CN101576991A - 一种确定城市道路等级配置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种确定城市道路等级配置的方法，用于确定城市道路的等级配置比例，首先确定多种交通方式对道路等级配置影响的微观分担率模型中的参数，且所述的交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式；然后，根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，以获取各交通方式在各等级道路上的出行距离，最终获得适宜各交通方式的道路等级配置比例；由此知，本发明所述的技术方案，具有兼顾各类机动车交通方式的全面性、考虑各类机动车的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系的客观科学性等特点，即运用本发明所述的方法进行城市道路等级配置更具合理性，达到资源的有效利用，方便人们出行。

Description

一种确定城市道路等级配置的方法

技术领域

本发明涉及一种确定城市道路等级配置的方法，尤其涉及一种考虑各类机动车不同出行距离特征的确定城市道路等级配置的方法。

背景技术

我国正处于经济高速增长时期，随着城市化水平的加快、机动车保有量的快速增长，城市交通环境也日益恶化。为了缓解交通拥堵，我国也加大了城市道路的投资建设，但“急于求成”的思想使得城市只注重快速路和干路的建设，忽视支路的建设，在缺乏低等级道路的路网中，道路供给的增长也缺乏有效性。反而造成干路上承担了短、中、长三种距离的机动车出行，使快速路不快，干路不畅。虽然《城市道路交通规范》对各等级道路的密度进行了规定，但却没有说明该值的由来，更没有考虑各城市不同交通方式出行距离的差异，缺乏科学性，因此研究城市道路等级的合理配置十分重要。

目前对道路等级配置的研究文献概括起来主要有以下两种方法：

(一)单目标函数法

单纯的以路网某方面性能最大为目标，以建设资金、道路级配比例等作为约束条件，将道路级配的研究简单的归为单目标函数。

但是该方法在思路上存在忽视问题本质，因为路网某方面性能最大并不能代表道路等级结构能与交通需求匹配，更不能表示道路等级结构最优。而且，该方法通常以建设资金和道路级配比例作为约束条件，一方面建设资金的总量由政府或银行拨款，属于不确定因素，另一方面，以道路级配的极值为约束，使道路级配的求解限制在作者需要的范围内，主观因素过多，而不能在更广泛的范围内求解，从而失去了优化求解的意义。

(二)供需平衡法

该方法的主旨是以通过优化道路资源的供给达到与交通方式的出行需求相平衡的目的，以“供需平衡”为基础作为道路级配的研究总思路是正确的，但是在研究细节上，目前的研究存在以下缺憾：

1)忽视多种机动车的交通方式出行对道路等级配置的影响

虽然文献考虑了各等级道路承担不同出行距离的功能，但只针对小汽车出行特性讨论了各等级道路的级配方法，而未考虑公交车、摩托车等交通方式对道路等级配置的影响。在以“公交优先、大力发展公共交通”的政策下，忽略以公共交通为首的其它交通方式来优化道路等级配置显然是片面的。

2)忽视了各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系

实际上，一方面，各交通方式由于自身特性，有长、中、短三种优势出行距离的差异，如：小汽车适宜长距离出行，而常规公交车适宜中、长距离出行。另一方面，不同等级的道路具有承担不同的出行距离功能，如：快速路承担长距离出行，支路承担短距离出行。而现有的研究并没有考虑交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，缺乏科学性。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种确定城市道路等级配置的方法，具有兼顾各类机动车方式的全面性、考虑各类机动车的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系的客观科学性等特点，即运用本发明所述的方法进行城市道路等级配置更具合理性，达到资源的有效利用，方便人们出行。

根据以上的技术目的，本发明采用以下的技术方案：

一种确定城市道路等级配置的方法，用于确定各等级道路的等级配置比例，用于确定各等级道路的等级配置比例，其首先确定多种交通方式对道路等级配置影响的微观分担率模型中的参数，所述的交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式；然后根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，获取各交通方式在各等级道路上的出行距离；最后根据各交通方式对应的微观分担率模型以及每一种交通方式在各等级道路上的出行距离，确定各交通方式在各等级道路的出行需求周转量以及各等级道路供给各交通方式的车道里程，以获取适宜各交通方式的道路等级配置比例。

