雖然能夠評價綜合交通的適應(yīng)性，但由于受到的限制條件比較多，無法全面地評價地方公路網(wǎng)，降低了公路網(wǎng)規(guī)劃布局的適應(yīng)性[3]。因此，該文設(shè)計了一種新型地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法。

1 地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法設(shè)計

1.1 提取地方公路網(wǎng)絡(luò)分形特征

分形特征能夠描述公路網(wǎng)的形態(tài)與結(jié)構(gòu)，能夠提升交通適應(yīng)性評價的全面性。公路網(wǎng)具有多個層次，統(tǒng)一公路網(wǎng)交通運輸?shù)木€路與客、貨運輸功能，分維數(shù)劃分公路網(wǎng)層次，更加準(zhǔn)確地評價公路網(wǎng)交通適應(yīng)性表征[4]。交通線路與交通網(wǎng)絡(luò)是微觀、宏觀兩個不同層次的事件，二者之間需要一種特征來刻畫其中的過渡特征，該文將分形特征作為過渡特征，確保公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價準(zhǔn)確性。分形特征盡量只用一個參數(shù)，使公路線路與公路網(wǎng)的性能參數(shù)能夠自動統(tǒng)一[5]。將公路網(wǎng)劃分成網(wǎng)格，網(wǎng)格邊長為r，r覆蓋的區(qū)域就是適應(yīng)性評價區(qū)域。公路網(wǎng)線路通過的網(wǎng)格數(shù)據(jù)為N（r），則r覆蓋的區(qū)域分形特征表示為：

（1）

式中，D（r）——r覆蓋的區(qū)域分形特征向量。D（r）能夠反映公路網(wǎng)的覆蓋形態(tài)，在一個邊長為R的網(wǎng)格中通行時，根據(jù)D（r）的值，重新劃分網(wǎng)格，使其形成新的覆蓋公路網(wǎng)格[6]。此時D（r）越大，公路網(wǎng)的覆蓋形態(tài)越好，交通通行的適應(yīng)性越高。1＜D（r）＜2時，D（r）越趨近于2，地方公路網(wǎng)的規(guī)劃分布越均衡，交通通行越暢通。在規(guī)劃設(shè)計地方公路線形走向和直、曲線形過程中，既要充分考慮公路建設(shè)區(qū)域的地理位置和地質(zhì)環(huán)境等因素，也要按照“平包豎”的規(guī)劃設(shè)計原則，保證地方公路線路建設(shè)布局的連續(xù)性和均勻性。一般來講，地方公路規(guī)劃設(shè)計直線極限值參考如表1所示。

1.2 計算公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指數(shù)

地方體系與公路交通系統(tǒng)共同構(gòu)成了一個開放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，地方是公路網(wǎng)上的節(jié)點，公路是地方城鎮(zhèn)之間聯(lián)系的橋梁。將地方公路網(wǎng)絡(luò)分形特征考慮在內(nèi)并結(jié)合地方公路網(wǎng)的連通度、適應(yīng)度、匹配度等評價指標(biāo)，建立交通適應(yīng)性評價體系[7]。適應(yīng)性評價指數(shù)能夠反映公路網(wǎng)對交通的適應(yīng)性，從而滿足公路網(wǎng)建設(shè)需求。公路網(wǎng)交通適應(yīng)性包括公路規(guī)模結(jié)構(gòu)、公路布局形態(tài)、公路等級配置等，結(jié)合綜合性評價原則、獨立性評價原則、可操作性評價原則、可比性評價原則，建立公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價體系，如圖1所示。

由圖1可知，在選取指標(biāo)的過程中要立足于地方公路網(wǎng)規(guī)劃實際，將地方公路網(wǎng)連通度指標(biāo)、公路網(wǎng)布局適應(yīng)度指標(biāo)、公路網(wǎng)等級與地方規(guī)模匹配度指標(biāo)、公路網(wǎng)與地方體系分維匹配度指標(biāo)、公路網(wǎng)與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指標(biāo)作為評價指標(biāo)，評價公路網(wǎng)的交通適應(yīng)性[8]。地方公路網(wǎng)連通度指標(biāo)C的計算公式表達(dá)為：

