CN105654722A - 基于速度的道路规划方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的基于速度的道路规划方法，包括采集规划区域内的路网数据；根据所述路网数据获取控制节点重要度，并确定各级控制节点的路网规模；获取路网的运营速度，并确定路网的设计速度；根据设计速度和路网参数进行交通规划；本发明在规划区域内设定的时间目标，通过重要度计算确定各级控制节点的路网规模，并获取路网的运营速度，结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定路线的等级，并依据地理因素、自然环境因素确定走向，节约出行时间，提高出行效率，增强出行体验，使区域联系更加紧密，在高效的运输环境下促进经济发展，提高社会生活水平。

Description

基于速度的道路规划方法

技术领域

本发明涉及交通领域，尤其涉及一种基于速度的道路规划方法。

背景技术

道路交通的发展，直接制约着国家经济的发展和人民生活水平的改善、提高。我国近年来道路交通的发展迅猛，交通这一主题直接成为了社会热点话题，随着交通需求的不断扩大，合理规划交通网络显得尤为重要。目前我国的交通规划方法主要分为以下两种:四阶段法和容量法。四阶段法运用交通生成，交通分布，交通方式划分，交通流分配等四个步骤对规划区域内各道路流量进行目标年的规划。容量法是利用道路瓶颈的最大容量的限制来控制路网流量分配，更适合应用于桥梁隧道处，因此具有一定的局限性。同时以上两种方法都是从供求平衡的角度进行规划，但是只能按照分配的交通流量规划某一路段的等级和形式，当某一路段不能满足交通流量需求时就会成为潜在的瓶颈路段，从而影响更大区域甚至整个路网的运行效率，使得出行时间大大增加。现有的这两种方法都不能保证整个区域内的运行时间的稳定，因此，亟需一种新的基于速度的道路规划方法，以解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于速度的道路规划方法，以解决上述问题，可以依据规划速度、交通流量、经济因素、地理因素等确定规划区域内满足要求的道路走向的等级和形式，以实现“X小时圈”等的目标，使区域连接更加紧密，提高运行效率。

本发明提供的基于速度的道路规划方法，包括

a采集规划区域内的路网数据；

c.根据所述路网数据获取控制节点重要度，并确定各级控制节点的路网规模；

d.获取路网的运营速度，并确定路网的设计速度；

e.根据设计速度和路网参数进行交通规划。

进一步，所述控制节点重要度根据如下公式获取：

$I_i=\underset{j}{\overset{m}{\Σ}}{w}_i{e}_{ij}$

其中，I_i为第i个节点的节点重要度，w_i为第j个指标的权重，e_ij为第i个节点第j个指标的得分。

进一步，所述步骤c中具体包括根据国土系数法和连通度法综合确定各级节点的路网规模；

所述国土系数法通过如下公式表示：

$L=K\sqrt{P\·A}$

其中，L为道路长度，P为人口数，A为国土面积，K为K为人均的函数；

所述连通度法通过如下公式表示：

$C=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{HN}=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{\sqrt{AN}}$

其中，L为总里程，C为连通度，H为相邻两节点间的平均空间直线距离，A为规划区域面积，N为规划区域内应连通的节点数，ξ为非直线性系数。

进一步，所述步骤e具体包括：结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定道路等级，并根据设计速度和路网参数综合选择道路等级和断面形式，所述路网参数包括道路属性、交通量和地形因素。