进一步地，该确定城市道路等级配置的方法，包括以下步骤：(1)确定各居民出行距离长度分界值将居民出行距离划分为短距离出行、中距离出行、长距离出行三种等级，根据目标城市的居民出行调查数据，对居民在各出行距离长度的累计出行比例分布值进行分析，以确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种居民出行距离长度的分界值d₁、d₂；(2)确定居民出行距离分布的密度函数将短距离出行、中距离出行、长距离出行分段对居民出行距离的累计分布量进行回归拟合，确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种出行情况下居民出行距离分布的密度函数；(3)选取交通方式并标定各交通方式在出行微观分担率模型中的参数交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式，在各交通方式的出行微观分担率模型表达式基础上，根据各交通方式的宏观出行比例的约束，标定各交通方式对应的出行微观分担率模型中的参数；(4)确定出行距离在各等级道路上的分布规律根据各等级道路承担不同出行距离的功能特点，确定出行距离在各等级道路上的分布规律；(5)确定各交通方式在各等级道路上的出行距离根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，计算各交通方式在各等级道路上的出行距离；(6)确定各交通方式在各等级道路上的出行周转量利用各交通方式在各级道路的出行量与其在各等级道路上出行距离的乘积，确定各交通方式在各等级道路上对应的出行周转量；(7)确定各等级道路供给各交通方式的周转量基于各级道路供给各交通方式的周转量应该满足各交通方式在各等级道路上所需求的出行周转量，实现供需平衡原则，确定各等级道路供给各交通方式的周转量；(8)确定各等级道路供给各交通方式的车道里程；(9)确定各级道路的等级配置比例。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1.与以往的“以小汽车为本”的研究相比，本发明兼顾了各类机动车的出行距离特性对道路等级配置的影响。运用本发明，可使各等级道路的供给能满足小汽车、摩托车、公交车等各类机动车出行的需要，创造出“公平”、“和谐”的交通环境。

2.本发明在根据实际城市居民出行调查的数据基础上，在遵循各类机动车方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系的客观规律基础上，建立了各类机动车方式与各等级道路的需求、供给平衡模型，从而确定出各级道路的等级配置。本发明确定的道路等级配置具有科学性，从而真正起到缓解交通拥挤的作用。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2是居民在各出行距离下的累计出行比例分布图；

图3是出行距离在各等级道路的分布图。

具体实施方式

以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。

本发明所述确定城市道路等级配置的方法，用于确定各等级道路的等级配置比例，其首先确定多种交通方式对道路等级配置影响的微观分担率模型中的参数，所述的交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式；然后根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，获取各交通方式在各等级道路上的出行距离；最后根据各交通方式对应的微观分担率模型以及每一种交通方式在各等级道路上的出行距离，确定各交通方式在各等级道路的出行需求周转量以及各等级道路供给各交通方式的车道里程，以获取适宜各交通方式的道路等级配置比例。

具体地说，如图1所示，上述确定城市道路等级配置的方法，包括以下步骤：

(1)确定各居民出行距离长度分界值

将居民出行距离划分为短距离出行、中距离出行、长距离出行三种等级，根据目标城市的居民出行调查数据，对居民在各出行距离长度的累计出行比例分布值进行分析，找出当累计分布量发生最大变化时候的距离特征值，以确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种居民出行距离长度的分界值d₁、d₂。

如图2所示，当出行距离在d₁、d₂时，累计分布量的斜率发生陡变，因此以d₁、d₂作为短出行距离、中出行距离以及长出行距离的划分临界值，可以较好地反映城市出行距离特性：即0～d₁公里的出行划分为短距离出行的域值；d₁～d₂公里的出行划分为中距离出行的域值，大于d₂公里的出行划分为长距离出行。

(2)确定居民出行距离分布的密度函数

将短距离出行、中距离出行、长距离出行分段对居民出行距离的累计分布量进行回归拟合，确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种出行情况下居民出行距离分布的密度函数；

按照短距离出行、中距离出行、长距离出行分段对居民出行距离的累计分布量进行线性回归拟合，所获得的分段拟合线性回归函数为：T_m(r)＝k_mr+b_m

其中，T_m(r)为出行距离＜r时的累积出行比例；k_m为第m种出行情况下的直线斜率，b_m为第m种出行情况下的直线截距。m＝1、2、3，分别代表短距离出行、中距离出现以及长距离出行三种出行情况；

