CN102542795A - 一种路网承载能力的计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能交通技术中的一种路网承载能力的计算方法。本发明计算了路网的总时空资源；根据总时空资源和修正系数计算出路网的有效时空资源；分别计算畅通状态、临界状态和拥堵状态下车辆的时空消耗；根据总时空资源和临界状态下的时空消耗计算出理论路网容量；计算畅通状态、临界状态和拥堵状态下的实际网路容量；通过路网中的实时运行车辆数计算出路网实时负荷度；由临界状态下的实际网路容量和实时负荷度计算出路网实时剩余承载能力；由路网的实时负荷度和实时剩余承载能力绘制路网承载能力的变化趋势图。本发明预测了路网的负荷度和剩余承载能力，为交通诱导系统和基础设施的建设起到了指导性作用。

Description

一种路网承载能力的计算方法

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，尤其涉及一种路网承载能力的计算方法。

背景技术

随着经济的发展，城市交通问题日趋严重。现阶段，人们较多的运用计算路网容量的方法来评价城市交通状况和道路服务水平。路网容量是指在一定的时间内，在给定的城市道路网络上，在一定的交通条件和环境下可能容纳的出行人数或出行车辆数目。但是人们对路网容量的认识并不一致，基于不同研究理论提出的路网容量的意义也不相同，所以在实际应用中存在一定的缺陷。并且，路网容量虽然能够反映出道路现状的服务水平，却不能直观的展现出路网资源承受荷载的能力并对未来的交通服务状况进行预测。

发明内容

针对上述背景技术中提到的现有路网的研究中没有对路网承载力研究等不足，本发明提出了一种路网承载能力的计算方法。

本发明的技术方案是，一种路网承载能力的计算方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：计算指定路网的总时空资源C_总；

步骤2：根据总时空资源C_总和修正系数计算出路网的有效时空资源C_有效；

步骤3：分别计算畅通状态下车辆的时空消耗C_通畅、临界状态下车辆的时空消耗C_临界和拥堵状态下车辆的时空消耗C_拥挤；

步骤4：根据总时空资源C_总和临界状态下车辆的时空消耗C_临界计算出理论路网容量C_理论；

步骤5：计算畅通状态下的实际路网容量C_实际通畅、临界状态下的实际路网容量C_实际临界和拥堵状态下的实际路网容量C_实际拥挤；

步骤6：通过路网中的实时运行车辆数N计算出路网实时负荷度β；

步骤7：由临界状态下的实际网路容量和出车率计算出路网实时剩余承载能力C_剩余；

步骤8：由路网的实时负荷度和实时剩余承载能力绘制路网承载能力的变化趋势图，预测设定时间内路网的承载能力。

所述总时空资源C_总的计算公式为：

其中：

L为路网中机动车道总长度；

J_i为道路类型i的双向机动车道条数；

K为机动车道路段长度；

T为路网运营时间；

n为道路类别总数；

i为道路类型。

所述有效时空资源C_有效的计算公式为：

C_有效＝C_总×k₁×k₂×k₃×k₄×k₅

其中：

k₁为车道类别修正系数；

k₂为车道位置修正系数；

k₃为路旁干扰修正系数；

k₄为路线平均使用频率修正系数；

k₅为路网运营时间修正系数。

所述畅通状态下车辆的时空消耗C_通畅、临界状态下车辆的时空消耗C_临界和拥堵状态下车辆的时空消耗C_拥挤的计算公式分别为：

其中：

l为城市小型汽车一次平均出行距离；

v_t为通畅状态下的车辆的行驶速度；

k_t为通畅状态下的车辆的车流密度；

v_m为临界状态下的车辆的行驶速度；

k_m为临界状态下的车辆的车流密度；

v_j为拥挤状态下的车辆的行驶速度；

k_j为拥挤状态下的车辆的车流密度。

所述理论路网容量C_理论的计算公式为：

所述畅通状态下的实际路网容量C_实际通畅、临界状态下的实际路网容量C_实际临界和拥堵状态下的实际路网容量C_实际拥挤的计算公式分别为：

所述路网实时负荷度β的计算公式为：

其中：

N为道路中实时运行的车辆数。

所述路网实时剩余承载能力C_剩余的计算公式为：

其中：

C_剩余为路网实时剩余承载能力

α为出车率。

本发明首次提出了路网承载能力和路网剩余承载能力的概念，并设计了一种诊断路网剩余承载能力的方法。本发明计算出的路网负荷度和剩余承载能力，在一定的条件下，可以预测路网未来几年内路网的负荷度的变化和剩余承载能力的变化。根据这些变化趋势，就可以预测未来几年内城市道路网的负载状态和现有条件下可能会产生的问题。此发明可对城市交通诱导系统和基础设施的建设起指导性作用，也有利于城市道路服务水平的提高。