进一步，步骤d中道路的设计速度与运营速度的关系为

进一步，所述步骤c之前还包括

b.根据待规划区域的路网交通现状和经济需求制定各级节点的规划目标。

进一步，所述各级节点包括省级节点、地市级节点、县级节点、乡镇级节点和村级节点，根据不同评价指标分别对各级节点进行重要度计算。

进一步，所述评价指标分别为：

省级节点：根据国家发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

地市级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

县级级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

乡镇级节点：人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

村级节点：人口总量，节点面积。

进一步，所述步骤a具体包括：

采集规划区域内的路网各控制节点交通数据，若某级节点无法采集，根据上级节点与本级节点的关系获取。

进一步，利用灰色关联度法获取上级节点与本级节点关系，所述灰色关联度法包括通过比较待测数列与参考数列的关联系数和相关度，获得与目标相关性排序。

本发明的有益效果：本发明在规划区域内设定的时间目标，通过重要度计算确定各级控制节点的路网规模，并获取路网的运营速度，结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定路线的等级，并依据地理因素、自然环境因素确定走向，节约出行时间，提高出行效率，增强出行体验，使区域联系更加紧密，在高效的运输环境下促进经济发展，提高社会生活水平。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：图1是本发明的原理示意图。

如图1所示，本实施例中的基于速度的道路规划方法，包括

a采集规划区域内的路网数据；

b.根据待规划区域的路网交通现状和经济需求制定各级节点的规划目标；

c.根据所述路网数据获取控制节点重要度，并确定各级控制节点的路网规模；

d.获取路网的运营速度，并确定路网的设计速度；

e.根据设计速度和路网参数进行交通规划。

本实施例通过对道路的等级和形式进行规划，使得设计的道路能够保证整个区域内的运行时间的稳定，保证了整个路网的运行效率，使得出行时间大大降低，路网数据包括区域面积、经济发展水平、政策、人口、交通运输现状、地理环境、节点距离等资料，本实施例中依据行政区划将规划区域内的小区简化为节点，节点分为省级，地市级，县级，乡镇级和村级等五个等级，采集各级节点分别需要的数据，制定规划年的目标，再通过综合利用评价指标对各个节点进行重要度计算，进而确定各级控制节点的路网规模，确定路网的运营速度，通过结合最低运营速度，确定路网的设计速度，然后结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定路线的等级，并依据地理因素、自然环境因素确定走向。

在本实施例中，所述控制节点重要度根据如下公式获取：

$I_i=\underset{j}{\overset{m}{\Σ}}{w}_i{e}_{ij}$

其中，I_i为第i个节点的节点重要度，w_i为第j个指标的权重，e_ij为第i个节点第j个指标的得分。

通过上式可以获取在同等级内各个节点的重要度。

在本实施例中，步骤c中具体包括根据国土系数法和连通度法综合确定各级节点的路网规模；

所述国土系数法通过如下公式表示：

$L=K\sqrt{P\·A}$

其中，L为道路长度，P为人口数，A为国土面积，K为K为人均的函数；

所述连通度法通过如下公式表示：

$C=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{HN}=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{\sqrt{AN}}$

其中，L为总里程，C为连通度，H为相邻两节点间的平均空间直线距离，A为规划区域面积，N为规划区域内应连通的节点数，ξ为非直线性系数。

在本实施例中，当C值接近1.0时，路网布局为树状，各节点之间多为两路连接；C值为2.0时，路网为方格网状，节点多为四路连接；当C值大于3.0时，路网布局为三角网状，节点为六路连接。实际规划中与选取的节点关系很大，一般来说，C值最好在2.0-3.0之间，一般干线公路平均连通度的目标值为2.0-2.5。

在本实施例中，步骤e具体包括：结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定道路等级，并根据设计速度和路网参数综合选择道路等级和断面形式，所述路网参数包括道路属性、交通量和地形因素。