然后将分段拟合线性回归函数对相应的出行距离r求导数，以获取短、中、长三种出行情况下居民出行距离分布的密度函数： ${T_m}^{\′}\left(r\right)=\frac{\∂T_m\left(r\right)}{\∂r}=k_m$

(3)选取交通方式并标定各交通方式在出行微观分担率模型中的参数

交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式，本发明针对的是小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式，在各交通方式的出行微观分担率模型表达式基础上，根据各交通方式的宏观出行比例的约束，标定各交通方式对应的出行微观分担率模型中的参数。

标定交通方式为小汽车、摩托车、公交车出行微观分担率模型中参数的方法包括以下步骤：

a)小汽车、摩托车、公交车出行微观分担率模型的表达式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)=C(e^{{\mathrm{\α}}_{1}r}-1)\\ P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)={\mathrm{Dre}}^{-{\mathrm{\α}}_{2}r}\\ P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)={\mathrm{Ere}}^{-{\mathrm{\α}}_{3}r}\end{array}\right.$

其中，P_car(r)、P_motor(r)、P_bus(r)分别为小汽车、摩托车和公交车的出行比例，α₁、α₂、α₃分别用于反映小汽车、摩托车和公交车的优势出行距离，C、D、E分别用于反映小汽车、摩托车和公交车宏观总出行比例；

b)根据小汽车、摩托车和公交车的优势出行距离规律，确定α₁、α₂、α₃三个参数的值，α₁、α₂、α₃三个参数的值在各城市都变化不大，具有普遍性。根据经验：α₁＝0.1可以反映小汽车的优势距离在d₂以上的规律；α₂＝0.15反映了摩托车优势出行距离分布在4-7km区间；α₃＝0.016反映了公交车优势出行距离＜9km的规律；

c)宏观总出行比例P_i与微观交通方式分担率的关系可由下式表示：

$P_i=\underset{m=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\γ}}_m}^{{\mathrm{\γ}}_{m+1}}{T_m}^{\′}\left(r\right)P_i\left(r\right)\mathrm{dr}---(1-6)$

且 $\left\{\begin{array}{c}{T_m}^{\′}\left(r\right)\∈[k_1,k_2,k_3]\\ {\mathrm{\γ}}_m\∈[0,d_1,d_2,d_{\max }]\end{array}\right.$

其中，P_i即为i种交通方式的宏观总出行比例，i表示小汽车、摩托车和公交车；积分上下限γ_m、γ_m+1分别表示短距离出行、中距离出行、长距离出行对应的距离区间，其中d₁、d₂为短距离出行、中距离出行、长距离出行的分界值，d_max为出行距离的上限，由城市规模决定；

d)确定C、D、E值。

因此，本发明设计了一种通过标定参数C、D、E的值，确定各机动车交通方式的微观分担率模型的方法，其具体过程如下：

第1步：已知各类机动车交通方式的宏观出行结构P_i；

第2步：根据步骤2所述方法，确定短、中、长出行距离下居民出行距离分布的密度函数T_m′(r)

第3步：确定各机动车出行的微观分担率模型表达形式，以及根据各机动车的优势出行距离规律，确定参数α₁、α₂、α₃的取值。

第4步：根据式(1-6)，标定分担率模型中的参数C、D、E值，从而确定机动车交通方定机动车交通方式的微观分担率模型。

(4)确定出行距离在各等级道路上的分布规律根据各等级道路承担不同出行距离的功能特点，确定出行距离在各等级道路上的分布规律；

根据支路承担短距离出行、干路承担中或长距离出行、快速路承担长距离出行的不同功能划分，本发明所述的出行距离在各等级道路上的分布规律满足以下条件：

a)当出行距离r≤d₁时，只利用支路出行，则在支路上走的距离为r；

b)当出行距离d₁＜r≤d₂时，最高利用干路出行，支路起集散作用，将交通量疏解至干道上，则在支路上走的平均距离为r₁，在干路上的出行距离为r-r₁；

c)当出行距离r＞d₂时；最高利用快速路出行。交通量则由支路经干路，最后疏解至快速路上，那么在支路上走的平均出行距离为r₁，在干路上的平均出行距离为r₂-r₁，在快速路上完成的出行距离为r-r₂；

其中，r₁为利用支路的平均出行距离、r₂为当出行距离长度达到需要由干路承担时候的平均值。

(5)确定各交通方式在各等级道路上的出行距离根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，计算各交通方式在各等级道路上的出行距离。