附图说明

图1为本发明的实施图。

具体实施方式

下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

路网承载能力是指在城市空间范围内，在给定交通设施资源和环境容量约束下，整个交通网络所能提供的人与物的最大空间转移能力，是城市交通规划乃至整个城市规划的基础资料。路网剩余承载能力是指网络交通流在特定状态下，现有未被利用的路网资源。

本发明方法计算出的路网剩余承载能力能够直观地展现出路网资源承受荷载的能力，还可以预测未来的交通服务状况，在交通诱导系统和交通基础设施的建设方面起着指导性作用。

方法的发明要写明实现该方法所使用的步骤：

步骤1：由下式计算出路网的总时空资源C_总。

其中：

L为路网中机动车道总长度；

J_i为道路类型i的双向机动车道条数；

K为某一路段长度(米)；

T为路网运营时间，取高峰小时(3600秒)；

n为道路类别总数，如快速路、主干道、次干道、支路车道；

i为道路类型。如i＝1为快速路、i＝2为主干道、i＝3为次干道、i＝4为支路车道。

步骤2：根据修正系数和总时空资源，计算出路网的有效时空资源C_有效为：

C_有效＝C_总×k₁×k₂×k₃×k₄×k₅

其中：

k₁为车道类别修正系数；

k₂为车道位置修正系数；

k₃为路旁干扰修正系数；

k₄为路线平均使用频率修正系数；

k₅为路网运营时间修正系数。

步骤3：在不同的运行状态(畅通状态、临界状态、拥堵状态)下，分别计算出交通个体的时空消耗C_通畅、C_临界、C_拥挤为：

(_vt、k_t分别为通畅状态下的车辆的行驶速度和车流密度，l为城市小型汽车一次平均出行距离)；

(v_m、k_m分别为临界状态下的车辆的行驶速度和车流密度)；

(v_j、k_j分别为拥挤状态下的车辆的行驶速度和车流密度)；

步骤4：根据总时空资源C_总和临界状态下交通个体的时空消耗C_临界，计算出理论路网容量C_理论为：

理论路网容量是一个理论值，实际上达不到这个理论值。在此计算出来只是作为一个对比参考量。

步骤5：根据有效时空资源C_有效和不同状态下交通个体的时空消耗，分别计算出在实际的路网容量C_实际(C_实际通畅、C_实际临界、C_实际拥挤)为：

步骤6：根据道路中实时运行的车辆数N(N＝机动车保有量*出车率)，计算出道路的路网实时负荷度β为：

步骤7：根据步骤五计算出的临界状态下的实际路网容量C_实际临界和出车率计算出实时的路网剩余承载能力为：

其中，α为出车率。

步骤8：根据路网的负荷度和剩余承载能力，预测未来几年内路网的承载能力的变化状况，可以一目了然的看出路网承载能力的变化趋势。在路网承载能力达到临近界之前采取必要的措施进行交通诱导，防止拥堵。

用此发明分析和预测郑州市城市主城区机动车道路网的负荷度和剩余承载能力，并根据分析出的结果来指导城市道路交通建设及道路服务水平的改善。

运用此发明中的方法，我们可以计算出郑州市在通常状态、实际临界状态与拥挤状态下的路网容量分别为：50.9万、74万、113.4万(单位为：pcu(人车单位))

1.郑州市2011年1月份城市机动车保有量约160万辆，高峰时出车率为0.32左右，可算出郑州市高峰时主城区机动车出行量为51万辆。则我们可以得到郑州市城市主城区现状路网负荷度为0.69(51/74)，则可得出现在路网剩余承载能力为72万辆

2.在实际临界路网容量不变的情况下，车辆数按一定的比例增长，可预测郑州市城市主城区路网高峰时段路网负荷度变化情况和剩余承载能力变化情况如下表(每年按10％车辆增长速度)：

