CN111832098B - 一种市政道路施工期交通组织方案评价方法 - Google Patents

一种市政道路施工期交通组织方案评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种市政道路施工期交通组织方案评价方法，包括以下步骤：构建多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系；确定评价指标体系中各评价指标的权重值；确定施工期交通组织方案，并获取施工期交通组织方案的指标值；通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度，将灰色关联法和欧氏距离结合起来得到评价指标体系的综合贴近度，来对比施工前后交通运行状况，从而对施工期交通组织方案进行综合评价，得到施工期交通组织方案评价等级，判定施工期交通组织方案是否可行；本发明能够有效地对市政道路施工期交通组织方案进行定量评价，为合理制定市政道路施工期交通组织方案提供了理论依据。

Description

一种市政道路施工期交通组织方案评价方法
技术领域
本发明涉及市政施工技术领域，具体涉及一种市政道路施工期交通组织方案评价方法。
背景技术
随着我国经济的快速发展，城市路网规模不断扩大，市政道路建设需求也不断增长，为了减少施工期间的交通影响，需要进行施工期交通组织方案设计。但往往由于施工期交通组织方案设计不合理，导致周边路网交通拥堵、交通事故频发、居民生活不便、环境污染严重等问题，对经济、社会、环境造成了巨大的负面影响，因此对施工期交通组织方案进行评价是尤为重要的。然而，目前通常的做法是不对施工期交通组织方案进行评价而直接予以实施，或者根据经验进行定性评价，评价结果的科学性和准确性难以保证，导致施工影响区域内交通运行状态较差，因此需要提出一种定量评价方法对施工期交通组织方案进行合理、科学地评价，从而确定最优的市政道路施工期交通组织方案，实现经济、社会及环境的综合效益最大化。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种市政道路施工期交通组织方案评价方法，能够有效地对市政道路施工期交通组织方案进行定量评价，为合理制定市政道路施工期交通组织方案提供了理论依据。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种市政道路施工期交通组织方案评价方法，包括以下步骤：
步骤1，构建多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系；
步骤2，构建各层次判断矩证，采用层次分析法确定市政道路施工期交通组织方案评价指标体系中各评价指标的权重值；
步骤3，确定施工期交通组织方案，并获取施工期交通组织方案的指标值，其中，通过TansCAD和Vissim进行交通软件仿真获取定量指标值，并通过专家评价得到定性评价指标值；
步骤4，通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度，将灰色关联法和欧氏距离结合起来得到评价指标体系的综合贴近度，来对比施工前后交通运行状况，从而对施工期交通组织方案进行综合评价，得到施工期交通组织方案评价等级，判定施工期交通组织方案是否可行，若判定施工期交通组织方案可行，则采纳确定施工期交通组织方案，若判断施工期交通组织方案不可行，则调整施工期交通组织方案重复步骤3-4直至判定施工期交通组织方案可行。
按照上述技术方案，在所述的步骤1中，多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系包括交通畅通性指标、交通安全性指标和交通环保性指标；
交通畅通性指标包括区域路网层次、施工路段层次和交叉口层次；交通畅通性指标均为定量指标；
交通安全性指标包括标志标线完善度、过街设施完善度、围挡设施安全度、机非隔离程度、视距影响程度、路面平整度和机动车道宽度；其中机动车道宽度为定量指标，其余指标为定性指标；
交通环保性指标包括绿化面积折减率、车辆尾气排放量增加率、车辆油耗增加率和除尘措施完善度；其中除尘措施完善度为定性指标，其余指标为定量指标。交通环保性指标主要考虑交通组织措施对周边环境的影响程度，包括对绿化、灰尘、空气污染等产生的影响。
按照上述技术方案，区域路网层次包括路网平均车速、路网平均延误和路网平均饱和度；
施工路段层次包括机动车运行效率指标、公共交通指标和慢行交通指标；机动车运行效率指标包括施工路段平均行程时间、施工路段饱和度和施工路段通行能力折减；公共交通指标包括公交绕行距离；慢行交通指标包括慢行交通绕行距离和慢行交通自由度；
交叉口层次包括交叉口排队长度、交叉口延误时间和交叉口延误时间。
按照上述技术方案，在所述的步骤2中采用层次分析法确定市政道路施工期交通组织方案评价指标体系中各指标的权重值的具体步骤包括：
