区域公路网分析与评价

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简介： 本文主要介绍在对区域现状公路网的分析与评价中，技术评价的主要特征及参数的计算与确定，从而对现状公路网的功能和服务水平作出定量的评价表述。
关键字：现状公路网 特征及参数 分析与评价

目前，在众多的前期预工可研报告中，普遍存在对现状公路网在技术方面的分析与评价不够全面的情况，本文就起其技术评价中的四项特征指标（道路特征、交通特征、服务水平、通达程度）作一般性的介绍，以便在今后的工作中对区域现状公路网分析和评价的更加全面完善。其目的在于发现问题、准确分析、评价现状公路网的优劣程度。运用道路与交通特征参数对公路网上的交通流与组成公路网道路特征及路网所提供的服务水平，从宏观上给以定量表述，从而为公路网现状评价、公路改建或新建项目的制定和实施提供更加充分的论据。四项特征指标所包含的具体参数见图1。

　　一、 四项特征指标

　　1. 公路网交通流特征参数

　　 表述路段交通特征的物理量为路段交通特征参数，主要有交通量Q、交通密度K、车速V、车头距h、通行能力C，其中Q、K、V为路段基本交通参数，这些集中反映了路段交通流的最基本特征。

　　公路网中每段道路由有限个路段组成，因此，整个公路网的交通特征与路段交通参数有直接的联系，现用“网流量Qw、网车速Vw、网车流密度Kw来表述整个公路网的交通特征，称之为公路网的基本交通参数。

　　①网流量：是指组成公路网中各路段交通量的加权（里程权）平均值，用Qw（辆/日、小时）表示，公式如下：

　　式中q_i——第i个路段上的交通量（辆/日、小时）

　　 L_i——第i个路段上的里程（km）

　　 L_w——公里网的总里程 （km）

　　 P_i——里程权（P_i＝L_i/L_w）

　　 根据（1-1）式可以计算出公路网中各类技术等级公路的网流量，如：国道Q_国、省道Q_省、县道Q_县的网流量。

　　 Q_国＝∑q_国i·p_国i

　　 Q_省＝∑q_省i·p_省i （1-2）

　　 Q_县＝∑q_县i·p_县i

　　 式（1-2）中，Q_国、Q_省、Q_县、p_国i、p_省i、p_县i分别表示国道、省道、县道的路段交通量和相应的里程权。

　　容易证明：Q_W＝Q_国·P_国+Q_省·P_省+Q_县·P_县 （1-3）

　　式中：P_国＝L_国/L_W； P_省＝L_省/L_W； P_县＝L_县/L_W

　　其中：L_国、L_省、L_县分别表示区域内国道、省道、县道的总里程。

　　网流量这一指标从客观上反映了整个公路的交通负载情况。

　　②网车流密度：是指某一时刻公路网单位长度路段上所拥有的车辆数。用Kw表示（辆/km），其公式如下：

　　 (1-4)

　　式中：N——某一时刻整个路网上的车辆数（辆）。

　　 K_i——第i个路段的交通密度 （辆/km）。

　　由式（1-4）知，网车流密度为各路段车流密度的加权平均值，权值同前。这一指标反映了公路网上车流的密集程度。

　　③网车速：是指各路段上平均车速的调和平均值，用Vw表示（公里/小时）。公式如下：

　　式中：Vi－第i个路段上车辆（公里/小时）。

　　 Wi－第i个路段上车公里权（Wi＝q_iL_i/∑q_iL_i）

　　此参数是反映网流量在路网中运行快慢程度的指标。

　　可以证明：网流量、网车速度及网车流密度有下列关系

　　④网行程时间：是指公路网上车辆行使单位里程所需的时间，用 Tw表示（小时/km），按下式计算：

　　以上是描述区域公路网中交通特征参数，具有实际意义，通过它们的计算可反映区域现状公路网实际交通状况。

　　2. 区域公路网道路特征参数

　　与交通特征参数相类似，道路特征参数与路段特征参数有直接关系，可以用道路技术等级Jw，网容量Cw和路面铺装率Rw表示

　　① 道路技术等级：是区域内各级公路的加权平均值。公式如下：

　　 （1-8）

　　式中：J_i——第i个路段的技术等级，J_i取值一般为J_i＝0，1,2,3,4,5

　　对应的公路是高速、一级、二级、三级、四级、等外。

　　 P_i——同前。

　　此项参数从总体上反映了区域路网的技术等级水平。

　　②网容量：实质是网流量Qw达到最大值时的值，即

　　 Cw＝max{Q_W¹，Q_W²，Q_W³，……Q_w^k} （1-9）

　　式中： Q_w^k－－区域公路网中某一种交通状态k的网流量。由于网容量与路段及交叉口的多少相关，但对于大多数等级公路来说，交叉口间距一般较长，因此在实际应用时可不考虑交叉口的影响。网容量不应大于组成区域路网各路段容量的加权平均值，即：