在本实施例中，步骤d中道路的设计速度与运营速度的关系为

在本实施例中，各级节点包括省级节点、地市级节点、县级节点、乡镇级节点和村级节点，根据不同评价指标分别对各级节点进行重要度计算。

所述评价指标分别为：

省级节点：根据国家发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

地市级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

县级级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

乡镇级节点：人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

村级节点：人口总量，节点面积。

在本实施例中，所述步骤a具体包括：

采集规划区域内的路网各控制节点交通数据，若某级节点无法采集，根据上级节点与本级节点的关系获取。

在本实施例中，利用灰色关联度法获取上级节点与本级节点关系，所述灰色关联度法包括通过比较待测数列与参考数列的关联系数和相关度，获得与目标相关性排序。

下面以重庆市为例，做具体说明：

本实施例中的基于速度的道路规划方法，包括如下步骤：

(1)确定规划范围

包括确定规划的区域和规划期限等。

(2)选取网络控制节点

依据行政区划将规划区域内的小区简化为节点，节点分为A₁省级，A₂地市级，A₃县级，A₄乡镇级，A₅村级等五个等级。

(3)采集路网数据

路网数据包括：区域面积、经济发展水平、政策、人口、交通运输现状、地理环境和节点距离。

(4)各级节点分别需要搜集的资料类型

省级：区域发展战略，人口总量，地区生产总值(GDP)，经济增速，财政收入，节点面积，节点间的距离，相关道路年日均交通量，地形地貌，用地类型等。

地市级：区域发展政策，人口总量，地区生产总值(GDP)，经济增速，财政收入，节点面积，节点间的距离，相关道路年日均交通量，地形地貌，用地类型等。

县级：区域发展政策，人口总量，地区生产总值(GDP)，经济增速，财政收入，节点面积，节点间的距离，地形地貌，用地类型。

乡镇级：区域发展政策，人口总量，地区生产总值(GDP)，经济增速，财政收入，节点面积，节点间的距离，地形地貌，用地类型。

村级：人口总量，节点面积，道路交通量。

某级节点资料若无法收集，则可利用互相关法依据上级节点与本级节点的关系得出，本实施例中以比例分配法和灰色关联度法为例：

比例分配法：如关心的问题是交通量，假设A_i级节点的交通量无法完善，则可将计算得到的A_i-1级节点的交通量分摊至该级节点。计算方法为根据各节点的人均GDP占所有该级节点的人均GDP之和的比例来分配交通量。此方法中假设交通量和人均GDP成正比，且不同等级的比例系数相同：

式中：

——A_i级第i个节点的人均GDP

Q_K——A_i-1级节点的客运生成交通量；

Q_H——A_i-1级节点的货运生成交通量；

Q_Ki——A_i级第i个节点的客运生成交点通量；

Q_Hi——A_i级第i个节点的货运生成交通量。

灰色关联度法：

灰色关联度法是基于灰色系统理论的一种评价法，其算法核心是通过比较待测数列与参考数列的关联系数和相关度，获得与目标相关性排序。

灰色关联度评价法对数据量的要求较低，同时计算简单，不必进行归一化处理。

具体步骤为：

①确定反映系统行为特征的参考数列和影响系统行为的比较数列

反映系统行为特征的数据序列，为参考数列。影响系统行为的因素组成的数据序列，为比较数列。

②对参考数列和比较数列进行无量纲化处理。

由于系统中各因素的物理意义不同，导致数据的量纲也不一定相同，不便于比较，或在比较时难以得到正确的结论。因此在进行灰色关联度分析时，进行无量纲化的数据处理。

③求参考数列与比较数列的灰色关联系数ξ(X_i)

关联程度实质上是曲线间几何形状的差别程度因此，曲线间差值大小，可作为关联程度的衡量尺度。

④求关联度ri

因为关联系数是比较数列与参考数列在各个时刻(即曲线中的各点)的关联程度值，所以它的数不止一个，而信息过于分散不便于进行整体性比较。因此有必要将各个时刻(即曲线中的各点)的关联系数集中为一个值，即求其平均值，作为比较数列与参考数列间关联程度的数量表示，

⑤排关联序

因素间的关联程度，主要是用关联度的大小次序描述，而不仅是关联度的大小，将m个子序列对同一母序列的关联度按大小顺序排列起来，便组成了关联序，记为{x}，反映了对于母序列来说各子序列的“优劣”关系。

