CN103235861B - 客货分离道路实施预判及评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于公路规划设计领域，为提出客货分离专用道路何时实施的预判技术及实施后的全面评价方法，为此，本发明采取的技术方案是，客货分离道路实施预判及评价方法，包括如下步骤：（1）预判技术中的主要影响因素等级化划分方法（2）构造标准层和准则层间的比较判断矩阵（3）确定指标之间权重方法：（4）预判技术各影响因素的权重确定方法及实施客货分离的阈值确定客货分离道路实施评价方法：利用道路服务水平和道路事故率作为社会效益指标，利用投资回收比（B/C）作为经济效益指标。本发明主要应用于公路规划设计。

Description

客货分离道路实施预判及评价方法

技术领域

本发明属于公路规划设计领域，具体来说，涉及客货分离道路实施预判及评价方法。

背景技术

目前，公路运输迅猛发展，混行道路无法满足客货运快速、便捷、安全、高效的运输需求，客货分离道路成为一种发展趋势，那么如何分离，分离条件，分离的效果究竟如何是分离道路实施的关键。国外在这方面的研究较多，尤其是美国的Texas和Florida两个州，最早的研究是Texas3310工程中对客货分离的道路样式进行了分析，并研究出七种适合建设的客货分离道路组合形式，但此项目没能给出客货分离道路实施的判断条件以及实施后的评价技术；而Florida交通运输部的研究主要针对实施客货分离道路的判断条件建立了完整的体系，但没有建立实施的评价体系以及选取何种客货分离道路组合形式；而Texas交通运输部针对道路的实施效益建立了完整的评价体系，但这项研究缺乏实施预判技术的研究。综合以上研究的不足，结合我国的道路条件、交通特性建立一套完整的预判和评价体系。

预判技术需要考虑方法的实用性和易于操作性，将考虑最主观的条件作为影响客货分离道路实施的条件，那么影响最大的因素为道路总流量和货车流量；还要考虑当前道路的运行状态，则选取道路服务水平；而道路的安全性则是道路建设中不可缺少的，因此，加上道路事故率作为辅助影响条件。而在评价技术中，需要针对不同的道路方案有针对性的评价，考虑评价体系的全面、合理，需要进行社会效益和经济效益双面的评价，其中社会效益是道路本身带来的运输效率的提升，行车安全性的增强，因此，选取道路服务水平作为确定客货分离道路方案的指标，而提升了道路的安全性不仅是人们出行的期望，从另一个方面，体现了经济效益，降低了由于交通事故产生的经济损失，因此，在经济效益评价中不仅考虑道路本身带来的直接收益，还要考虑降低交通事故产生的收益。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的不足，提出客货分离专用道路何时实施的预判技术及实施后的全面评价方法，为此，本发明采取的技术方案是，客货分离道路实施预判及评价方法，包括如下步骤：

(1)预判技术中的主要影响因素等级化划分方法

A.路段总流量：根据道路的承载能力对道路流量进行等级划分，此处流量为混合流流量。当道路流量为道路通行能力的95％以上时，给定9分，即对道路实施客货分离影响极大；当道路流量为道路通行能力的85％～95％时，给定8分；当道路流量为道路通行能力的50％～85％时，给定7分；当道路流量为道路通行能力的30％～50％时，给定4分；当道路流量小于道路通行能力的30％时，给定1分；

B.货车流量：根据货车占路段总流量的百分比进行等级划分。当货车流量超过总流量的50％时，给定9分；当货车流量占总流量的35％～50％之间时，给定8分；当货车流量占总流量的20％～35％时，给定7分；当货车流量占总流量的10％～20％时，给定3分；当货车流量小于总流量的10％时，给定1分；

C.交通事故率：交通事故等级划分可按照年平均货车事故率为基准进行划分，当道路事故率小于年平均事故率时，给定1分；当道路事故率与年平均事故率相当时，给定5分；当事故率大于年平均事故率时，给定9分；