交通方式i利用支路完成的平均出行距离r_1(i)为

$r_{1\left(i\right)}=\frac{{\∫}_0^{d_1}{P}_i\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^{d_1}{P}_i\left(r\right)\mathrm{dr}}$

交通方式i在其出行距离长度达到需要由干路承担时候的平均值r_2(i)为

$r_{2\left(i\right)}=\frac{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_i\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_i\left(r\right)\mathrm{dr}}$

a)小汽车在各等级道路上的出行距离

小汽车适合中距离、长距离出行，主要由干路、快速路承担，支路起集散作用。

1.当出行距离r≤d1时，只利用支路出行，小汽车在支路上走的距离为r；

2.当出行距离d1＜r≤d2时，最高利用干路出行，支路起集散作用，则小汽车在支路上走的平均距离为 $r_{1\left(\mathrm{car}\right)}=\frac{{\∫}_0^{d_1}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^{d_1}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{dr}},$ 小汽车在干路上的出行距离为r-r_1(car)；

3.当出行距离r＞d2时；最高利用快速路出行。交通量则由支路经干路，出行距离长度达到需要由干路承担时候的平均值 $r_{2\left(\mathrm{car}\right)}=\frac{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{dr}},$ 则：小汽车在支路完成的出行距离仍为r_1(car)，小汽车在干路完成的出行距离为r_2(car)-r_1(car)，小汽车在快速路上完成的出行距离为r-r_2(car)。

b)摩托车在各等级道路上的出行距离

摩托车安全性差，不允许在快速路上通行，因此：

1.当出行距离r≤d1时，只利用支路出行，摩托车在支路上走的距离为r；

2.当出行距离r＞d1时，最高利用干路出行，支路起集散作用，将交通量疏解至干道上，则摩托车在支路上走的平均距离为 $r_{1\left(\mathrm{motor}\right)}=\frac{{\∫}_0^3{P}_{\mathrm{motor}}\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^3{P}_{\mathrm{motor}}\left(r\right)\mathrm{dr}},$ 摩托车在干路上的出行距离为r-r_1(motor)；

c)公交车在各等级道路上的出行距离

公交车适合中距离、长距离出行，主要由干路、快速路承担，支路起集散作用。

1.当出行距离r≤d1时，只利用支路出行，公交在支路上走的距离为r；

2.当出行距离d1＜r≤d2时，最高利用干路出行，支路起集散作用，则公交在支路上走的平均距离为 $r_{1\left(\mathrm{bus}\right)}=\frac{{\∫}_0^3{P}_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^3{P}_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{dr}},$ 公交在干路上的出行距离为r-r_1(bus)；

3.当出行距离r＞d2时；最高利用快速路出行。交通量则由支路经干路，出行距离长度达到需要由干路承担时候的平均值 $r_{2\left(\mathrm{bus}\right)}=\frac{{\∫}_3^7{P}_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_3^7{P}_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{dr}},$ 则：由于支路集散，公交在支路完成的出行距离仍为r_1(bus)，公交在干路完成的出行距离为r_2(bus)-r_1(bus)，公交在快速路上完成的出行距离为r-r_2(bus)。

(6)确定各交通方式在各等级道路上的出行周转量

本发明计算各交通方式i在各等级道路j的出行需求周转量(人.km/日)，用符号Z_i ^j表示，其含义是指利用各交通方式i的出行量与在各等级道路j上出行距离的乘积。

1.当出行距离r≤d1时，最高利用支路出行，则：

支路的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′}=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{rdr}$

其中，T为居民出行总量(人次/日)，其它符号意义同前。

2.当出行距离d₁＜r≤d₂时，最高利用干路出行，干路包括主干路和次干路，则有：

支路的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′}=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}$

干路上的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′}=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

3.当出行距离r＞d₂时最高利用快速路出行，则：

支路的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}$

干路上的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r_{2\left(\mathrm{car}\right)}-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

快速路上的出行周转量： ${Z_{\mathrm{car}}^1}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{2\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

综上所述，可知：

$Z_{\mathrm{car}}^3={Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{car}}^2={Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r_{2\left(\mathrm{car}\right)}-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{car}}^1={Z_{\mathrm{car}}^1}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{2\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{motor}}^3={Z_{\mathrm{motor}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{motor}}^3}^{\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{motor}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{motor}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{motor}}^2={Z_{\mathrm{motor}}^2}^{\′\′}=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{motor}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{motor}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^3={Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{bus}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{bus}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^2={Z_{\mathrm{bus}}^2}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^2}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r_{2\left(\mathrm{bus}\right)}-r_{1\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^1={Z_{\mathrm{bus}}^1}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r-r_{2\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}$