步骤2.1，构建判断矩阵R，并利用九标度法来构建判断矩阵R；
步骤2.2，计算判断矩阵R的最大特征根λmax和最大特征根对应的特征向量并进行归一化处理得到权重向量ω＝(ω1,ω2,L,ωn)；
步骤2.3，计算随机一致性比率CR对判断矩阵R进行一致性检验。
按照上述技术方案，在所述的步骤2.1中判断矩阵R，如下式(1)所示：
式中rij是指标ri对指标rj的相对重要度，且rij*rji＝1；
表1九标度评判表
引入九标度法用来描述两个指标的相对重要性，如表1所示。
在所述的步骤2.2中，最大特征根对应的特征向量的归一化过程如下式(2)所示；
公式中为最大特征根对应的特征向量；
在所述的步骤2.3中，计算随机一致性比率CR对判断矩阵R进行一致性检验的具体过程如下式(3)和式(4)所示：
CR＝CI/RI (4)
式中，λmax为判断矩阵最大特征值；n为判断矩阵维度；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，RI的取值如表2所示；
表2判断矩阵RI值
n 2 3 4 5 6 7
RI 0 0.58 0.9 1.12 1.24 1.32
当CR＜0.1时，可以认为判断矩阵R的一致性是符合条件的，表明了权重值的分配较为合理，如果CR＞0.1，则要修改判断矩阵，一直到通过一致性检验。
按照上述技术方案，在所述的步骤3中，获取施工期交通组织方案的评价指标值具体过程包括：
对于定量评价指标值，采用TransCAD和Vissim交通仿真软件对施工前交通运行状况和施工期交通组织方案下交通运行状况进行仿真得到；施工前定量评价指标数据通过现状交通调查获取并输入Vissim软件进行仿真得到；施工期交通组织方案下定量评价指标数据，通过将施工影响范围内路网交通数据输入TransCAD软件，反推路网OD矩阵，在保证OD矩阵不变的情况下，根据施工方案，对通行能力进行调整，进行重新分配，得到施工期的交通量，并输入Vissim软件进行仿真得到；
对于定性评价指标值，采用专家打分的方法获得，为了便于专家打分将定性评价指标划分为五个等级，等级划分标准如表3所示；
表3定性评价指标等级划分标准
评价等级 很低 较低 一般 较高 很高
划分标准 0-0.3 0.3-0.5 0.5-0.7 0.7-0.9 0.9-1
按照上述技术方案，在大多数施工期交通组织方案评价中，通常只对施工期交通组织方案下运行状况进行分析评价，而没有分析施工前的交通运行状况，这样得出的评价结论存在一定的不合理性；因此，本发明将通过计算施工期交通组织方案下运行状况与施工前运行状况的贴近度来评价方案的优劣；交通组织方案的各因素指标之间并不是相互独立的，尽管它们之间的关系不明确，但是实际上却是存在的，从本质上讲，这是一种灰色关系，所以对交通组织方案进行评价，实际上是一个灰色多目标决策问题，因此灰色关联分析法较适用于交通组织方案评价，然而传统灰色关联分析是通过比较数据序列的曲线几何形状相似程度来判断其关联度，忽略了数据序列的位置相似性；在所述步骤4中，通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度，将灰色关联法和欧氏距离结合起来得到评价指标体系的综合贴近度，从而得到方案评价等级的具体过程包括以下步骤：
步骤4.1，构造参考向量；参考向量由各指标最优值构成的向量，即理想方案，为了与施工前运行状况进行对比，该参考向量是由施工前各指标值构成的向量；
步骤4.2，对施工期交通组织方案的指标值和参考向量进行无量纲化；对于效益型指标，其无量纲化公式为：
对于成本型指标，其无量纲化公式为：
公式中xmax为指标的极大值，xmin为指标的极小值；
步骤4.3，对施工期交通组织方案的指标值和理想方案的指标值进行加权规范化矩阵：
Z＝(zij)(n+1)×m＝ω×(xij)(n+1)×m (7)
式中ω为权重向量，(xij)(n+1)×m为无量纲化后的指标值矩阵n为方案个数，m为指标个数，x0j为无量纲化参考向量，z0j为参考向量的加权规范化向量；
步骤4.4，构建灰色关联矩阵ξ＝(ξij)(n+1)×m，其中ξij为评价方案与参考向量在各指标下的灰色关联系数ξij：
式中，ρ为分辨系数(0＜ρ＜1)，一般取0.5，zij为加权规范化矩阵Z的某个值，z0j为参考向量的加权规范化向量；
步骤4.5，计算施工期交通组织方案的指标值与理想方案中参考向量的灰色关联度r0i：
步骤4.6，计算施工期交通组织方案的指标值与理想方案中参考向量的欧氏距离相似度ψi：
ψi＝1-di (11)
式中，di为评价方案与理想方案的欧氏距离；
步骤4.7，计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度Si：
Si＝αξi+βψi (12)
