基于道路资源和出行成本优化出行方式结构优化模型探究

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1、基于道路资源和出行成本优化出行方式结构优化模型探究　　摘要：本文在考虑各出行方式特性的基础上，建立出行者平均时空资源的消耗数量最小和出行成本最小的优化模型目标函数；考虑城市交通的道路资源利用、能源消耗和环境污染情况，提出了相应的约束条件，得到居民出行方式结构的优化模型；最后，应用模型对哈尔滨市居民出行结构进行优化。关键词：出行方式；结构优化；道路资源；出行成本中图分类号：I043文献标识码：A0、前言城市居民出行结构，直接影响着人们出行的效率。对于城市居民出行方式结构进行优化，可以促进城市交通系统的顺畅运行，减少出行成本，降低交通能耗，从而实现城市交通的合理健康发展。另外，对城市的居民

2、出行方式结构进行优化研究，有助于合理利用有限的城市交通空间，从而有效缓解城市的交通拥挤问题。1、模型假设为了建立合理的居民出行方式结构优化模型，现提出四点理想化的假设条件：(1)所研究城市为相对封闭的、独立的系统；10(2)城市交通系统的外围边界保持不变；(3)城市居民的出行率和出行总量在一定时期内保持不变；(4)本模型仅考虑步行、公共汽车、出租车及私家车等四种出行方式。2、模型目标函数本文主要考虑道路交通资源的使用效率和出行者的出行成本，将本模型的目标函数确定为出行者平均消耗的时空资源数量最小及出行者平均出行成本最小。(1)出行者平均时空资源的消耗最小出行者平均时空资源的消耗数量反映

3、了城市道路时空资源的使用效率。本文采用时空资源的消耗指数来评价道路资源的使用效率，按公式1-1计算。(1-1)式中——出行方式i占出行总量的比例；——出行方式i的人均时空资源消耗（m2·s/人）；——出行方式i的平均出行距离（m）。出行方式i的人均时空资源消耗与该方式运行时的侧向净空、出行距离、运行速度以及安全车头间距等因素有关，按公式1-2计算。(1-2)式中——出行方式i正常运行时的侧向净空（m）；10——出行方式i的安全车头间距（m）；——出行方式i的安全车头时距（s）；——出行方式i的平均载客人数（人）；——出行方式i的平均运行速度（m/s）。出行者采用各出行方式的安全车头间距

4、的计算公式为：(1-3)式中——车辆制动时驾驶员的反应时间（s）；——车辆长度（m）；——安全车间距离（m）；——道路摩阻系数；——道路纵向坡度。安全车头时距的计算公式如下：(1-4)步行的安全时距根据经验取值，一般取为0.8s。(2)出行者的平均出行成本最小出行者的出行成本主要包括出行费用成本和出行时间成本两个部分。通过出行时间的价值将出行费用转化为对应的出行时间，与实际出行时间相加得到出行者的出行成本。出行者的平均出行成本按公式1-5计算。(1-5)式中——出行方式i的平均费用（元）；——出行方式i的时间价值（元/h）。10根据以上优化目标，得到居民出行结构优化的目标函数如下：(1

5、-6)(1-7)3、模型约束条件本文主要考虑道路资源的数量、居民出行可达性、能源消耗和大气污染物排放的限制，提出如下几个约束条件。(1)城市道路资源的约束道路资源数量是居民出行结构发展的刚性约束，可表示为如下形式：(1-8)式中——出行方式i的人均动态占用道路面积（m2/人）；——城市人均动态占用道路面积限制指标（m2/人）。出行方式i的人均动态占用道路面积按公式1-9和1-10计算。(1-9)(1-10)(2)居民出行可达性的约束10城市交通系统的可达性是评价交通系统是否能够满足居民正常出行需求以及交通系统服务水平的重要指标。居民出行的可达性用居民在预算出行时间内的平均出行距离与等效

6、城市半径的关系来表示。居民出行的可达性约束如下所示。(1-11)式中——居民的预算出行时间（h）；——等效城市半径（km）。等效城市半径可按城市用地面积(记为A)推算得到，其计算公式为：(1-12)(3)城市环境承受能力的约束本文重点考虑CO和NOx，通过确定的二者排放的上限值来对居民出行结构进行限制。城市居民出行结构的环境承受能力的约束条件如下：(1-13)(1-14)式中——出行方式i污染物j的人均排放因子（g/(人·km)）；——关于污染物j排放量的上限值（g/(人·km)）；Vij——为出行方式i污染物j的单车排放因子，单位为g/(车·km)。各出行方式关于CO和NOX的单车排

7、放因子如表1-3所示。表1-3各出行方式CO和NOX的单车排放因子(g/(车·km))10单车排放因子摩托车公共汽车出租车私家车CO16.340.3845.643.6NOX0.16.61.82.8城市的大气污染物排放总量按公式1-15计算。(1-15)(1-16)式中——时间内城市环境允许的大气污染物排放总量（）；——污染物排放源强（mg/m2·s）；——城区面积（m2）；——排放周期，通常为1h或24h。——地面大气污染物的浓度值（mg/m3