CN112053000A - 一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，包括以下步骤：步骤S1:根据综合评价的普遍性原理和高速公路改扩建施工交通组织方案综合评价的特殊性，获取评价指标；步骤S2:根据得到的评价指标，计算得到各指标的相关量化值；步骤S3:构建高速公路改扩建施工交通组织方案评价指标体系;步骤S4:将每一个评价方案分别作为一个决策单元，基于数据包络分析模型，计算所有决策单元的综合效率；步骤S5:根据各决策单元的综合效率值θ对其优劣进行评价比较；步骤S6:对非DEA有效的决策单元，根据模型运算结果对各方案提供优化方向，得到优化后的方案。本发明能有效提高改扩建施工期间的服务水平、运行质量及行车安全性。

Description

一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法

技术领域

本发明涉及道路工程领域，具体涉及一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法。

背景技术

随着经济和交通的飞速发展，很多早期建成的高速公路面临着扩建扩容的问题。为了保证高速公路改扩工程的顺利实施，高速公路改扩建施工交通组织方案的选择越来越受到重视，但目前对改扩建工程中交通组织方案的选取所做的研究还远远不够。交通组织方案选取的不合理，会导致交通组织无序，交通疏导盲目，长时间交通拥堵等被动局面，不仅会造成严重的经济损失和环境污染，还会带来交通效率下降和安全性的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，提高改扩建施工期间的服务水平、运行质量及行车安全性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，包括以下步骤：

步骤S1:根据综合评价的普遍性原理和高速公路改扩建施工交通组织方案综合评价的特殊性，获取评价指标；

步骤S2:根据得到的评价指标，计算得到各指标的相关量化值；

步骤S3:构建高速公路改扩建施工交通组织方案评价指标体系；

步骤S4:将每一个评价方案分别作为一个决策单元，基于数据包络分析模型，计算所有决策单元的综合效率；

步骤S5:根据各决策单元的综合效率值θ对其优劣进行评价比较：θ＝1，表示当前决策单元DEA有效；θ≠1，表示当前决策单元DEA无效；θ值越大，代表该决策单元的综合效率越好；

步骤S6:对非DEA有效的决策单元，根据模型运算结果对各方案提供优化方向，得到优化后的方案。

进一步的，所述评价指标具体包括在作业区服务水平评价方面，所选取的指标：路段平均饱和度、交通密度、平均车速和路段平均行程延误；在作业区交通危险控制评价方面，所选取的指标：临时交通工程设施设置及应急救援处理；在作业区负经济效益评价方面，所选取的指标：车辆平均油耗、其他道路养护费用及高速公路通行费减少率。

进一步的，所述步骤S2具体对各项指标的具体量化方法如下：

①路段平均饱和度

计算公式为：

式中：C_i为第i个作业区的饱和度，n为整个工程划分的作业区总数；

②交通密度K计算公式为：

式中：Q为施工路段车流量，V为施工路段平均车速；

③平均车速v：

其中，L为通过行程时间检测区段的距离，t为通过行程时间检测区段的行程时间；

④路段平均行程延误D计算公式为：

式中：

t₁为车辆在原路段的行驶时间，t₂为车辆在分流路径的行驶时间；

⑤车辆平均油耗FC

FC＝100C×FC₀×L₁

其中，C为路段实际交通量，L₁为车辆绕行距离；

⑥其他道路养护费用S计算公式为：

式中：S_i为道路i的养护费用；

⑦高速公路通行费用减少率P，其计算公式为：

式中：S₁为高速公路改扩建前同期通行费收入，S₂为高速公路改扩建期间通行费收入。

进一步的，所述步骤S4中评价第j个决策单元有效性的BCC模型为：

式中：f(θ)为目标函数，θ为综合效率；λ_j为第j个决策单元的一组线性规划解；e_m＝[1,1,…,1]^T∈R^m和e_s＝[1,1,…,1]^T∈R^s分别为m、s维单位向量，R^m、R^s分别为m、s维向量空间；X_j＝[x_1j,x_2j,…,x_mj]，x_1j,x_2j,…,x_mj分别为第j个决策单元的m个输入指标；Y_j＝[y_1j,y_2j,…,y_rj]，y_1j,y_2j,…,y_rj分别为第j个决策单元的s个输出指标；ε为非阿基米德无穷小量，一般取10^-6；S^-和S⁺为松弛变量。

进一步的，所述步骤S6中根据模型运算结果中的输入冗余率和输出亏空率找出导致各决策单元无效的根本原因，并进一步获取优化方向。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明能有效提高改扩建施工期间的服务水平、运行质量及行车安全性。