得出关联度后，凭借关联度最高的前i项可收集数据的动态变化来估计需求数据，这里i取3：

$Q_i=Q{\[1+(\frac{X_1}{\ΣX_i}{N}_1+\frac{X_2}{\ΣX_i}{N}_2+\frac{X_3}{\ΣX_i}{N}_3)\]}^n$

式中：

X₁，X₂,X₃——经济，人口，面积对交通量的关联度；

N₁，N₂，N₃——经济，人口，面积等的年增长率；

Q——n年前的交通量；

(5)制定规划年的目标

依据交通运输现状和社会经济发展稳定需求制定各级节点的规划目标--“XXX小时圈”。

小时圈的定义：

节点内：在A_i级节点区域内，最远的A_i+1级节点即边缘节点到达A_i+1节点中重要度最大的节点需要满足的时间限制。

节点间：为使A_i级节点间的距离能够度量，须将区域以点代替，该点的选取原则是A_i+1级节点中重要度最大的节点。则节点间的小时圈的定义为简化的两同级节点之间需要满足的时间限制。

设定时间目标如：

国家级：“T₁小时圈”、省部级：“T₂小时圈”、地市级：“T₃小时圈”、乡镇级：“T₄小时圈”、村镇级：“T₅小时圈”。

以重庆市为例：

设定目标“重庆四小时圈”，

以渝中区为中心，目标即为从最远的城口到渝中区用时在四小时以内。

区域间：

以重庆市和陕西省为例：

设定目标“陕渝八小时圈”

重庆市的代表节点为渝中区，陕西的代表节点为西安市。目标即为从重庆各区到达西安或者从陕西各区到达渝中区用时在八小时以内。

(6)重要度计算

综合利用评价指标对各个节点进行重要度计算，各级节点评价指标不同，分别为：

省级：国家发展战略，人口总量，国内生产总值，财政收入，节点面积等；

地市级：区域发展战略，人口总量，国内生产总值，财政收入，节点面积等；

县级级：区域发展战略，人口总量，国内生产总值，财政收入，节点面积等；

乡镇级：人口总量，国内生产总值，财政收入，节点面积；

村级：人口总量，节点面积。

计算公式如下：

$I_i=\underset{j}{\overset{m}{\Σ}}{w}_i{e}_{ij}$

其中，I_i—第i个节点的节点重要度；w_i—第j个指标的权重；e_ij—第i个节点第j个指标的得分。

各指标权重由德尔菲法确定，且Σw_i＝1；在计算节点重要度时，每个指标均为百分制，由以上获取在同等级内各个节点的重要度。

(7)确定各级控制节点的路网规模

利用国土系数法和连通度法综合确定各级节点的路网规模。

国土系数法：

$L=K\sqrt{P\·A}$

其中：L—道路长度；P—人口数；A—国土面积；K—K是人均的函数，单位是美元，K的单位是万公里/(万人*万平方公里)；

模型标定方法步骤：

1.计算 $\frac{L}{\sqrt{P\·A}}=K;$

2.标定 $K=f\stackrel{\‾}{\left(GDP\right)};$

3.整合模型。

连通度法：

$C=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{HN}=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{\sqrt{AN}}$

其中，L-为总里程；C-为连通度；H-为相邻两节点间的平均空间直线距离；A-为规划区域面积；N-为规划区域内应连通的节点数；ξ为非直线性系数，表示路网各节点间实际路线里程与直线总里程之和。

连通度的选择：

当C值接近1.0时，路网布局为树状，各节点之间多为两路连接；C值为2.0时，路网为方格网状，节点多为四路连接；当C值大于3.0时，路网布局为三角网状，节点为六路连接。世纪规划之与选取的节点关系很大，一般来说，C值最好在2.0-3.0之间，一般干线公路平均连通度的目标值为2.0-2.5。