D路段服务水平：道路服务水平等级划分可按照其不同服务水平等级进行打分，其中处于AB等级的道路给定1分；处于B等级的道路给定2分；处于C级服务水平的道路给定3分；处于D级服务水平的道路给定7分，而处于E、F等级的道路给定最高分9分；

(2)构造标准层和准则层间的比较判断矩阵

根据层次分析法和专家打分法确定预判技术中各因素权重，并根据各因素自身等级划分情况综合计算路段实施客货分离的可能性，预判技术结构见图1。

表1判断矩阵

A	B1	B2	B3	B4
					B1	1	1/7	1/4	2
B2	7	1	3	8
					B3	4	1/3	1	5
B4	1/2	1/8	1/5	1

(3)确定指标之间权重方法：

将判断矩阵的n个行向量归一化的算术平均值近似作为权重向量，即：

$w_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ij}}}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{kj}}}(i=\mathrm{1,2},...,n)$

式中：w_i各因素的权重；a_ij为矩阵第i行第j列数。

表2权重

A	B1	B2	B3	B4	合计	权重
							B1	0.08	0.09	0.06	0.13	0.35	0.09
B2	0.56	0.63	0.67	0.50	2.36	0.59
							B3	0.32	0.21	0.22	0.31	1.07	0.27
B4	0.04	0.08	0.04	0.06	0.23	0.06
							合计	1.00	1.00	1.00	1.00	4.00	1.00

各指标之间的权重分别为：

{ω_B1,ω_B2,ω_B3,ω_B4}＝(0.09,0.59,0.27,0.06)

式中ω_B1,ω_B2,ω_B3,ω_B4分别为四种指标的权重。

(4)预判技术各影响因素的权重确定方法及实施客货分离的阈值确定

如表2可知，道路实施客货分离的综合得分计算公式如下：

式中：——为道路实施客货分离的综合得分；

ω_i——为第i项指标的权重；

r_ij——为第i项指标的第j个等级的得分；

根据式计算得出研究范围内所有道路的总得分，包括现状年和预测年，而在所有道路中能够满足下式的则判断为客货分离待选道路；

式中：——预测年道路总得分；

——现状年道路总得分；

——实施客货分离道路预判最小阈值，根据各指标的权衡关系，将取值为4；

客货分离道路实施评价方法：利用道路服务水平和道路事故率作为社会效益指标，利用投资回收比(B/C)作为经济效益指标：

(1)道路服务水平

利用VISSIM仿真软件来实现货车专用车道通行能力，并在已获得货车通行能力基础上分析不同货车比例及总流量下适合哪种道路方案；

(2)客货分离道路降低道路交通事故率计算方法

认定物理隔离的客货分离道路能够降低原道路交通事故的50％，而物理隔离的完全分离道路能够降低原交通事故的75％。

(3)客货分离道路经济评级

A.项目投入

首先介绍道路设计方案的费用值，包括两部分：

C＝C_Investment+C_Maintenance

其中，

C_Investment＝c₁+c₂+c₃+c₄

式中：c₁——为基本车道建设费用；

c₂——路肩建设费用；

c₃——隔离设施费用；

c₄——匝道建设费用。

B.项目利润

B＝B_Travel+C_Time+B_Crash

式中B_Travel——项目降低运营成本效益；

C_Time——项目节约旅客时间效益；

B_Crash——项目降低交通事故效益。

C.方案比选方法

以项目产生的效益费用比的大小来判断那种道路方案更加适合实施。公式如下：

${\left(\frac{B}{C}\right)}_S\≥{\left(\frac{B}{C}\right)}_M$

式中：——为分离专用道路的效益费用比；

——为混行道路的效益费用比。

利用VISSIM仿真软件来实现货车专用车道通行能力仿真，具体的实现方法如下：

1)基于VISSIM软件的货车专用车道通行能力计算

基本路段通行能力即为单位时间内通过路段的最大流量，根据定义对路段通行能力进行仿真。主要考虑不同地形条件，坡度条件，交通组成及相对比例，车辆速度、加速度分布状况，驾驶员特性等，建立基本方针路段，为满足车辆的换道需求，仿真路段选为两条车道。