附图说明

图1是本发明一实施例中国高速公路改扩建施工交通组织评价指标体系。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

请参照图1，本发明提供一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，包括以下步骤：

步骤S1:根据综合评价的普遍性原理和高速公路改扩建施工交通组织方案综合评价的特殊性，遵照评价指标选取的基本原则，从服务水平、交通危险控制及负经济效益三个方面进行评价指标的选取；在本实施例中，优选的，所述评价指标具体包括在作业区服务水平评价方面，所选取的指标：路段平均饱和度、交通密度、平均车速和路段平均行程延误；在作业区交通危险控制评价方面，所选取的指标：临时交通工程设施设置及应急救援处理；在作业区负经济效益评价方面，所选取的指标：车辆平均油耗、其他道路养护费用及高速公路通行费减少率。

步骤S2:根据数据包络分析模型评价指标需定量化的原则，通过计算得到各指标的相关量化值；

步骤S3:根据模型输入输出指标同向性的特点(即输入越小越好，输出越大越好)进行输入、输出指标选择，构建高速公路改扩建施工交通组织方案评价指标体系。其中，输入指标包含：路段平均饱和度、交通密度、路段平均行程延误、车辆平均油耗、其他道路养护费用及高速公路通行费用减少率；输出指标包含：平均车速、临时交通工程设施及应急救援系统。

步骤S4:将每一个评价方案分别作为一个决策单元，基于数据包络分析模型，计算所有决策单元的综合效率；

步骤S5:根据各决策单元的综合效率值θ对其优劣进行评价比较：θ＝1，表示当前决策单元DEA有效；θ≠1，表示当前决策单元DEA无效；θ值越大，代表该决策单元的综合效率越好；

步骤S6:对非DEA有效的决策单元，根据模型运算结果对各方案提供优化方向，得到优化后的方案。

在本实施例中，所述步骤S2具体对各项指标的具体量化方法如下：

①路段平均饱和度

指施工作业区实际通行交通量与其通行能力的比值，可反映作业区交通容量对其交通需求的适应程度。其计算公式为：

式中：C_i——第i个作业区的饱和度；n——整个工程划分的作业区总数。

②交通密度K：指某一瞬间单位施工作业路段上的车辆数目，反映了施工作业区路段的交通密集程度，是确定施工路段服务水平的效率度量。其计算公式为：

式中：Q——施工路段车流量(pcu/h/ln)；V——施工路段平均车速(km/h)。

③平均车速v：指在某一特定时间段内行驶于施工路段长度范围内全部车辆的地点车速分布的调和平均值，反映了整个改扩建工程作业区的交通运行质量。本实施例中，通过行程时间检测区段的距离L和相应的行程时间t，根据公式

计算出相应的平均车速v(km/h)。

④路段平均行程延误D：指施工作业区车辆在分流路段实际行程时间与在原路段理论行程时间的差值，反映了系统的运行效率和服务水平。其计算公式为：

式中：

t₁为车辆在原路段的行驶时间，t₂为车辆在分流路径的行驶时间。

⑤临时交通工程设施，以临时交通标线、警示设施、移动可变情报板、临时交通标志、临时防护设施、临时防眩设施、诱导设施、临时隔离栅、夜间照明这9种设施来评价，根据具体的设施情况对其进行评价。

⑥应急救援系统，以交管人员、路政人员和医务人员能在多久的时间内赶到现场处理事故和车辆故障，迅速恢复交通为评价依据进行评价。

⑦车辆平均油耗FC：指车辆因改扩建施工在目标OD点内分流路段行驶造成的车辆油耗，反映了因改扩建施工车辆绕行造成的燃油损耗程度。本实施例中，优选的，车平均油耗FC₀取5.01L/pcu/100km，则FC＝100C×FC₀×L，其中，C为路段实际交通量(pcu)，L为车辆绕行距离(km)。

⑧其他道路养护费用S：反映了因施工造成的道路使用经济损耗。其计算公式为：

式中：S_i——道路i的养护费用。

⑨高速公路通行费用减少率P：指因道路改扩建造成的路网通行费收入减少比率，反映了施工期间经济效益的减少程度。其计算公式为：

式中：S₁——高速公路改扩建前同期通行费收入(亿元)；

S₂——高速公路改扩建期间通行费收入(亿元)。

在本实施例中，所述步骤S4中评价第j个决策单元有效性的BCC模型为：

式中：f(θ)为目标函数，θ为综合效率；λ_j为第j个决策单元的一组线性规划解；e_m＝[1,1,…,1]^T∈R^m和e_s＝[1,1,…,1]^T∈R^s分别为m、s维单位向量，R^m、R^s分别为m、s维向量空间；X_j＝[x_1j,x_2j,…,x_mj]，x_1j,x_2j,…,x_mj分别为第j个决策单元的m个输入指标；Y_j＝[y_1j,y_2j,…,y_rj]，y_1j,y_2j,…,y_rj分别为第j个决策单元的s个输出指标；ε为非阿基米德无穷小量，一般取10^-6；S^-和S⁺为松弛变量。