其中，Z_i ^j表示各等级道路上的各种交通方式对应的出行需求周转量，i为car、motor和bus，分别对应表示交通方式小汽车、摩托车和公交车，j＝1、2、3，分别对应表示快速路、干路和支路，r表示出行距离，T₁′(r)、T₂′(r)以及T₃′(r)分别表示居民短距离出行分布的密度函数、居民中距离出行分布的密度函数以及居民长距离出行分布的密度函数，P_car(r)、P_motor(r)、P_bus(r)分别表示小汽车、摩托车以及公交车的宏观总出行比例。

(7)确定各等级道路供给各交通方式的周转量基于各级道路供给各交通方式的周转量应该满足各交通方式在各等级道路上所需求的出行周转量，实现供需平衡原则，确定各等级道路供给各交通方式的周转量。

则在各级道路j供给各交通方式i的周转量G_i ^j(车.km/h)应该与需求周转量Z_i ^j相平衡的指导下，各级道路j供给各交通方式i的周转量G_i ^j为：

$G_i^j=\frac{Z_i^j\×\mathrm{\θ}\×\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\τ}}_i}$

式中，θ为高峰小时出行需求占全天的比例，一般取20％；τ_i为第i种交通方式的车均载客量。ψ为匹配指数，ψ值所对应的供需状况，分别为ψ≤0.9供给不足，0.9＜ψ≤0.95基本匹配，0.95＜ψ＜1.05良好匹配；1.05≤ψ＜1.3供给充足。

(8)确定各等级道路供给各交通方式的车道里程；

利用步骤7计算的各级道路j供给各交通方式i的周转量G_i ^j与单车道通行能力的比值，可计算得到各级道路j供给各交通方式i的车道里程数Pkm_i ^j(lane.km)即：

${\mathrm{Pkm}}_i^j=\frac{G_i^j}{{\mathrm{cap}}_i^j}=\frac{Z_i^j\×\mathrm{\θ}\×\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\τ}}_i\×{\mathrm{cap}}_i^j}$

(9)确定各级道路的等级配置比例

设第j级道路的双向机动车车道数有p^j个车道，考虑到摩托车的单车道宽度大约是小汽车单车道宽度的0.4倍，则小汽车、摩托车、公交车三种方式合计需要的各级道路里程数l^j为：

$l^j=\frac{{\mathrm{Pkm}}_{\mathrm{car}}^j+{\mathrm{Pkm}}_{\mathrm{motor}}^j\×0.4+{\mathrm{Pkm}}_{\mathrm{bus}}^j}{p^j}$

则各级道路的等级配置比例为l¹∶l²∶l³。

Claims (10)

1.一种确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，该确定城市道路等级配置的方法用于确定各等级道路的等级配置比例，其首先确定多种交通方式对道路等级配置影响的微观分担率模型中的参数，所述的交通方式至少包括小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式；然后根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，获取各交通方式在各等级道路上的出行距离；最后根据各交通方式对应的微观分担率模型以及每一种交通方式在各等级道路上的出行距离，确定各交通方式在各等级道路的出行需求周转量以及各等级道路供给各交通方式的车道里程，以获取适宜各交通方式的道路等级配置比例。

2.根据权利要求1所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定居民出行距离长度分界值将居民出行距离划分为短距离出行、中距离出行、长距离出行三种等级，根据目标城市的居民出行调查数据，对居民在各出行距离长度的累计出行比例分布值进行分析，以确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种居民出行距离长度的分界值d₁、d₂；

(2)确定居民出行距离分布的密度函数将短距离出行、中距离出行、长距离出行分段对居民出行距离的累计分布量进行回归拟合，确定短距离出行、中距离出行、长距离出行三种出行情况下居民出行距离分布的密度函数；

(3)选取交通方式并标定各交通方式在出行微观分担率模型中的参数所述交通方式为小汽车、摩托车、公交车三种机动车交通方式，在各交通方式的出行微观分担率模型表达式基础上，根据各交通方式的宏观出行比例的约束，标定各交通方式对应的出行微观分担率模型中的参数；

