基于路网可达性的城市交通离散网络设计模型及算法

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1、基于路网可达性的城市交通离散网络设计模型及算法基于路网可达性的城市交通离散网络设计模型及算法——邓克涛63基于路网可达性的城市交通离散网络设计模型及算法邓克涛(铁道警官高等专科学校铁路与公安基础教研部郑州450053)摘要根据城市交通路网分区理论,把分成的子区看成一个节点,考虑所有节点的可达性,以此度量整个路网的可达性,设计了基于路网可达性最大为目标的城市交通离散网络设计模型.采用粒子群算法,并给出一个简单的算例,算例表明,合理的添加路段,能使城市路网可达性达到最大.关键词可达性;城市交通;离散网络设计;粒子

2、群算法中图分类号:U412文献标志码:ADOI:10.3963/j.ISSN1674—4861.2012.O1.014O引言城市交通网络设计问题在一定的投资约束条件下,通过在现有的城市交通网络中增加新的路段或更新,改善已有路段的通行能力,从而使整个交通网络某种系统性能指标达到最优.网络设计问题(networkdesignproblem,NDP)可分为2类:①对已有路段改造以增加其通行能力,称作连续网络设计问题(continuousNDP,CNDP),这里的连续是指路段通行能力的增加量是连续的;②添加新路段,被

3、称作离散网络设计问题(discre—tionNDP,DNDP).高自友等以城市交通网络设计问题中的双层规划模型,方法及应用等方面做过大量的研究E1-~3;许良,高自友从路网可靠性研究城市交通网络设计问题,从路网连通性可靠性,行程时间可靠性和路网容量可靠性3方面来考虑交通网络设计问题[6_8].路网评价指标包括路网可靠性,路网可达性等,而基于路网可达性的城市交通网络设计问题国内学者很少有人涉及到,基于此,本文从路网可达性,设计了一个双层规划模型,研究了城市交通网络设计问题.1可达性涵义本文研究可达性的目的主要是

4、通过考察路网中单个结点的可达性来进一步确定整个路网的可达性,以便研究路网在空间布局和路线的等级配置及其分布上的合理性,保证新修建的路段使路网可达性达到最大.因而研究的思路是从单个结点扩展到整个道路网.与此相对应,结点可达性的定义大体上有2种:①将结点可达性定义为在规划区域内从该点出发抵达其他各点的平均行程距离或行程时间;②首先定义理想路网,并定义结点的什贝尔指数为某结点到路网中其他所有结点的最短距离之和,在此基础上将可达性定义为结点相对于实际路网的什贝尔指数与相对于理想路网的什贝尔指数之比值.根据以上对可达性

5、的理解,本文可以简单认为可达性是指一个地方到达另一个地方的容易程度,可以用旅行距离,旅行时间或感知距离来衡量.2城市交通路网分区理论城市交通网络是城市交通的动脉,按道路在城市中的地位,作用,交通性质,交通速度及交通流量等指标,可将道路分为高速干道,主干道,次于道及支路4类.为了研究问题的方便,对城市交通路网进行如下三级分区.以道路等级为依据的一级分区,以城市整体布局和功能分区的二级分区,以子区为基础的三级分区.其中,二级分区和三级分区是针对普通道路区进行的,见图1.具体做法如下.1)依据道路等级原则进行一级分

6、区,将整个城市交通网络分为3大区域:高速干道区,普通道路区,交汇区.2)对于普通道路区,依据区域功能原则进行收稿日期:201卜O6—09修回日期:2011-09—3O第一作者简介:邓克涛(1982),硕士.研究方向:警用铁道技术及交通安全研究.E—mail:0206257@163.com64交通信息与安全2012年1期第30卷总166期二级分区,将普通道路区分为:居民区,工业区,商业区等;对于高速干道区和交汇区,主要依据入口匝道的位置和它们之间的距离进行子区的进一步划分.3)最后,对普通道路区在第2步的基础上

7、结合交通控制子区,根据实际交叉口的位置和交叉口之间的距离进行进～步的划分子区.城市道路网络高速于道区ll普通道路区ll交汇区l随叁垦I囱囱崮囱囱图1城市交通分区体系结构Fig.1Urbantransportationdivisionarchitecture3数学模型3.1可达性模型3.1_1节点可达性一考虑时间阻抗函数的节点的可达性根据城市交通路网分区理论,把考虑的城市交通路网分成个分区.这里,交通分区用其质心表示,在交通网路中,它是个节点.考察路网中单个结点的可达性来进一步确定整个路网的可达性.假定节点i与

8、节点J之间共有m条路径,z表示2点之间实际距离,km,则节点i到节点.『的最大可达性忌为2点之间最短路径距离与2点之间所有路径距离之和的比值,k可表示为:曼一—gij(sh—ortest)—1,2,…,;Vi,J(1)∑z式中:学为节点i与节点J之间第s条路径距离;∑学为节点i与节点J之间所有条路径的总距离;s=1,2,…,/Tt;i,一1,2,…,.当2点之间的实际距离l取最小值时,即2点之间距离