　　 （1-10）

　　对应于6种道路等级，则

　　式中：C_i－第i个路段的容量（辆/日（小时））

　　 C_j－第j级公路的容量（辆/日（小时））

　　 P_j－第j级公路里程占区域总里程的比重。

　　 （1-11）

　　③路面铺装率：一般指区域公路网中，有路面里程与总里程之比，用Rw表示：

　　 L_R－高级、次级路面里程（km）

　　 L_w－公路网总里程（km）

　　3. 区域公路网服务水平及其参数

　　服务水平就是反映道路交通给道路使用者提供服务质量好坏的尺度指标。一般用路网事故率、路网平均运输成本、路网饱和度、里程饱和率这几项参数来反映区域公路网的服务水平。

　　① 路网事故率，指车辆在公路网中行驶每亿车次公里所发生的事故次数，用Aw表示，这项指标反映了区域公路网的安全性，按下式计算：

　　 （1-12）

　　式中：A――路网中一年发生的事故次数。

　　 ――路网的年平均日车公里。

　　其中：Q_j－第j级公路的网流量。

　　 L_j－第j级公路的里程。

　　② 交通容量比（拥挤度）：指公路网流量与最大网容量之比值。用Sw表示。公式为：

　　 (1-13)

　　此项指标表明路网的适应性。一般情况下，当：

　　a. Sw＝0.1～0.75时，表示交通畅通无阻，适应性好。

　　b. 0.75<Sw≤1.0时，表示尚能适应，但高峰时有阻车现象。

　　c. Sw>1.0时，表示不能适应交通需求，严重阻车。

　　③ 路网里程饱和率：指公路网中饱和度等于或大于1.0的路段长度与公路网总里程之比，用Zw表示即：

　　式中：L_i－第i个饱和路段里程（km）。

　　 L_w－同前。

　　4. 区域公路的通达程度

　　 区域公路网的通达程度，就是公路网中各个节点间的连接方便紧密程度情况，通常用路网密度、路网连通度和节点的通达性来表达。

　　 ①公路网密度：依据公路网所在区域的面积、人口、经济为基数来计算。分别称为面积网密度r1、人口网密度r2、经济网密度r3和综合网密度r4。公路网密度是一个宏观指标，正是从区域交通运输经济效益出发，试图阐明路网密度的适应性。

　　 (1-15)

　　式中：L_W――公路网总里程（km）。

　　 A ――区域土地面积（km²）。

　　 P ――区域内人口数（人）。

　　 E ――区域经济指标，如：GDP（万元或亿元）。

　　 L_d ――路网等效里程（km）。

　　等效里程是以一般二级公路作为标准级公路，将其他技术等级的公路按车公里折算（用各级公路的通行能力计算车公里）为标准级公路时的相当长度，计算公式如下：

　　 （1-16）

　　 式中：b_j ――j级公路一个车道的等效系数，见表1-1。

　　m_j ――j级公路的车道数（条）。

　　x_j ――j级公路的实际里程（km）。

　　m₂ ――一般二级公路的车道数（条）。

　　表1-1 等效系数换算表

公路等级高速1高速2一级二级三级四级等外m_j（条）6～8442222C_j（标准车）40000～500002750015000750040001500100b_j1.78～1.671.831.01.00.530.20.013

　　 ②路网连通度：是指构成路网边数与节点总数的比重，用D_W表示，计算式为：

　　 （1-17）

　　式中：H ――相邻两节点间的平均空间直线距离（km），。

　　A ――区域面积（km²）。

　　N ――区域内应连通的节点数。

　　 Z ――路网变形系数，其值与路线弯曲情况和节点分布的几何形状有关。

　　 L_W――同前。

　　 路网连通度的值在平均意义上反映了公路网节点连通的强度。当D_W接近1.0时，路网布局为树状，各节点多为二路连通；当D_W为2.0时，路网布局为方格状，各节点多为四路连通；当D_W大于3.0时，路网布局为三角状，各节点为六路连通。

　　 ③节点的通达性：是度量一个节点与其它节点联系难易程度的指标，用D_k表示（k为节点标号），其值一般用连接该点的网络边数表示，边数越多，通达性越高。由于在公路网络中，一条边必须连接两个节点，故不难证明各节点的平均通达性与公路网连通度有近似2倍的关系。

　　 以上主要介绍了反映公路网道路和交通特征参数的计算方法，由它们就可构成公路网功能的技术评价指标体系。

　　二、 区域公路网的综合评价

　　 区域公路网建设与发展的目标主要有两方面，一是保证区域内外的有效连通，促进区域社会进步和经济发展，二是满足交通需求，提高运输效益。区域公路网的评价，一般按照社会评价、经济评价和技术评价三个组成部分来分析。评价的方法分单项指标法和综合法两种，而评价指标的选择与计算，是整个评价系统的共性问题，亦是影响评价结果的关键所在。对于技术评价而言，主要应针对路网的内部结构和使用功能，其基本要求归纳为三点，可选用以下单项技术指标，即：公路网密度、网容量、网车速、行程时间、交通容量比（拥挤度）、路网等级、通行能力、里程饱和度、路网连通度、路网事故率等项指标加以分析评价。