(4)确定出行距离在各等级道路上的分布规律根据各等级道路承担不同出行距离的功能特点，确定出行距离在各等级道路上的分布规律；

(5)确定各交通方式在各等级道路上的出行距离根据各交通方式的优势出行距离与各等级道路承担的出行距离耦合关系，以获取各交通方式在各等级道路上的出行距离；

(6)确定各交通方式在各等级道路上的出行周转量利用各交通方式在各级道路的出行量与其在各等级道路上出行距离的乘积，确定各交通方式在各等级道路上对应的出行周转量；

(7)确定各等级道路供给各交通方式的周转量基于各级道路供给各交通方式的周转量应该满足各交通方式在各等级道路上所需求的出行周转量，实现供需平衡原则，确定各等级道路供给各交通方式的周转量；

(8)确定各等级道路供给各交通方式的车道里程；

(9)确定各级道路的等级配置比例。

3.根据权利要求2所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，所述第(2)步骤中居民出行距离分布的密度函数通过以下步骤确定：

(1)按照短距离出行、中距离出行、长距离出行分段对居民出行距离的累计分布量进行线性回归拟合，所获得的分段拟合线性回归函数为：T_m(r)＝k_mr+b_m

其中，T_m(r)为出行距离＜r时的累积出行比例；k_m为第m种出行情况下的直线斜率，b_m为第m种出行情况下的直线截距。m＝1、2、3，分别代表短距离出行、中距离出现以及长距离出行三种出行情况；

(2)将分段拟合线性回归函数对相应的出行距离r求导数，以获取短、中、长三种出行情况下居民出行距离分布的密度函数： ${T_m}^{\′}\left(r\right)=\frac{{\∂T}_m\left(r\right)}{\∂r}=k_m.$

4.根据权利要求2所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，标定交通方式为小汽车、摩托车、公交车出行微观分担率模型中参数的方法包括以下步骤：

(1)小汽车、摩托车、公交车出行微观分担率模型的表达式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{\mathrm{car}}\left(r\right)=C(e^{{\mathrm{\α}}_{1}r}-1)\\ P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)={\mathrm{Dre}}^{-{\mathrm{\α}}_{2}r}\\ P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)={\mathrm{Ere}}^{-{\mathrm{\α}}_{3}r}\end{array}\right.$

其中，P_car(r)、P_motor(r)、P_bus(r)分别为小汽车、摩托车和公交车的出行比例，α₁、α₂、α₃分别用于反映小汽车、摩托车和公交车的优势出行距离，C、D、E分别用于反映小汽车、摩托车和公交车宏观总出行比例；

(2)根据小汽车、摩托车和公交车的优势出行距离规律，确定α₁、α₂、α₃三个参数的值；

(3)宏观总出行比例P_i与微观交通方式分担率的关系由下式表示：

$P_i=\underset{m=1}{\overset{3}{\mathrm{\Σ}}}{\∫}_{{\mathrm{\γ}}_m}^{{\mathrm{\γ}}_{m+1}}{T_m}^{\′}\left(r\right)P_i\left(r\right)\mathrm{dr}$

且 $\left\{\begin{array}{c}{T_m}^{\′}\left(r\right)\∈[k_1,k_2,k_3]\\ {\mathrm{\γ}}_m\∈[0,d_1,d_2,d_{\max }]\end{array}\right.$

其中，P_i即为i种交通方式的宏观总出行比例，i表示小汽车、摩托车和公交车；积分上下限γ_m、γ_m+1分别表示短距离出行、中距离出行、长距离出行对应的距离区间，其中d₁、d₂为短距离出行、中距离出行、长距离出行的分界值，d_max为出行距离的上限，由城市规模决定；

(4)确定C、D、E值。

5.根据权利要求4所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，α₁＝0.1，α₂＝0.15，α₃＝0.016。

6.根据权利要求5所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，出行距离在各等级道路上的分布规律满足以下条件：

(1)出行距离r≤d1时，只利用支路出行，在支路上走的距离为r；

(2)出行距离d1＜r≤d2时，最高利用干路出行，支路起集散作用，将交通量疏解至干路上，则在支路上走的平均距离为r₁，在干路上的出行距离为r-r₁；

(3)出行距离r＞d2时；最高利用快速路出行。交通量则由支路经干路，最后疏解至快速路上。那么在支路上走的平均出行距离为r₁，在干路上的平均出行距离为r₂-r₁，则在快速路上完成的出行距离为r-r₂。