优选的，在本实施例中使用MaxDEA软件进行模型求解，首先导入汇总整理的数据(其中决策单元为方案编号，输入指标包含：路段平均饱和度、交通密度、路段平均行程延误、车辆平均油耗、其他道路养护费用及高速公路通行费用减少率，输出指标包含：平均车速、临时交通工程设施及应急救援系统)，模型选择“包络模型”，在基础模型下，距离函数选择“径向”，导向类型选择“产出导向”，规模收益选择“可变”，运行模型，软件直接呈现运行结果，可将运算结果导出为excel表格。

优选的，所述步骤S6中根据模型运算结果中的输入冗余率和输出亏空率找出导致各决策单元无效的根本原因，并进一步获取优化方向。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (5)

1.一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:根据综合评价的普遍性原理和高速公路改扩建施工交通组织方案综合评价的特殊性，获取评价指标；

步骤S2:根据得到的评价指标，计算得到各指标的相关量化值；

步骤S3:构建高速公路改扩建施工交通组织方案评价指标体系；

步骤S4:将每一个评价方案分别作为一个决策单元，基于数据包络分析模型，计算所有决策单元的综合效率；

步骤S5:根据各决策单元的综合效率值θ对其优劣进行评价比较：θ＝1，表示当前决策单元DEA有效；θ≠1，表示当前决策单元DEA无效；θ值越大，代表该决策单元的综合效率越好；

步骤S6:对非DEA有效的决策单元，根据模型运算结果对各方案提供优化方向，得到优化后的方案。

2.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，其特征在于，所述评价指标具体包括在作业区服务水平评价方面，所选取的指标：路段平均饱和度、交通密度、平均车速和路段平均行程延误；在作业区交通危险控制评价方面，所选取的指标：临时交通工程设施设置及应急救援处理；在作业区负经济效益评价方面，所选取的指标：车辆平均油耗、其他道路养护费用及高速公路通行费减少率。

3.根据权利要求2所述的一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，其特征在于，所述步骤S2具体对各项指标的具体量化方法如下：

①路段平均饱和度

计算公式为：

式中：C_i为第i个作业区的饱和度，n为整个工程划分的作业区总数；

②交通密度K计算公式为：

式中：Q为施工路段车流量，V为施工路段平均车速；

③平均车速v：

其中，L为通过行程时间检测区段的距离，t为通过行程时间检测区段的行程时间；

④路段平均行程延误D计算公式为：

式中：

t₁为车辆在原路段的行驶时间，t₂为车辆在分流路径的行驶时间；

⑤车辆平均油耗FC

FC＝100C×FC₀×L₁

其中，C为路段实际交通量，L₁为车辆绕行距离；

⑥其他道路养护费用S计算公式为：

式中：S_i为道路i的养护费用；

⑦高速公路通行费用减少率P，其计算公式为：

式中：S₁为高速公路改扩建前同期通行费收入，S₂为高速公路改扩建期间通行费收入。

4.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，其特征在于，所述步骤S4中评价第j个决策单元有效性的BCC模型为：

式中：f(θ)为目标函数，θ为综合效率；λ_j为第j个决策单元的一组线性规划解；e_m＝[1,1,…,1]^T∈R^m和e_s＝[1,1,…,1]^T∈R^s分别为m、s维单位向量，R^m、R^s分别为m、s维向量空间；X_j＝[x_1j,x_2j,…,x_mj]，x_1j,x_2j,…,x_mj分别为第j个决策单元的m个输入指标；Y_j＝[y_1j,y_2j,…,y_rj]，y_1j,y_2j,…,y_rj分别为第j个决策单元的s个输出指标；ε为非阿基米德无穷小量，一般取10^-6；S^-和S⁺为松弛变量。

5.根据权利要求1所述的一种高速公路改扩建施工交通组织优化方法，其特征在于，所述步骤S6中根据模型运算结果中的输入冗余率和输出亏空率找出导致各决策单元无效的根本原因，并进一步获取优化方向。

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