地方公路網交通適應性評價方法研究

摘要 為進一步提升地方公路網的合理布局并提升通行效率，文章研究設計了地方公路網交通適應性綜合評價方法。通過提取地方公路網絡分形特征，統一公路網交通運輸的線路布局，客、貨輸送功能和劃分公路網設置層次，以更加準確地評價地方公路網絡的交通適應性表征。采用計算地方公路網交通適應性評價指數，根據地方公路網的連通度、適應度以及匹配度等評價指標，建立交通適應性評價體系，以適應性評價指數評估地方公路網對區域交通合理布局，滿足地方公路網的規劃建設要求。最后，開展實驗對比分析，驗證了該方法的評價效果更好，能夠更好地提升地方公路網絡的建設布局。

關鍵詞 地方公路；交通網；分形特征；適應性；評價方法

中圖分類號 U491.13文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）02-0171-03

0 引言

地方公路網的建設，需要大量的資金和人力資源投入，科學評估公路網的交通適應性，能夠了解公路網的運行狀況，對地方公路網的規劃設計、建設運維都具有重要作用。隨著我國區域經濟發展一體化推進步伐的加快，地方公路網的交通壓力逐漸增大，許多地方性公路普遍存在通行擁堵以及交通事故率較高等問題，影響了地方公路的正常運行。針對此類問題，研究人員設計了多種評價方法，其中，基于高鐵與地鐵安檢互認的地方公路網交通適應性評價方法，以及基于組合賦權——云模型的地方公路網交通適應性評價方法的應用較為廣泛。

基于高鐵與地鐵安檢互認的地方公路網交通適應性評價方法，主要是以社會力微觀模型為基礎，MassMotion分析軟件為前提，分析公路網的交通通行狀態[1]。通過模擬公路網車輛的速度比、通行時間、平均密度指標，評價公路網的交通適應性，從而確保地方公路的有效運行。基于組合賦權——云模型的地方公路網交通適應性評價方法，主要是利用組合賦權對每個地方公路網交通適應性評價指標進行加權平均，并將適應性劃分成多個等級，確定各個等級的區間運行范圍[2]。結合云模型的逆向推導理論，確定各個評價指標的隸屬度，提高了該方法的評價準確性。以上兩種方法雖然能夠評價綜合交通的適應性，但由于受到的限制條件比較多，無法全面地評價地方公路網，降低了公路網規劃布局的適應性[3]。因此，該文設計了一種新型地方公路網交通適應性評價方法。

1 地方公路網交通適應性評價方法設計

1.1 提取地方公路網絡分形特征

分形特征能夠描述公路網的形態與結構，能夠提升交通適應性評價的全面性。公路網具有多個層次，統一公路網交通運輸的線路與客、貨運輸功能，分維數劃分公路網層次，更加準確地評價公路網交通適應性表征[4]。交通線路與交通網絡是微觀、宏觀兩個不同層次的事件，二者之間需要一種特征來刻畫其中的過渡特征，該文將分形特征作為過渡特征，確保公路網交通適應性評價準確性。分形特征盡量只用一個參數，使公路線路與公路網的性能參數能夠自動統一[5]。將公路網劃分成網格，網格邊長為r，r覆蓋的區域就是適應性評價區域。公路網線路通過的網格數據為N（r），則r覆蓋的區域分形特征表示為：

（1）

式中，D（r）——r覆蓋的區域分形特征向量。D（r）能夠反映公路網的覆蓋形態，在一個邊長為R的網格中通行時，根據D（r）的值，重新劃分網格，使其形成新的覆蓋公路網格[6]。此時D（r）越大，公路網的覆蓋形態越好，交通通行的適應性越高。1＜D（r）＜2時，D（r）越趨近于2，地方公路網的規劃分布越均衡，交通通行越暢通。在規劃設計地方公路線形走向和直、曲線形過程中，既要充分考慮公路建設區域的地理位置和地質環境等因素，也要按照“平包豎”的規劃設計原則，保證地方公路線路建設布局的連續性和均勻性。一般來講，地方公路規劃設計直線極限值參考如表1所示。

1.2 計算公路網交通適應性評價指數

地方體系與公路交通系統共同構成了一個開放的網絡系統，地方是公路網上的節點，公路是地方城鎮之間聯系的橋梁。將地方公路網絡分形特征考慮在內并結合地方公路網的連通度、適應度、匹配度等評價指標，建立交通適應性評價體系[7]。適應性評價指數能夠反映公路網對交通的適應性，從而滿足公路網建設需求。公路網交通適應性包括公路規模結構、公路布局形態、公路等級配置等，結合綜合性評價原則、獨立性評價原則、可操作性評價原則、可比性評價原則，建立公路網交通適應性評價體系，如圖1所示。

由圖1可知，在選取指標的過程中要立足于地方公路網規劃實際，將地方公路網連通度指標、公路網布局適應度指標、公路網等級與地方規模匹配度指標、公路網與地方體系分維匹配度指標、公路網與地方經濟發展協調度指標作為評價指標，評價公路網的交通適應性[8]。地方公路網連通度指標C的計算公式表達為：