2)通过路段服务水平对客货分离道路实施的方案比选

以路段饱和度为服务水平中的指标，计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{v}{c}$

δ——为路段饱和度；

v——路段流量；

c——路段通行能力。

客货分离道路分离客车专用车道和货车专用车道，那么其路段饱和度就需要分别的计算；在制定道路方案时，需按照不同车道组合的期望饱和度进行比选，从而选出社会效益较大的道路设计方案。

本发明的技术特点及效果：

本发明提出了客货分离道路实施的预判技术及实施评价技术，通过预判技术对道路实施客货分离方案进行初步判断，并将筛选出的道路做进一步的分析，主要从运行效率、安全性能和经济效益三方面进行评价。以路段饱和度为运行效率指标，以此进行道路方案设计，将道路安全性提升考虑到经济效益当中，最终以经济投资回收作为方案的最终评价指标。本发明是一项兼顾预判和评价双方面的客货分离实施方法，能够为客货分离道路实施提供依据。

附图说明

图1预判技术结构划分图。

图2货车车道通行能力仿真思路图。

图3服务水平仿真思路图。

图4本发明总体结构示意图。

具体实施方式

本发明主要提出客货分离专用道路何时实施的预判技术及实施后的全面评价方法，采取的方法如下：

1客货分离专用道路实施的预判方法

(1)预判技术中的主要影响因素等级化划分方法

A.路段总流量。根据道路的承载能力对道路流量进行等级划分，此处流量为混合流流量。当道路流量为道路通行能力的95％以上时，给定9分，即对道路实施客货分离影响极大；当道路流量为道路通行能力的85％～95％时，给定8分；当道路流量为道路通行能力的50％～85％时，给定7分；当道路流量为道路通行能力的30％～50％时，给定4分；当道路流量小于道路通行能力的30％时，给定1分。

B.货车流量。根据货车占路段总流量的百分比进行等级划分。当货车流量超过总流量的5％时，给定9分；当货车流量占总流量的35％～50％之间时，给定8分；当货车流0量占总流量的20％～35％时，给定7分；当货车流量占总流量的10％～20％时，给定3分；当货车流量小于总流量的10％时，给定1分。

C.交通事故率。交通事故等级划分可按照年平均货车事故率为基准进行划分。当道路事故率小于年平均事故率时，给定1分；当道路事故率与年平均事故率相当时，给定5分；当事故率大于年平均事故率时，给定9分。

D路段服务水平。道路服务水平等级划分可按照其不同服务水平等级进行打分。其中处于AB等级的道路给定1分；处于B等级的道路给定2分；处于C级服务水平的道路给定3分；处于D级服务水平的道路给定7分，而处于E、F等级的道路给定最高分9分。

(2)构造标准层和准则层间的比较判断矩阵

根据层次分析法和专家打分法确定预判技术中各因素权重，并根据各因素自身等级划分情况综合计算路段实施客货分离的可能性。预判技术结构见图1

表1判断矩阵

A	B1	B2	B3	B4
					B1	1	1/7	1/4	2
B2	7	1	3	8
					B3	4	1/3	1	5
B4	1/2	1/8	1/5	1

(3)确定指标之间权重方法：

将判断矩阵的n个行向量归一化的算术平均值近似作为权重向量，即：

$w_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\frac{a_{\mathrm{ij}}}{\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_{\mathrm{kj}}}(i=\mathrm{1,2},...,n)$

