城市路网畅通可靠性分析_梁颖

r j
其中 , Zo , Zd 分别为系统 S 的第 k 个起讫对起点 O 和终点 D 的社会经济综合重要度 ;对路网任一起讫 点 i , 其社会经济综合重要度 Zi 可由该区域的人口 数 、 工业总产值和 社会物资产耗总量或 商品零售总 额 , 及区域内各结点相应指标的均值确定 ;详细计算 方法见文献 [ 4] 。 整个路网高峰时间的畅通可靠度反映了路网的运 营状态 , 值越大说明道路上交通运行状况越好 。 为易于管理者和出行者理解 , 本文根据城市规模 建立了系统畅通可靠度相应的语言评估词如表 1 。
I
j
k
k
=
P{ 高峰时间内 , 路径 j 上的车辆畅通行驶}=
i =1
∏PR
表 1 城市道路系统畅通可靠度评估用表
i
口语化描述 评估词 大城市畅通可靠度 中 、 小城市 畅通可靠度
特堵 极不 畅通 0 . 00 ～ 0 . 15 0 . 00 ～ 0 . 20
很堵 基本不 畅通 0. 15 ～ 0. 30 0. 20 ～ 0. 35
0 引言 随着城市经济的不断发展 , 城市交通得到了迅速 发展 。 但城市车辆保有量的增长速度远远超过城市道 路建设速度的增长 , 车速低下 、 路口延误已成为制约 城市发展的恶疾 , 交通阻塞时有发生 , 并常常引起交 通瘫痪 , 导致社会经济损失巨大 。 城市交通问题现已 成为影响城市功能正常发挥和城市可持续发展的一个 全局性问题 。 交通系统阻塞的发生根本在于道路供给和交通实 际需求之间的不平衡 , 而供需的变化具有很强的随机 性 , 因此 , 阻塞的发生也具有很大的随机性 。 对于随 机事件通常可用概率测度来描述其发生规律 。 而目前
第 22 卷 第 12 期 2005 年 12 月
公 路 交 通 科 技 Journal of Highway and Transportation Research and Development
Vol. 22 No. 12 Dec . 2005
文章编号 :1002 0268 ( 2005) 120105 04
目标 。 所谓畅通 , 广义来讲 , 其涵义为车辆能在畅通 的服务水平下行驶 。 由于交通流状态具有很强的随机 性 , 绝对畅通 可靠的路网 是没有的 。 借鉴可 靠度理 论 , 本文以畅通状态作为交通系统中路段 、 路口及 路网的预定功能 , 将畅通可靠度定义为 : 在规定时段 内 , 路网在正常使用条件下 , 道路交通运行状态能满 足畅通状态的概率 。 [ 2] 通常用道路服务水平 来反映道路运行状态 ;为 简单起见 , 在进行路网畅通可靠度评价时 , 本文假设 单元运营状态只有畅通与不畅通两个状态 。 一般情况 下 , 当路段达到 C 级或 C 级以上服务水平以上时可 假定为该路段畅通 ;对于交 叉口 , 当达到 D 级以上 服务水平时 , 即认为该路口 畅通 。 反之 则可认为阻 塞 。 当然 , 针对不同城市 、 不同的道路等级 , 畅通标 准可有所不同 。 2 道路单元畅通可靠性分析 在交通网络中 , 阻塞的发生主要是因道路通行能 力与实际交通需求之间的不平衡造成的 。 由于出行需 求的变化 、 出行时间不确定性 、 出行路径选择的不一 致性等导致交通系统的实际流量具有强烈的随机性 ; 而道路实际通行能力因受天气 、 事故等随机性因素的 影响 , 也同样不是一确定值 。 因此 , 阻塞的发生实际 上也是一随机事件 。 交通需求及通行能力的随机性是 造成路网服务水平不确定的主要原因 。 经过 出行 调查及 道路 流量分 析 , 结果 表明 :城市道 路上若 干天内同一 高峰时段 的交通需求 流量及实 际通行能力 为随机变 图 1 城市道路供需分 布曲线图 量 , 并可近似 认为符 [ 3] 合正态分布 ( 见图 1) 。 由交通供需关 系可以得到 道路单元的功能函数为 Z =g ( C , V) kC -V =C′ -V ( 1)