式中α和β反映了决策者对位置和形状的偏好程度，且满足α+β＝1，且α,β∈[0,1]，决策者可以根据自己的偏好确定取值，一般α＝β＝0.5；且满足Si∈[0,1]；Si综合反映了评价样本与理想方案的接近程度，其值越大，方案越优；
步骤4.8，划分方案等级，得到施工期交通方案评价等级；按照Liker五标度法，将施工期交通组织方案划分为五个等级：当S≥0.8，则方案优；当0.8＞S≥0.6，则方案较好；当0.6＞S≥0.4，则方案一般；当0.4＞S≥0.2，则方案较差；当0.2＞S≥0，则方案差。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种市政道路施工期交通组织方案评价方法，该方法首先综合考虑多方面影响因素，构建了多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系；考虑到每个评价指标对交通组织方案优劣的影响程度的差异性，采用层次分析法为每个评价指标分配了权重值；对比分析施工前后的交通运行状况，从而对施工期交通组织方案进行评价，能够有效地对市政道路施工期交通组织方案进行定量评价，克服了根据传统工程经验对施工期交通组织方案进行定性评价的缺点，为制定合理的市政道路施工期交通组织方案提供理论依据，保证评价结果的科学性和合理性。
附图说明
图1是本发明实施例中市政道路施工期交通组织方案评价方法的流程图；
图2是本发明实施例中市政道路施工期交通组织方案评价指标体系的示意图；
图3是本发明实施例中TransCAD交通分配图；
图4是本发明实施例中Vissim交通仿真图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
参照图1～图4所示，本发明提供的一个实施例中的市政道路施工期交通组织方案评价方法，包括以下步骤：
步骤1，构建多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系；
步骤2，构建各层次判断矩证，并通过各层次判断矩阵计算得到所述的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系中各评价指标权重值；
步骤3，确定施工期交通组织方案，并获取施工期交通组织方案的评价指标值，其中，定量指标值通过交通软件仿真获取，定性评价指标值通过专家评价得到；
步骤4，通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度，从而对施工期交通组织方案进行综合评价，判定施工期交通组织方案是否可行，若判定方案可行，则采纳确定方案，若判断方案不可行，则调整施工期交通组织方案重复步骤3-4直至判定方案可行。
本发明的一个实施例中，以某城市主干路施工期交通组织方案为例进行计算，该施工方案采用半幅施工。图1为本发明实施例提供的基于层次分析法和综合贴近度的市政道路施工期交通组织方案评价流程图，根据图1所示流程进行方案评价。
步骤一：构建多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系。
本发明实施例提供的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系图如图2所示。
步骤二：运用层次分析法确定施工期交通组织方案评价指标的权重值。
邀请多个具有丰富工程实践经验的专家，确定各层次指标的判断矩阵如下所示：
A层、B层及C层判断矩阵：
D层判断矩阵：
根据判断矩阵计算得到各评价指标权重，并进行一致性检验，所有判断矩阵均通过一致性检验，表明指标权重值分配合理。各评价指标权重值如表5所示。
表5评价指标权重值
评价指标 权重值 评价指标 权重值
D1 0.0068 D13 0.090
D2 0.0068 D14 0.090
D3 0.0034 D15 0.19
D4 0.0035 D16 0.022
D5 0.0012 D17 0.32
D6 0.0012 D18 0.044
D7 0.031 D19 0.022
D8 0.0092 D20 0.014
D9 0.0018 D21 0.014
D10 0.018 D22 0.036
D11 0.054 D23 0.0054
D12 0.018
步骤三：获取该城市主干路施工期交通组织方案的评价指标值。
为了获取定量评价指标值，采用TransCAD，Vissim等交通仿真软件对该城市主干道施工前交通运行状况和施工期交通组织方案下交通运行状况进行仿真，TransCAD交通分配图如图3所示，Vissim交通仿真图如图4所示。对于定性评价指标，由专家根据等级划分标准进行打分。由于施工前各指标值构成的向量是参考向量(理想方案)，因此将施工前的各定性评价指标值都设为最优值。得到施工期和施工前的评价指标值后，对评价指标值进行无量纲化，结果如表4所示。
表4评价指标值
评价指标 施工前 无量纲化 施工期 无量纲化