表2权重

A	B1	B2	B3	B4	合计	权重
							B1	0.08	0.09	0.06	0.13	0.35	0.09
B2	0.56	0.63	0.67	0.50	2.36	0.59
							B3	0.32	0.21	0.22	0.31	1.07	0.27
B4	0.04	0.08	0.04	0.06	0.23	0.06
							合计	1.00	1.00	1.00	1.00	4.00	1.00

各指标之间的权重分别为：

{ω_B1,ω_B2,ω_B3,ω_B4}＝(0.09,0.59,0.27,0.06)

(4)预判技术各影响因素的权重确定方法及实施客货分离的阈值确定

如表可知，道路实施客货分离的综合得分计算公式如下：

式中：——为道路实施客货分离的综合得分；

ω_i——为第i项指标的权重；

r_ij——为第i项指标的第j个等级的得分。

根据式计算得出研究范围内所有道路的总得分，包括现状年和预测年。而在所有道路中能够满足下式的则判断为客货分离待选道路。

式中：——预测年道路总得分；

——现状年道路总得分；

——实施客货分离道路预判最小阈值，根据各指标的权衡关系，将取值为4。

2客货分离道路评价方法

客货分离道路实施评价技术主要考虑两方面的效益，社会效益和经济效益。利用道路服务水平和道路事故率作为社会效益指标，利用投资回收比(B/C)作为经济效益指标。下面介绍三个指标的具体实现方法。

(1)道路服务水平

主要考虑混行道路与分离道路之间在服务水平上的差异。从字面上分析，客货分离道路能够提升道路的整体速率，但是没有一个具体的指标判断其提升的空间大小。为了能够将分离道路的服务水平进行登记划分，利用VISSIM仿真软件来实现货车专用车道通行能力，并在已获得货车通行能力基础上分析不同货车比例及总流量下适合哪种道路方案。具体的实现方法如下：

1)基于VISSIM软件的货车专用车道通行能力计算

基本路段通行能力即为单位时间内通过路段的最大流量，根据定义对路段通行能力进行仿真。主要考虑不同地形条件，坡度条件，交通组成及相对比例，车辆速度、加速度分布状况，驾驶员特性等，建立基本方针路段，为满足车辆的换道需求，仿真路段选为两条车道。仿真整体思路见图2，仿真结果见表3货车车道通行能力和表4货车车道服务水平等级。

表3货车专用道通行能力

表4货车专用路服务水平等级

2)通过路段服务水平对客货分离道路实施的方案比选

在道路方案设计时，都会对道路的预期服务质量进行设定，以道路服务水平作为评价路段服务质量的指标。路段饱和度则为服务水平中的一个重要指标，计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{v}{c}$

δ——为路段饱和度；

v——路段流量；

c——路段通行能力。

客货分离道路分离客车专用车道和货车专用车道，那么其路段饱和度就需要分别的计算。在制定道路方案时，需按照不同车道组合的期望饱和度进行比选，从而选出社会效益较大的道路设计方案。

未来年路段运行状态通过仿真方法实现，仿真思路见图3。

表5方案对比

表6

表7

(2)客货分离道路降低道路交通事故率计算方法

通过对美国NewJerseyTurnpike双重组合车道上事故调查研究，客货分离对道路安全的提升效果更加显著，且通常提上幅度在2倍以上。因此，假设物理隔离的客货分离道路能够降低原道路交通事故的50％，而物理隔离的完全分离道路能够降低原交通事故的75％。

(3)客货分离道路经济评级

经济指标是道路投资建设中考虑的重要因素，而客货分离专用道路与普通道路相比投资相对较大，但其效益同样比普通道路的效益大。不同的道路设计方案其投资也相应的不同，因此，本发明不针对任何项目建立经济指标，而是对设计中存在差异及收益差异的地方建立经济投资回收比模型。