基金项目 :北京市科技新星资助项目 ( H013680080112) ;北京市自然科学基金重点资助项目 ( 8031002) 作者简介 :梁颖 ( 1975) , 女 , 山东青州人 , 工学博士 , 主要研究方向为交通规划 .( lying15 @hotmail. com)
106
公 路 交 通 科 技 第 22 卷
收稿日期 :2004 09 02
国内外对交通系统运行状态的研究多限于常态 , 其涉 及的指标多限于饱和度 、 区间运行速度 、 延误等非概 率测度参数 。 这些非概率测度参数难以描述和评价未 来整个路网运行的期望状态及预测阻 塞发生的可能 性 , 不利于交通系统的规划和管理 。 本文在交通流随机性研究的基础上 , 借鉴网络可 靠性分析方法 , 提出了概率型评价指标 — — — 畅通可靠 度 , 并进行城市道路单元 ( 道路或交叉口) 系统的畅 通可靠性分析 , 以 便于宏观把握整个路 网的运行状 态 , 为交通管理规划提供决策支持 。 1 畅通可靠度定义 保证路网畅通可靠是进行路网管理和规划的主要
城市路网畅通可靠性分析
梁 颖 , 陈艳艳 , 任福田
1 2 2
( 1.天津市公路工程设计研究院 , 天津 300170 ;2.北京工业大学交通研究中心 , 北京 100022) 摘要 :借鉴网络可靠性分析方法 , 基于交通供需随机性分析 , 建立了适合城市交通系统的概率型评 价指标 — — — 畅通 可 靠度 ;在此基 础上 , 提 出了道路单元及路网畅通可靠性分析方法 。 并以北京市二环内路网为例 , 对其交 通状况进行 了 分析 , 结果表 明利用畅通可靠性分析方法可以合理的评价分析路网的运行状态 ,来自百度文库从而使交通管理规划部 门充分认识 城 市交通供需矛盾 , 实现有限资源的合理利用和路网潜力的充分发挥 , 最终从根本上解决城市交通问题 。 关键词 :畅通可靠度 ;供需随机性 ;运行状态 ;路网分析 中图分类号 :U491. 1 文献标识码 :A
[ 1]
解 PB i = P { Z < 0}= P { kC - V < 0}=
k -V <0
C
f ( kC) ·f ( V) dC dV ∫ ∫
kC V
( 2)
PB i 可由概率论知识得出 , 对应的由 PR +PB = 1 即可求出道路单元的畅通可靠度 PR i 。 ( 3)
当道路的通行能力变化范围很小时 , 也可将正常 道路使用条件下的道路实际通行能力看作定值 , 计算 方法同上 。 在实际的操作中 , 由于道路通行能力和交通需求 的分布函数需要大量的交通流数据统计回归得到 , 这 无疑加大了利用上述解析方法求解道路单元畅通可靠 度的难度 。 经数据统计发现 , 畅通可靠度 PR 与道路 饱和度( V C) 成反比关系( 图 2) , 即道路单元的饱和度 V C 越小该单元越畅通 可靠 , 反之 不可靠 。 因 此 , 为 便于畅通可靠度的应用 , 对于现有路网 , 可利用路网实 际流量与相应的道路实际通行能力 , 求得道路单元的 饱和度 ; 而对于未来规划路网 , 建议通过四阶段法对未 来规划路网进行交通分配 , 得到各道路单元的饱和度 。 继而 , 各道路单元畅通可靠度可根据畅通可靠度与饱 和度之间的关系( 见公式 4) 进行简化求解 。
图 2 城市道路单元饱和度与畅通可靠度的关系曲线
PR i =α ( Vi Ci ) +β( Vi Ci ) +γ ( Vi Ci ) +c ( 4) 式中 , PR i 为道路单元 i 的畅通可靠度 ; Vi Ci 为道路 单元 i 的饱和度 , Vi 为通过道路单元 i 的流量 , Ci 为单 元 i 的通行能力 ; α , β, γ 为待定系数 ; c 为常数项 。 对于不同的城市 , 可以根据相应的交通流数据统 计得到其道路单元饱和度和畅通可靠度之间的关系表 达式 。 3 城市路网畅通可靠性分析 对于出行者来说 , 他们更关心的是出行起讫点间 的运行状态 。 为此 , 本文在道路单元畅通可靠性分析 的基础上 , 提供了高峰时段路径 、 OD 对及路网的畅 通可靠性分析方法 , 以便于交通管理者和决策者宏观