时间	现状	2012年	2013年	2014年
					路网临界容量	74	74	74	74
负荷度	0.69	0.76	0.84	0.92
					剩余承载能力(万辆)	72	56	37	19

3.在实际临界路网容量变化的情况下，车辆按10％增长，城市道路建设按1％增长，则可预测郑州市城市主城区路网高峰时段路网负荷度变化情况和剩余承载能力变化情况如下表：

时间	现状	2012年	2013年	2014年
					路网临界容量	74	74.7	75.5	76.2
负荷度	0.69	0.75	0.82	0.89
					剩余承载能力(万辆)	72	58	42	26

4.通过上述两表中预测出的未来2--3年的路网负荷度和路网剩余承载能力，我们可以知道，随着机动车辆的不断增加，道路建设远远满足不了机动车增长的需求，路网负荷度不断增加，路网剩余承载能力越来越少，交通压力会越来越大。因此，我们需要采取其他的措施来缓解交通压力，改善交通状况。

本发明提出了路网剩余承载能力的概念，并提出了一种计算路网剩余承载能力的方法。该方法比较充分地考虑了交通载体与交通个体的容量平衡关系，兼顾动态与静态几个方面影响的关键因素，给容量平衡工作提供了较理想的解决办法。运用此方法计算出的剩余承载能力可以对未来路网运行趋势进行预测，以更好的评价城市路网交通状况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种路网承载能力的计算方法，其特征是该方法包括以下步骤：

步骤1：计算指定路网的总时空资源C_总；

步骤2：根据总时空资源C_总和修正系数计算出路网的有效时空资源C_有效；

步骤3：分别计算畅通状态下车辆的时空消耗C_通畅、临界状态下车辆的时空消耗C_临界和拥堵状态下车辆的时空消耗C_拥挤；

步骤4：根据总时空资源C_总和临界状态下车辆的时空消耗C_临界计算出理论路网容量C_理论；

步骤5：计算畅通状态下的实际路网容量C_实际通畅、临界状态下的实际路网容量C_实际临界和拥堵状态下的实际路网容量C_实际拥挤；

步骤6：通过路网中的实时运行车辆数N计算出路网实时负荷度β；

步骤7：由临界状态下的实际网路容量和出车率计算出路网实时剩余承载能力C_剩余；

步骤8：由路网的实时负荷度和实时剩余承载能力绘制路网承载能力的变化趋势图，预测设定时间内路网的承载能力。

2.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述总时空资源C_总的计算公式为：

其中：

L为路网中机动车道总长度；

J_i为道路类型i的双向机动车道条数；

K为机动车道路段长度；

T为路网运营时间；

n为道路类别总数；

i为道路类型。

3.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述有效时空资源C_有效的计算公式为：

C_有效＝C_总×k₁×k₂×k₃×k₄×k₅

其中：

k₁为车道类别修正系数；

k₂为车道位置修正系数；

k₃为路旁干扰修正系数；

k₄为路线平均使用频率修正系数；

k₅为路网运营时间修正系数。

4.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述畅通状态下车辆的时空消耗C_通畅、临界状态下车辆的时空消耗C_临界和拥堵状态下车辆的时空消耗C_拥挤的计算公式分别为：

其中：

l为城市小型汽车一次平均出行距离；

v_t为通畅状态下的车辆的行驶速度；

k_t为通畅状态下的车辆的车流密度；

v_m为临界状态下的车辆的行驶速度；

k_m为临界状态下的车辆的车流密度；

v_j为拥挤状态下的车辆的行驶速度；

k_j为拥挤状态下的车辆的车流密度。

5.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述理论路网容量C_理论的计算公式为：

6.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述畅通状态下的实际路网容量C_实际通畅、临界状态下的实际路网容量C_实际临界和拥堵状态下的实际路网容量C_实际拥挤的计算公式分别为：

7.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述路网实时负荷度β的计算公式为：

其中：

N为道路中实时运行的车辆数。

8.根据权利要求1所述的一种路网承载能力的计算方法，其特征是所述路网实时剩余承载能力C_剩余的计算公式为：

其中：

C_剩余为路网实时剩余承载能力

α为出车率。

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