相同服务水平下可有多种方案，包括分离和混行两种，那么两种方案对比下，其经济指标较好的方案即为可实施方案。选取经济效益费用比作为衡量经济效益的指标。

客货分离专用道路包括，标线划分道路和物理隔离。对于标线划分的道路，它与混行道路的设计相同，除需增设相关管理标志和表现外，无需额外的隔离措施；而对于物理隔离的专用车道来说，则需考虑新增的物理隔离设施的费用，增设路肩的费用、已经道路用地拓宽增加的费用，若有独立的出入匝道设施，则需将匝道费用均分道每公里估算投资当中。

混行道路和专用道路两者之间的主要投资费用差异体现在道路的设计上，包括路面设计厚度、强度、新增路肩、隔离、匝道、标志、标线等方面。

当然，分离专用车道带来的经济效益同样可观，从降低运输成本、节约旅客时间以及降低交通事故等方面来看，其效益超过混行道路带来的效益。

A.项目投入

客货分离道路项目的投资与混行道路项目投资不同，若为物理隔离的分离道路，其路面设计是根据承载相应车辆而进行对应的设计，而当有条件设置独立的出入口匝道时，其对应的投资也随之增大，同时，占用的土地空间较大；而非物理隔离道路则与混行道路的投资类似。

首先介绍道路设计方案的费用值，其主要费用包括两部分：

C＝C_Investment+C_Maintenance

其中，

C_Investment＝c₁+c₂+c₃+c₄

式中：c₁——为基本车道建设费用；

c₂——路肩建设费用；

c₃——隔离设施费用；

c₄——匝道建设费用。

B.项目利润

新建道路项目，由于能够改善原有路网的运输条件，减少交通项目，而分离专用道路与混行道路相比，降低交通事故的幅度更大，很大程度上提高道路行车安全性。

B＝B_Travel+C_Time+B_Crash

式中B_Travel——项目降低运营成本效益；

C_Time——项目节约旅客时间效益；

B_Crash——项目降低交通事故效益。

C.方案比选方法

以项目产生的效益费用比的大小来判断那种道路方案更加适合实施。公式如下：

${\left(\frac{B}{C}\right)}_S\≥{\left(\frac{B}{C}\right)}_M$

式中：——为分离专用道路的效益费用比；

——为混行道路的效益费用比。

Claims (2)

1.一种客货分离道路实施预判及评价方法，其特征是，客货分离专用道路实施的预判方法包括如下步骤：

(1)预判技术中的主要影响因素等级化划分方法

A.路段总流量：根据道路的承载能力对道路流量进行等级划分，此处流量为混合流流量；当道路流量为道路通行能力的95％以上时，给定9分，即对道路实施客货分离影响极大；当道路流量为道路通行能力的85％～95％时，给定8分；当道路流量为道路通行能力的50％～85％时，给定7分；当道路流量为道路通行能力的30％～50％时，给定4分；当道路流量小于道路通行能力的30％时，给定1分；

B.货车流量：根据货车占路段总流量的百分比进行等级划分；当货车流量超过总流量的50％时，给定9分；当货车流量占总流量的35％～50％之间时，给定8分；当货车流量占总流量的20％～35％时，给定7分；当货车流量占总流量的10％～20％时，给定3分；当货车流量小于总流量的10％时，给定1分；

C.交通事故率：交通事故等级划分可按照年平均货车事故率为基准进行划分，当道路事故率小于年平均事故率时，给定1分；当道路事故率与年平均事故率相当时，给定5分；当事故率大于年平均事故率时，给定9分；

D路段服务水平：道路服务水平等级划分可按照其不同服务水平等级进行打分，其中处于AB等级的道路给定1分；处于B等级的道路给定2分；处于C级服务水平的道路给定3分；处于D级服务水平的道路给定7分，而处于E、F等级的道路给定最高分9分；