不好走 不甚 畅通 0. 30 ～ 0. 45 0. 35 ～ 0. 50
还可以 基本 畅通 0. 45 ～ 0. 80 0. 50 ～ 0. 80
畅行 非常 畅通 0. 80 ～ 1. 00 0. 80 ～ 1. 00
( 5) 式中 , PRi 为路径 j 所经过的单元 i 的畅通可靠度 , I j 为路径 j 所经单元的总数 。 OD 对的畅通可靠度 定义为高峰 时段内 , 该 OD 对间任一合理路径畅通的概率 。 所谓合理路径为路网 OD 对间距离较短 , 或者绕行稍远但阻塞较少发生的 道路 。 在路径两两阻塞状态独立的条件下 , OD 对间 畅通 度为 该起 讫 对间 各 条合 理 路径 畅 通事 件 的并
Reliability Analysis of Urban Road Network Mobility
LIANG Ying1 , CHEN Yanyan 2 , REN Futian 2 ( 1. Tiangjin Highway Engineering Design Research Institute , Tianjin 300170 , China ; 2. Transportation Research Center , Beijing University of Technology , Beijing 100022 , China) Abstract :Based on the randomness analy sis of traffic demand and supply , and the reliability analysis of the network , the paper presents the concept of mobility reliability and the reliability analysis methods for road section and network mobility. In the end of the paper , taking the Beijing urban network as example , the traffic operation status is analyzed and evaluated by the method with reasonable results. Key words :Mobility reliability ;Randomness analysis of demand and supply ; Performance evaluation ;Road network analysis
第 12 期 梁 颖 , 等 :城市路网畅通可靠性分析
107
把握整个城市路网的运行状况 。 借鉴道路单元畅通可靠度的定义 , 高峰时段路径 畅通可靠度可定义为 : 高峰时间内道路某路径上的车 辆能畅通行驶的概率 , 即车辆在高峰时间内所经路段 及路口单元均在畅通服务水平之上的行驶概率 。 一条路径 j 相当于由一系列的道路单元 ( 路口或 路段) 构成的串联系统 , 当各单元的畅 通概率已知 时 , 此路径的畅通可靠度应为其所经各单元畅通可靠 度之积 。 即路径 j 畅通可靠度为
3
2
式中 , C′ =kC 为畅通通行能力 ( C 为道路实际通行 能力) , 是指道路满足畅通的服务水平 ( 或畅通运行 速度) 的最大服务交通量 ;k 为保证道路畅通的通行 能力折减系数 , 0 <k < 1; 其取 值建议对于路段 , k 取 0. 9 ～ 1. 0 , 对于交叉口 , k 取 0. 75 ～ 0. 90 。 在道路 正常使用条件 下 , 若已知畅 通通行能力 C′ 和流量需求 V 的概率分布密度函数分别为 f C′( C′ ) 及 fV ( V) , 并在 C′ 和 V 相互独立的假设下 , 道路单元 i 阻塞概率 PB -i( 图 1 中阴影区域面积) 可按下式求