基于路網(wǎng)可達性的城市交通離散網(wǎng)絡設計模型及算法

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1、基于路網(wǎng)可達性的城市交通離散網(wǎng)絡設計模型及算法基于路網(wǎng)可達性的城市交通離散網(wǎng)絡設計模型及算法——鄧克濤63基于路網(wǎng)可達性的城市交通離散網(wǎng)絡設計模型及算法鄧克濤(鐵道警官高等?？茖W校鐵路與公安基礎教研部鄭州450053)摘要根據(jù)城市交通路網(wǎng)分區(qū)理論,把分成的子區(qū)看成一個節(jié)點,考慮所有節(jié)點的可達性,以此度量整個路網(wǎng)的可達性,設計了基于路網(wǎng)可達性最大為目標的城市交通離散網(wǎng)絡設計模型.采用粒子群算法,并給出一個簡單的算例,算例表明,合理的添加路段,能使城市路網(wǎng)可達性達到最大.關鍵詞可達性;城市交通;離散網(wǎng)絡設計;粒子

2、群算法中圖分類號:U412文獻標志碼:ADOI:10.3963/j.ISSN1674—4861.2012.O1.014O引言城市交通網(wǎng)絡設計問題在一定的投資約束條件下,通過在現(xiàn)有的城市交通網(wǎng)絡中增加新的路段或更新,改善已有路段的通行能力,從而使整個交通網(wǎng)絡某種系統(tǒng)性能指標達到最優(yōu).網(wǎng)絡設計問題(networkdesignproblem,NDP)可分為2類:①對已有路段改造以增加其通行能力,稱作連續(xù)網(wǎng)絡設計問題(continuousNDP,CNDP),這里的連續(xù)是指路段通行能力的增加量是連續(xù)的;②添加新路段,被

3、稱作離散網(wǎng)絡設計問題(discre—tionNDP,DNDP).高自友等以城市交通網(wǎng)絡設計問題中的雙層規(guī)劃模型,方法及應用等方面做過大量的研究E1-~3;許良,高自友從路網(wǎng)可靠性研究城市交通網(wǎng)絡設計問題,從路網(wǎng)連通性可靠性,行程時間可靠性和路網(wǎng)容量可靠性3方面來考慮交通網(wǎng)絡設計問題[6_8].路網(wǎng)評價指標包括路網(wǎng)可靠性,路網(wǎng)可達性等,而基于路網(wǎng)可達性的城市交通網(wǎng)絡設計問題國內(nèi)學者很少有人涉及到,基于此,本文從路網(wǎng)可達性,設計了一個雙層規(guī)劃模型,研究了城市交通網(wǎng)絡設計問題.1可達性涵義本文研究可達性的目的主要是

4、通過考察路網(wǎng)中單個結(jié)點的可達性來進一步確定整個路網(wǎng)的可達性,以便研究路網(wǎng)在空間布局和路線的等級配置及其分布上的合理性,保證新修建的路段使路網(wǎng)可達性達到最大.因而研究的思路是從單個結(jié)點擴展到整個道路網(wǎng).與此相對應,結(jié)點可達性的定義大體上有2種:①將結(jié)點可達性定義為在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)從該點出發(fā)抵達其他各點的平均行程距離或行程時間;②首先定義理想路網(wǎng),并定義結(jié)點的什貝爾指數(shù)為某結(jié)點到路網(wǎng)中其他所有結(jié)點的最短距離之和,在此基礎上將可達性定義為結(jié)點相對于實際路網(wǎng)的什貝爾指數(shù)與相對于理想路網(wǎng)的什貝爾指數(shù)之比值.根據(jù)以上對可達性

5、的理解,本文可以簡單認為可達性是指一個地方到達另一個地方的容易程度,可以用旅行距離,旅行時間或感知距離來衡量.2城市交通路網(wǎng)分區(qū)理論城市交通網(wǎng)絡是城市交通的動脈,按道路在城市中的地位,作用,交通性質(zhì),交通速度及交通流量等指標,可將道路分為高速干道,主干道,次于道及支路4類.為了研究問題的方便,對城市交通路網(wǎng)進行如下三級分區(qū).以道路等級為依據(jù)的一級分區(qū),以城市整體布局和功能分區(qū)的二級分區(qū),以子區(qū)為基礎的三級分區(qū).其中,二級分區(qū)和三級分區(qū)是針對普通道路區(qū)進行的,見圖1.具體做法如下.1)依據(jù)道路等級原則進行一級分

6、區(qū),將整個城市交通網(wǎng)絡分為3大區(qū)域:高速干道區(qū),普通道路區(qū),交匯區(qū).2)對于普通道路區(qū),依據(jù)區(qū)域功能原則進行收稿日期:201卜O6—09修回日期:2011-09—3O第一作者簡介:鄧克濤(1982),碩士.研究方向:警用鐵道技術及交通安全研究.E—mail:0206257@163.com64交通信息與安全2012年1期第30卷總166期二級分區(qū),將普通道路區(qū)分為:居民區(qū),工業(yè)區(qū),商業(yè)區(qū)等;對于高速干道區(qū)和交匯區(qū),主要依據(jù)入口匝道的位置和它們之間的距離進行子區(qū)的進一步劃分.3)最后,對普通道路區(qū)在第2步的基礎上

7、結(jié)合交通控制子區(qū),根據(jù)實際交叉口的位置和交叉口之間的距離進行進～步的劃分子區(qū).城市道路網(wǎng)絡高速于道區(qū)ll普通道路區(qū)ll交匯區(qū)l隨叁墾I囪囪崮囪囪圖1城市交通分區(qū)體系結(jié)構(gòu)Fig.1Urbantransportationdivisionarchitecture3數(shù)學模型3.1可達性模型3.1_1節(jié)點可達性一考慮時間阻抗函數(shù)的節(jié)點的可達性根據(jù)城市交通路網(wǎng)分區(qū)理論,把考慮的城市交通路網(wǎng)分成個分區(qū).這里,交通分區(qū)用其質(zhì)心表示,在交通網(wǎng)路中,它是個節(jié)點.考察路網(wǎng)中單個結(jié)點的可達性來進一步確定整個路網(wǎng)的可達性.假定節(jié)點i與

8、節(jié)點J之間共有m條路徑,z表示2點之間實際距離,km,則節(jié)點i到節(jié)點.『的最大可達性忌為2點之間最短路徑距離與2點之間所有路徑距離之和的比值,k可表示為:曼一—gij(sh—ortest)—1,2,…,;Vi,J(1)∑z式中:學為節(jié)點i與節(jié)點J之間第s條路徑距離;∑學為節(jié)點i與節(jié)點J之間所有條路徑的總距離;s=1,2,…,/Tt;i,一1,2,…,.當2點之間的實際距離l取最小值時,即2點之間距離