C=∑VijLi/∑CiLi （2）

式中，Vij——公路網中第i條線路的第j次通行能力；Li——公路網第i條線路的長度；Ci——第i條線路的分配交通量。公路網布局適應度指標ρ的計算公式表達為：

（3）

式中，Ti——公路網到達節點i的最短時間；n——公路網中交通節點數量。公路網等級與地方規模匹配度指標的計算公式表達如下：

（4）

式中，δ——公路網等級與地方規模匹配度指標。由此計算出公路網交通適應性評價指數，公式表達如下：

（5）

式中，P——公路網交通適應性評價指數；Q——公路網交通周轉容量；φ——公路網與地方體系分維匹配度指標；η——公路網與地方經濟發展協調度指標；、、、、——導數。以上述公路網交通適應性評價指數簡單網絡的算式為例，對基于網絡效率的地方公路網布局適應度指標進行合理性分析，假設其所有路徑上的出行成本函數相同，則都需要采用BPR函數形式進行評價，表明適應性評價指數能夠反映公路網對交通的適應性，從而能夠滿足公路網建設需求。

2 實例論證分析

2.1 縣域公路概況

為了驗證該文設計的方法是否滿足地方公路網交通適應性評價需求，以山東省桓臺縣的公路網規劃設計為例，對上述方法進行了實例分析。桓臺縣隸屬于山東省淄博市，位于魯中山區和魯北平原的結合地帶，地處山東省中部偏北、淄博市北部，全縣總面積509 km2。截至目前，桓臺縣的通車里程達1 309.8 km，公路等級分別為高速、一級、二級、三級、四級，已拓展出一條“兩環九縱九橫”戰略通道，構筑起“大框架、大循環、大互通”的路網架構，實現了縣城15 min上高速、15 min到市區、鄉鎮15 min到縣城的“315”生活圈，全力展現著桓臺交通建設的“加速度”，全縣共計完成路網提檔升級129.7 km，養護大中修363.8 km。近年來，桓臺縣互通大動脈、暢通微循環，一磚一石勾勒出四通八達的出行方式和立體交錯的交通網絡格局，由縣道、鄉道、專用公路等線路組成了完善的公路網，桓臺縣公路網如圖2所示。

由圖2可知，桓臺縣地方公路網存在鄉道公路、村道公路，以市域界線、鎮街界線、海域界線為隔斷，將各個村、鎮、縣分隔開。由于縣屬各個鄉、鎮發展的不均衡，需要對縣域公路網開展綜合規劃評價，利用交通適應性評價指標，評價公路網的交通適應性，改善適應性低的道路，從而確保桓臺縣的公路網更加適應當地經濟社會發展的需求。

2.2 應用結果分析

在上述條件下，該文隨機選取出縣道、鄉道、村道、專用公路、環線公路、旅游公路、工業園區道路、城市快速路、橋梁、隧道等交通線路，將公路網連通度指標、布局適應度指標、規模匹配度指標、分維匹配度指標、發展協調度指標作為交通適應性評價指標。通過分析不同公路網的綜合性評價指標權重與適應性評價指數，從而確定該文設計的地方公路網交通適應性評價方法是否具有適用性。應用結果如表2所示。

如表2所示，#0為連接縣城與鄉鎮的公路；#1為連接鄉鎮與村莊之間的公路；#2為連接村莊與村莊之間的公路；#3為專用公路；#4為環線公路；#5為旅游公路；#6為工業園區道路；#7為連接城市主要功能區之間的公路；#8為連接兩岸的公路；#9為跨越障礙物的公路。C為地方公路網連通度指標；ρ為地方公路網布局適應度指標；δ為地方公路網等級與地方規模匹配度指標；φ為地方公路網與地方體系分布匹配度指標；η為公路網與地方經濟發展協調度指標。

在其他條件均已知的情況下，使用該文設計的地方公路網交通適應性評價方法之后，C在0.09～0.35的范圍內變化；ρ在0.09～0.30的范圍內變化；δ在0.15～0.31的范圍內變化；φ在0.09～0.27的范圍內變化；η在0.01～0.31的范圍內變化。綜合性評價指標權重=C+ρ+δ+φ+η，綜合評價指標權重越趨近于1，交通適應性評價的準確性越高。適應性評價指標在0.96～1.00的范圍內變化，而且隨著綜合性評價指標權重而變化，能夠輔助綜合性評價指標權重，判斷地方公路網交通適應性評價的準確性。綜合性評價指標權重與適應性評價指數越接近，交通適應性評價的準確性越高。由表中可知，#0～#9共10處地方公路網線路，綜合性評價指標權重與適應性評價指數相近，并且均高于0.95，可以滿足交通適應性評價需求，符合該文研究目的。

3 結束語

地方公路網在規劃建設過程中，由于會受到地方經濟社會發展的總體形勢等客觀條件的制約，會導致區域交通整體規劃布局的適應性較低等問題。交通適應性評價是對公路網在交通運行過程中的性能和特點進行評估，能夠確定公路網是否可以應對交通壓力和需求，對于地方公路發展具有重要作用。因此，該文設計了地方公路網交通適應性評價方法。從公路網分形特征、適應性評價指數等方面，評價公路網的交通運行情況，為緩解交通壓力提供數據理論支撐。

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收稿日期：2023-11-20

作者簡介：時華強（1967—），男，本科，工程師，研究方向：交通工程。