(2)构造标准层和准则层间的比较判断矩阵

根据层次分析法和专家打分法确定预判技术中各因素权重，并根据各因素自身等级划分情况综合计算路段实施客货分离的可能性；

表1判断矩阵

A B1 B2 B3 B4 B1 1 1/7 1/4 2 B2 7 1 3 8 B3 4 1/3 1 5 B4 1/2 1/8 1/5 1

(3)确定指标之间权重方法：

将判断矩阵的n个行向量归一化的算术平均值近似作为权重向量，即：

$w_i=\frac{1}{n}\underset{j=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{a_{ij}}{\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_{kj}},(i=1,2,...,n)$

式中：w_i各因素的权重；a_ij为矩阵第i行第j列数；

表2权重

B₁、B₂、B₃、B₄分别代表LOS、总流量、货车流量、事故率，各指标之间的权重分

别为：

{ω_B1,ω_B2,ω_B3,ω_B4}＝(0.09,0.59,0.27,0.06)

式中ω_B1,ω_B2,ω_B3,ω_B4分别为四种指标的权重；

(4)预判技术各影响因素的权重确定方法及实施客货分离的阈值确定

如表2可知，道路实施客货分离的综合得分计算公式如下：

式中：为道路实施客货分离的综合得分；ω_i为第i项指标的权重；r_ij为第i项指标的第j个等级的得分；

根据式计算得出研究范围内所有道路的总得分，包括现状年和预测年，而在所有道路中能够满足下式的则判断为客货分离待选道路；

式中：为预测年道路总得分，为现状年道路总得分；为实施客货分离道路预判最小阈值，根据各指标的权衡关系，将取值为4；

客货分离道路实施评价方法：利用道路服务水平和道路事故率作为社会效益指标，利用投资回收比(B/C)作为经济效益指标：

(1)道路服务水平

利用VISSIM仿真软件来实现货车专用车道通行能力，并在已获得货车通行能力基础上分析不同货车比例及总流量下适合哪种道路方案；

(2)客货分离道路降低道路交通事故率计算方法

认定物理隔离的客货分离道路能够降低原道路交通事故的50％，而物理隔离的完全分离道路能够降低原交通事故的75％；

(3)客货分离道路经济评级

A.项目投入

首先介绍道路设计方案的费用值，包括两部分：

C＝C_Investment+C_Maintenance

其中，

C_Investment＝c₁+c₂+c₃+c₄

式中：c₁为基本车道建设费用；c₂为路肩建设费用；c₃为隔离设施费用；c₄为匝道建设费用；

B.项目利润

B＝B_Travel+C_Time+B_Crash

式中B_Travel为项目降低运营成本效益；C_Time为项目节约旅客时间效益；B_Crash为项目降低交通事故效益；

C.方案比选方法

以项目产生的效益费用比的大小来判断那种道路方案更加适合实施；公式如下：

${\left(\frac{B}{C}\right)}_S\≥{\left(\frac{B}{C}\right)}_M$

式中：为分离专用道路的效益费用比；为混行道路的效益费用比。

2.如权利要求1所述的客货分离道路实施预判及评价方法，其特征是，利用VISSIM仿真软件来实现货车专用车道通行能力仿真，具体的实现方法如下：

1)基于VISSIM软件的货车专用车道通行能力计算

基本路段通行能力即为单位时间内通过路段的最大流量，根据定义对路段通行能力进行仿真；主要考虑不同地形条件，坡度条件，交通组成及相对比例，车辆速度、加速度分布状况，驾驶员特性，建立基本方针路段，为满足车辆的换道需求，仿真路段选为两条车道；

2)通过路段服务水平对客货分离道路实施的方案比选

以路段饱和度为服务水平中的指标，计算公式如下：

$\mathrm{\δ}=\frac{v}{c}$

δ——为路段饱和度；

v——路段流量；

c——路段通行能力；

客货分离道路分离客车专用车道和货车专用车道，那么其路段饱和度就需要分别的计算；在制定道路方案时，需按照不同车道组合的期望饱和度进行比选，从而选出社会效益较大的道路设计方案。