D1 25.77 0.52 23.02 0.46
D2 117.58 0.76 155.04 0.69
D3 0.47 0.53 0.68 0.32
D4 401.65 0.97 541.62 0.93
D5 0.51 0.49 0.74 0.26
D6 1 1 0.5 0.5
D7 0 1 0 1
D8 0 1 300 0.4
D9 1 1 1 1
D10 14.61 0.97 32.86 0.93
D11 38.92 0.92 49.66 0.90
D12 4 0.4 5 0.2
D13 1 1 0.8 0.8
D14 1 1 0.7 0.7
D15 1 1 0.9 0.9
D16 1 1 0.9 0.9
D17 1 1 0.8 0.8
D18 1 1 0.8 0.8
D19 3.5 0.58 3.25 0.38
D20 1 1 1.1 0.9
D21 1 1 1.1 0.9
D22 1 1 0.5 0.5
D23 1 1 0.8 0.8
步骤四：结合灰色关联法和欧氏距离对该城市主干路施工期交通组织方案进行评价。
首先对施工期交通组织方案指标值和理想方案(施工前)指标值进行加权规范化。加权规范化结果如表6所示。
表6加权规范化指标值
然后，计算施工期交通组织方案与理想方案(施工前)在各评价指标下的灰色关联系数，计算结果如下：
ξ1j＝(0.9885,0.9844,0.9783,0.9954,0.9917,0.9821,1,0.8540,1,0.9800,0.9652,0.8994,0.6422,0.5450,0.6320,0.9361,0.3333,0.7847,0.8754,0.9590,0.9590,0.6440,0.9675)
从而计算得到施工期交通组织方案与理想方案的灰色关联度r01＝0.8651。
计算施工期交通组织方案与理想方案的欧氏距离相似度ψ1＝0.9225。
最后计算得到施工期交通组织方案与理想方案的综合贴近度Si＝0.8938＞0.8，因此根据施工期交通组织方案等级划分标准，该城市主干路施工期交通组织方案等级为优，该评价结果也与实际相符。
可见本发明的方法能够科学合理地对市政道路施工期交通组织方案进行评价，相对于根据传统工程经验的定性评价更加具有说服力，并具有明显的实际应用价值。
以上的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，构建多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系；
步骤2，确定所述的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系中各评价指标权重值；
步骤3，确定施工期交通组织方案，并获取施工期交通组织方案的评价指标值，其中，定量指标值通过交通软件仿真获取，定性评价指标值通过专家评价得到；
步骤4，通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度，从而对施工期交通组织方案进行综合评价，判定施工期交通组织方案是否可行，若判定方案可行，则采纳确定方案，若判断方案不可行，则调整施工期交通组织方案重复步骤3-4直至判定方案可行；
在所述的步骤1中，多层次的市政道路施工期交通组织方案评价指标体系包括交通畅通性指标、交通安全性指标和交通环保性指标；
交通畅通性指标包括区域路网层次、施工路段层次和交叉口层次；交通畅通性指标均为定量指标；
交通安全性指标包括标志标线完善度、过街设施完善度、围挡设施安全度、机非隔离程度、视距影响程度、路面平整度和机动车道宽度；其中机动车道宽度为定量指标，其余指标为定性指标；
交通环保性指标包括绿化面积折减率、车辆尾气排放量增加率、车辆油耗增加率和除尘措施完善度；其中除尘措施完善度为定性指标，其余指标为定量指标。
2.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，区域路网层次包括路网平均车速、路网平均延误和路网平均饱和度；
施工路段层次包括机动车运行效率指标、公共交通指标和慢行交通指标；机动车运行效率指标包括施工路段平均行程时间、施工路段饱和度和施工路段通行能力折减；公共交通指标包括公交绕行距离；慢行交通指标包括慢行交通绕行距离和慢行交通自由度；
交叉口层次包括交叉口排队长度、交叉口延误时间。
3.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，在所述的步骤2中采用层次分析法确定市政道路施工期交通组织方案评价指标体系中各指标的权重值的具体步骤包括：
步骤2.1，构建各层次判断矩阵R，并利用九标度法来构建判断矩阵R；
步骤2.2，计算判断矩阵R的最大特征根λmax和最大特征根对应的特征向量并进行归一化处理得到权重向量ω＝(ω1,ω2,…,ωn)；