　　1. 单项指标分析评价法

　　单项指标分析评价法就是给各项指标相应于不同的适应情况的标准，而后把计算求得的实际值与标准值相比较来确定各项指标的适应程度，最后得出有关结论。根据评价工作的需要，可以把区域公路网的适应的评价语言，划分为（好、较好、一般、较差、差）五种情况。评价标准的确定因素较广，于人们的感受和主观成份较大，不确定性显著，部分指标难以用固定的数值来度量。但为了便于在实际中应用，根据专家调查结果，采用集值统计法，确定了以下几项指标的评价标准（见表2）供参考。

　　其它指标的评价，可根据有关规范中的技术指标加以对比分析、论定。

　　表2 部分单项指标评价标准

评价语指标好较好一般较差差路网等级J_W<2.82.8～3.23.2～3.63.6～4.0>4.0拥挤度Y_W<0.60.6～0.80.8～1.01.0～1.2>1.2里程饱和度Z_W<0.150.15～0.250.25～0.350.35～0.45>0.45路网连通度D_W>2.52.0～2.51.5～2.01.0～1.5<1.0

　　2. 公路网适应性的综合评价

　　 因公路网的评价系统是社会评价、技术评价和经济评价三个子系统组成，而每个子系统又包含有若干个指标，它们分别从某一方面表示路网系统方案的特性。各个单项指标乃至一个子系统，均难以对公路网作出满意的综合评价，具有一定的模糊性，为此，应对公路网整体作出客观的优劣评价，常用的方法是价值法，而在这种方法中，又有多种结构模型，对现状公路网的评价，则采用其中的模糊数学结构模型较合理的模型。

　　①指标域

　　 X＝{x₁，x₂，x₃ }

　　 评语域：

　　 Y＝{Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ Y₅}

　　是X×Y上的模糊关系矩阵，其元素r_ij表示第i个指标相对于第j评语的隶属度； A＝{a₁，a₂，a₃}是指标X上的模糊向量，指标权重；B＝{b₁，b₂，b₃，b₄，b₅}是评价语域Y上的模糊向量，评价结果，则称式（2-1）模糊变换为综合评价模型。

　　公式： B＝A*R （2-1）

　　取模糊矩阵的合成运算为一般矩阵的运算规则，根据最大隶属原则，如有b_k＝max{b₁，b₂，b₃，b₄，b₅}则路网的综合评价结果为Y_K（K=1，2，3，4，5），依据参数D_b＝b_最小＋b_次小 （2-2）

　　和模糊关系向量R_i{r_i1，r_i2，r_i3，r_i4，r_i5}就可以对公路网的综合适应性及各项指标的适应性作出进一步的分析。上述综合评价模型可按实际需要增减，对于现状公路网的评价，取拥挤度、路网技术等级、连通度这三项指标可以满足要求。

　　②公路网的综合评价，重点在于分析各项指标相对于路网分布情况的模糊性，因此各项指标的隶属度，可按其在路网分布的实际情况来确定。参考表2中的评价标准，根据路网中路段的饱和度和技术等级在相应范围内的里程分布比例，将路网连通度D_W的标准放大1.0倍，按照路网图上通达性在这个标准相应范围内的节点数与路网节点数的比值，即可圈定D_W的隶属度，从而确定模糊矩阵R值。

　　权重系数的确定目的主要用来反映各项指标的作用和不同影响，一般通过专家咨询来确定，根据具体情况可分别采用专家小组或发表调查方法，把调查结果汇总整理后，即可得到各项指标权重系数。

　　调查结果整理方法：

　　⑴、平均数法

　　 （2-3）

　　式中：

　　――第i个评判指标的平均权重。

　　――第j个专家给第i个指标的权重所赋值。

　　m――咨询专家数目

　　需要注意的是为了便于专家判别，只要求给权重赋值0≤a_ij≤1.0即可。

　　⑵、中位数法

　　就是对固定的i将a_ij（1，2，3……m）按其值大小顺序排列，则有

　　 m为奇数时（2-4）

　　 m为偶数时

　　式中：符号含义同前。

　　将用上述方法整理得到的各项指标平均权重作统一化处理，便有其权重系数为：

　　 （2-5）

　　依据上述原理，通过发表调查方法即可得到公路路网饱和度、技术等级即连通度的权重数。

　　以上主要介绍了公路网的综合评价方法，由这些即可对区域公路网做出较为全面的技术分析和综合评价，从而为区域公路网是否需要进行改建或新建提供更充分的论证依据。

　　参考文献：

　　1. 《公路建设项目可行性研究报告编制办法》 1996年

　　2. 《公路网规划与设计》人民交通出版社 1995年

　　3. 日本《交通工程学》人民交通出版社 1994年

　　4. 玄北周等编《情报分析与预测》

　　5. 《中国公路投资优选分析及可行性研究方法》世界银行

　　6. 《统计学原理》