7.根据权利要求6所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，各等级道路上的出行距离通过以下表达式确定：

$\left\{\begin{array}{c}{r}_{1\left(i\right)}=\frac{{\∫}_0^{d_1}{P}_i\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_0^{d_1}{P}_i\left(r\right)\mathrm{dr}}\\ r_{2\left(i\right)}=\frac{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_i\left(r\right)\mathrm{rdr}}{{\∫}_{d_1}^{d_2}{P}_i\left(r\right)\mathrm{dr}}\end{array}\right.$

其中，r_1(i)为交通方式i利用支路完成的平均出行距离，r_2(i)为交通方式i在其出行距离长度达到需要由干路承担时候的平均值。

8.根据权利要求7所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，各交通方式需求各等级道路提供的周转量Z_i ^j通过以下方程式确定：

$Z_{\mathrm{car}}^3={Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{car}}^3}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{car}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{car}}^2={Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{car}}^2}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r_{2\left(\mathrm{car}\right)}-r_{1\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{car}}^1={Z_{\mathrm{car}}^1}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{car}}\left(r\right)(r-r_{2\left(\mathrm{car}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{motor}}^3={Z_{\mathrm{motor}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{motor}}^3}^{\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{motor}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{motor}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{motor}}^2={Z_{\mathrm{motor}}^2}^{\′\′}=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{motor}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{motor}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{motor}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^3={Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^3}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_0^{d_1}{T_1}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)\mathrm{rdr}+T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{bus}\right)}\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)r_{1\left(\mathrm{bus}\right)}\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^2={Z_{\mathrm{bus}}^2}^{\′\′}+{Z_{\mathrm{bus}}^2}^{\′\′\′}$

$=T{\∫}_{d_1}^{d_2}{T_2}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r-r_{1\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}+T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r_{2\left(\mathrm{bus}\right)}-r_{1\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}$

$Z_{\mathrm{bus}}^1={Z_{\mathrm{bus}}^1}^{\′\′\′}=T{\∫}_{d_2}^{d_{\max }}{T_3}^{\′}\left(r\right)P_{\mathrm{bus}}\left(r\right)(r-r_{2\left(\mathrm{bus}\right)})\mathrm{dr}$

其中，Z_i ^j表示各等级道路上的各种交通方式对应的出行需求周转量，i为car、motor和bus，分别对应表示交通方式小汽车、摩托车和公交车，j＝1、2、3，分别对应表示快速路、干路和支路，r表示出行距离，T₁′(r)、T₂′(r)以及T₃′(r)分别表示居民短距离出行分布的密度函数、居民中距离出行分布的密度函数以及居民长距离出行分布的密度函数，P_car(r)、P_motor(r)、P_bus(r)分别表示小汽车、摩托车以及公交车的宏观总出行比例，T为居民出行总量，单位为人次/日。

9.根据权利要求8所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，各等级道路供给各交通方式的周转量G_i ^j与各交通方式的出行需求周转量Z_i ^j两者的表达式为： $G_i^j=\frac{Z_i^j\×\mathrm{\θ}\×\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\τ}}_i}$

其中，θ为高峰小时出行需求占全天的比例，τ_i为第i种交通方式的车均载客量，ψ表征G_i ^j与Z_i ^j所对应的供需状况。

10.根据权利要求9所述确定城市道路等级配置的方法，其特征在于，各等级道路里程数l^j满足下列表达式：

$l^j=\frac{P{\mathrm{km}}_{\mathrm{car}}^j+{\mathrm{Pkm}}_{\mathrm{motor}}^j\×0.4+{\mathrm{Pkm}}_{\mathrm{bus}}^j}{p^j}$

${\mathrm{Pkm}}_i^j=\frac{G_i^j}{{\mathrm{cap}}_i^j}=\frac{Z_i^j\×\mathrm{\θ}\×\mathrm{\ψ}}{{\mathrm{\τ}}_i{\×\mathrm{cap}}_i^j}$

其中，Pkm_i ^j表示各等级道路j供给各交通方式i的车道里程数，cap_i ^j表示单车道通行能力；

根据上式算出各交通方式i对应的各等级道路里程数l^j，从而获得各级道路的等级配置比例。

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