步骤2.3，计算随机一致性比率CR对判断矩阵R进行一致性检验。
4.根据权利要求3所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，在所述的步骤2.1中判断矩阵R，如下式(1)所示：
式中rij是指标ri对指标rj的相对重要度，且rij*rji＝1；
表1九标度评判表
引入九标度法用来描述两个指标的相对重要性，如表1所示；
在所述的步骤2.2中，最大特征根对应的特征向量的归一化过程如下式(2)所示；
公式中为最大特征根对应的特征向量；
在所述的步骤2.3中，计算随机一致性比率CR对判断矩阵R进行一致性检验的具体过程如下式(3)和式(4)所示：
CR＝CI/RI (4)
式中，λmax为判断矩阵最大特征值；n为判断矩阵维度；RI为判断矩阵的平均随机一致性指标，RI的取值如表2所示；
表2判断矩阵RI值
n 2 3 4 5 6 7 RI 0 0.58 0.9 1.12 1.24 1.32
当CR＜0.1时，可以认为判断矩阵R的一致性是符合条件的，表明了权重值的分配较为合理，如果CR＞0.1，则要修改判断矩阵，一直到通过一致性检验。
5.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，在所述的步骤3中，获取施工期交通组织方案的评价指标值具体过程包括：
对于定量评价指标值，采用TransCAD和Vissim交通仿真软件对施工前交通运行状况和施工期交通组织方案下交通运行状况进行仿真得到；施工前定量评价指标数据通过现状交通调查获取并输入Vissim软件进行仿真得到；施工期交通组织方案下定量评价指标数据，通过将施工影响范围内路网交通数据输入TransCAD软件，反推路网OD矩阵，在保证OD矩阵不变的情况下，根据施工方案，对通行能力进行调整，进行重新分配，得到施工期的交通量，并输入Vissim软件进行仿真得到；
对于定性评价指标值，采用专家打分的方法获得，为了便于专家打分将定性评价指标划分为五个等级，等级划分标准如表3所示；
表3定性评价指标等级划分标准
评价等级 很低 较低 一般 较高 很高 划分标准 0-0.3 0.3-0.5 0.5-0.7 0.7-0.9 0.9-1
。
6.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，在所述步骤4中，通过施工期交通组织方案的各评价指标计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度的具体过程包括以下步骤：
步骤4.1，构造参考向量，参考向量是由理想方案中各指标值构成的向量或由各指标最优值构成的向量；
步骤4.2，对施工期交通组织方案的指标值和参考向量进行无量纲化；对于效益型指标，其无量纲化公式为：
对于成本型指标，其无量纲化公式为：
公式中xmax为指标的极大值，xmin为指标的极小值；
步骤4.3，对施工期交通组织方案的指标值和理想方案的指标值进行加权规范化矩阵：
Z＝(zij)(n+1)×m＝ω×(xij)(n+1)×m (7)
式中ω为权重向量，(xij)(n+1)×m为无量纲化后的指标值矩阵n为方案个数，m为指标个数，x0j为无量纲化参考向量，z0j为参考向量的加权规范化向量；
步骤4.4，构建灰色关联矩阵ξ＝(ξij)(n+1)×m，其中ξij为评价方案与参考向量在各指标下的灰色关联系数ξij：
式中，ρ为分辨系数(0＜ρ＜1)，一般取0.5，zij为加权规范化矩阵Z的某个值，z0j为参考向量的加权规范化向量；
步骤4.5，计算施工期交通组织方案的指标值与参考向量的灰色关联度r0i：
步骤4.6，计算施工期交通组织方案的指标值与参考向量的欧氏距离相似度ψi：
ψi＝1-di (11)
式中，di为评价方案与理想方案的欧氏距离；
步骤4.7，计算施工期交通组织方案与理想方案之间的综合贴近度Si：
Si＝αξi+βψi (12)
式中α和β反映了决策者对位置和形状的偏好程度，且满足α+β＝1，且α,β∈[0,1]；且满足Si∈[0,1]。
7.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，在所述的步骤4中，对施工期交通组织方案进行综合评价的具体过程包括：划分方案等级，得到施工期交通方案评价等级；按照Liker五标度法，将施工期交通组织方案划分为五个等级：当综合贴近度S≥0.8，则方案优；当0.8＞S≥0.6，则方案较好；当0.6＞S≥0.4，则方案一般；当0.4＞S≥0.2，则方案较差；当0.2＞S≥0，则方案差，从而判定方案是否可行。
8.根据权利要求1所述的市政道路施工期交通组织方案评价方法，其特征在于，所述的理想方案为施工前交通的各种评价指标值构建的方案。
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