C=∑VijLi/∑CiLi （2）

式中，Vij——公路網(wǎng)中第i條線路的第j次通行能力；Li——公路網(wǎng)第i條線路的長度；Ci——第i條線路的分配交通量。公路網(wǎng)布局適應(yīng)度指標(biāo)ρ的計算公式表達(dá)為：

（3）

式中，Ti——公路網(wǎng)到達(dá)節(jié)點i的最短時間；n——公路網(wǎng)中交通節(jié)點數(shù)量。公路網(wǎng)等級與地方規(guī)模匹配度指標(biāo)的計算公式表達(dá)如下：

（4）

式中，δ——公路網(wǎng)等級與地方規(guī)模匹配度指標(biāo)。由此計算出公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指數(shù)，公式表達(dá)如下：

（5）

式中，P——公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指數(shù)；Q——公路網(wǎng)交通周轉(zhuǎn)容量；φ——公路網(wǎng)與地方體系分維匹配度指標(biāo)；η——公路網(wǎng)與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指標(biāo)；、、、、——導(dǎo)數(shù)。以上述公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價指數(shù)簡單網(wǎng)絡(luò)的算式為例，對基于網(wǎng)絡(luò)效率的地方公路網(wǎng)布局適應(yīng)度指標(biāo)進(jìn)行合理性分析，假設(shè)其所有路徑上的出行成本函數(shù)相同，則都需要采用BPR函數(shù)形式進(jìn)行評價，表明適應(yīng)性評價指數(shù)能夠反映公路網(wǎng)對交通的適應(yīng)性，從而能夠滿足公路網(wǎng)建設(shè)需求。

2 實例論證分析

2.1 縣域公路概況

為了驗證該文設(shè)計的方法是否滿足地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價需求，以山東省桓臺縣的公路網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計為例，對上述方法進(jìn)行了實例分析。桓臺縣隸屬于山東省淄博市，位于魯中山區(qū)和魯北平原的結(jié)合地帶，地處山東省中部偏北、淄博市北部，全縣總面積509 km2。截至目前，桓臺縣的通車?yán)锍踢_(dá)1 309.8 km，公路等級分別為高速、一級、二級、三級、四級，已拓展出一條“兩環(huán)九縱九橫”戰(zhàn)略通道，構(gòu)筑起“大框架、大循環(huán)、大互通”的路網(wǎng)架構(gòu)，實現(xiàn)了縣城15 min上高速、15 min到市區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)15 min到縣城的“315”生活圈，全力展現(xiàn)著桓臺交通建設(shè)的“加速度”，全縣共計完成路網(wǎng)提檔升級129.7 km，養(yǎng)護(hù)大中修363.8 km。近年來，桓臺縣互通大動脈、暢通微循環(huán)，一磚一石勾勒出四通八達(dá)的出行方式和立體交錯的交通網(wǎng)絡(luò)格局，由縣道、鄉(xiāng)道、專用公路等線路組成了完善的公路網(wǎng)，桓臺縣公路網(wǎng)如圖2所示。

由圖2可知，桓臺縣地方公路網(wǎng)存在鄉(xiāng)道公路、村道公路，以市域界線、鎮(zhèn)街界線、海域界線為隔斷，將各個村、鎮(zhèn)、縣分隔開。由于縣屬各個鄉(xiāng)、鎮(zhèn)發(fā)展的不均衡，需要對縣域公路網(wǎng)開展綜合規(guī)劃評價，利用交通適應(yīng)性評價指標(biāo)，評價公路網(wǎng)的交通適應(yīng)性，改善適應(yīng)性低的道路，從而確保桓臺縣的公路網(wǎng)更加適應(yīng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求。