在国土系数法和连通度法求得的结果范围内确定路网规模。

(8)确定路网的运营速度

连接节点，根据上级规划目标并考虑下级规划空间来确定路网的运营速度。

设A_i级节点m与节点n之间实际距离为S，设在该等级内路段L_mn规划目标时间为T_i,则L_mn之间的运营速度则L_mn全程应至少满足的区间速度为V_mn。

同理计算各路段依据不同等级速度目标应至少满足的速度。如路段L_mn在A_i-1，A_i，A_i+1等级中需要满足的速度分别为V_mn ^i-1，V_mn ⁱ，V_mn ⁱ⁺¹

各个路段应满足的速度中的最大值，即最终所求V_ij＝max{V_mn ^i-1，V_mn ⁱ，V_mn ⁱ⁺¹}

(9)结合最低运营速度，确定路网的设计速度

为保证运营速度，道路的设计速度需适度大于运营速度，取运营速度为85％设计车速。

即满足以下公式：

(10)结合路网功能，设计速度，交通量，经济因素等确定路线的等级，并依据地理因素，自然环境因素确定走向。

1.当设计车速大于120km/h时，选择高铁和航空或其他交通方式。

2.当设计车速小于120km/h时，依据以下方式选择：

当道路属于公路时的速度指标区间为：

当道路属于城市道路时的速度指标区间为：

根据速度、交通量和地形因素综合选择道路等级和断面形式，条件许可时采用较高等级道路。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于速度的道路规划方法，其特征在于：包括

a采集规划区域内的路网数据；

c.根据所述路网数据获取控制节点重要度，并确定各级控制节点的路网规模；

d.获取路网的运营速度，并确定路网的设计速度；

e.根据设计速度和路网参数进行交通规划。

2.根据权利要求1所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述控制节点重要度根据如下公式获取：

$I_i=\underset{j}{\overset{m}{\Σ}}{w}_i{e}_{ij}$

其中，I_i为第i个节点的节点重要度，w_i为第j个指标的权重，e_ij为第i个节点第j个指标的得分。

3.根据权利要求1所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述步骤c中具体包括根据国土系数法和连通度法综合确定各级节点的路网规模；

所述国土系数法通过如下公式表示：

$L=K\sqrt{P\·A}$

其中，L为道路长度，P为人口数，A为国土面积，K为K为人均的函数；

所述连通度法通过如下公式表示：

$C=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{HN}=\frac{L/\mathrm{\ξ}}{\sqrt{AN}}$

其中，L为总里程，C为连通度，H为相邻两节点间的平均空间直线距离，A为规划区域面积，N为规划区域内应连通的节点数，ξ为非直线性系数。

4.根据权利要求1所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述步骤e具体包括：结合路网功能、设计速度、交通量和经济因素等确定道路等级，并根据设计速度和路网参数综合选择道路等级和断面形式，所述路网参数包括道路属性、交通量和地形因素。

5.根据权利要求1所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：步骤d中道路的设计速度与运营速度的关系为

6.根据权利要求1所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述步骤c之前还包括

b.根据待规划区域的路网交通现状和经济需求制定各级节点的规划目标。

7.根据权利要求2所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述各级节点包括省级节点、地市级节点、县级节点、乡镇级节点和村级节点，根据不同评价指标分别对各级节点进行重要度计算。

8.根据权利要求7所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：

所述评价指标分别为：

省级节点：根据国家发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

地市级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

县级级节点：区域发展战略、人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积等；

乡镇级节点：人口总量、国内生产总值、财政收入和节点面积；

村级节点：人口总量，节点面积。

9.根据权利要求8所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：所述步骤a具体包括：

采集规划区域内的路网各控制节点交通数据，若某级节点无法采集，根据上级节点与本级节点的关系获取。

10.根据权利要求9所述的基于速度的道路规划方法，其特征在于：利用灰色关联度法获取上级节点与本级节点关系，所述灰色关联度法包括通过比较待测数列与参考数列的关联系数和相关度，获得与目标相关性排序。