2.2 應(yīng)用結(jié)果分析

在上述條件下，該文隨機(jī)選取出縣道、鄉(xiāng)道、村道、專用公路、環(huán)線公路、旅游公路、工業(yè)園區(qū)道路、城市快速路、橋梁、隧道等交通線路，將公路網(wǎng)連通度指標(biāo)、布局適應(yīng)度指標(biāo)、規(guī)模匹配度指標(biāo)、分維匹配度指標(biāo)、發(fā)展協(xié)調(diào)度指標(biāo)作為交通適應(yīng)性評價指標(biāo)。通過分析不同公路網(wǎng)的綜合性評價指標(biāo)權(quán)重與適應(yīng)性評價指數(shù)，從而確定該文設(shè)計的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法是否具有適用性。應(yīng)用結(jié)果如表2所示。

如表2所示，#0為連接縣城與鄉(xiāng)鎮(zhèn)的公路；#1為連接鄉(xiāng)鎮(zhèn)與村莊之間的公路；#2為連接村莊與村莊之間的公路；#3為專用公路；#4為環(huán)線公路；#5為旅游公路；#6為工業(yè)園區(qū)道路；#7為連接城市主要功能區(qū)之間的公路；#8為連接兩岸的公路；#9為跨越障礙物的公路。C為地方公路網(wǎng)連通度指標(biāo)；ρ為地方公路網(wǎng)布局適應(yīng)度指標(biāo)；δ為地方公路網(wǎng)等級與地方規(guī)模匹配度指標(biāo)；φ為地方公路網(wǎng)與地方體系分布匹配度指標(biāo)；η為公路網(wǎng)與地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指標(biāo)。

在其他條件均已知的情況下，使用該文設(shè)計的地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法之后，C在0.09～0.35的范圍內(nèi)變化；ρ在0.09～0.30的范圍內(nèi)變化；δ在0.15～0.31的范圍內(nèi)變化；φ在0.09～0.27的范圍內(nèi)變化；η在0.01～0.31的范圍內(nèi)變化。綜合性評價指標(biāo)權(quán)重=C+ρ+δ+φ+η，綜合評價指標(biāo)權(quán)重越趨近于1，交通適應(yīng)性評價的準(zhǔn)確性越高。適應(yīng)性評價指標(biāo)在0.96～1.00的范圍內(nèi)變化，而且隨著綜合性評價指標(biāo)權(quán)重而變化，能夠輔助綜合性評價指標(biāo)權(quán)重，判斷地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價的準(zhǔn)確性。綜合性評價指標(biāo)權(quán)重與適應(yīng)性評價指數(shù)越接近，交通適應(yīng)性評價的準(zhǔn)確性越高。由表中可知，#0～#9共10處地方公路網(wǎng)線路，綜合性評價指標(biāo)權(quán)重與適應(yīng)性評價指數(shù)相近，并且均高于0.95，可以滿足交通適應(yīng)性評價需求，符合該文研究目的。

3 結(jié)束語

地方公路網(wǎng)在規(guī)劃建設(shè)過程中，由于會受到地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的總體形勢等客觀條件的制約，會導(dǎo)致區(qū)域交通整體規(guī)劃布局的適應(yīng)性較低等問題。交通適應(yīng)性評價是對公路網(wǎng)在交通運行過程中的性能和特點進(jìn)行評估，能夠確定公路網(wǎng)是否可以應(yīng)對交通壓力和需求，對于地方公路發(fā)展具有重要作用。因此，該文設(shè)計了地方公路網(wǎng)交通適應(yīng)性評價方法。從公路網(wǎng)分形特征、適應(yīng)性評價指數(shù)等方面，評價公路網(wǎng)的交通運行情況，為緩解交通壓力提供數(shù)據(jù)理論支撐。

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收稿日期：2023-11-20

作者簡介：時華強(qiáng)（1967—），男，本科，工程師，研究方向：交通工程。