地方公路网交通适应性评价方法研究

摘要 为进一步提升地方公路网的合理布局并提升通行效率，文章研究设计了地方公路网交通适应性综合评价方法。通过提取地方公路网络分形特征，统一公路网交通运输的线路布局，客、货输送功能和划分公路网设置层次，以更加准确地评价地方公路网络的交通适应性表征。采用计算地方公路网交通适应性评价指数，根据地方公路网的连通度、适应度以及匹配度等评价指标，建立交通适应性评价体系，以适应性评价指数评估地方公路网对区域交通合理布局，满足地方公路网的规划建设要求。最后，开展实验对比分析，验证了该方法的评价效果更好，能够更好地提升地方公路网络的建设布局。

关键词 地方公路；交通网；分形特征；适应性；评价方法

中图分类号 U491.13文献标识码 A文章编号 2096-8949（2024）02-0171-03

0 引言

地方公路网的建设，需要大量的资金和人力资源投入，科学评估公路网的交通适应性，能够了解公路网的运行状况，对地方公路网的规划设计、建设运维都具有重要作用。随着我国区域经济发展一体化推进步伐的加快，地方公路网的交通压力逐渐增大，许多地方性公路普遍存在通行拥堵以及交通事故率较高等问题，影响了地方公路的正常运行。针对此类问题，研究人员设计了多种评价方法，其中，基于高铁与地铁安检互认的地方公路网交通适应性评价方法，以及基于组合赋权——云模型的地方公路网交通适应性评价方法的应用较为广泛。

基于高铁与地铁安检互认的地方公路网交通适应性评价方法，主要是以社会力微观模型为基础，MassMotion分析软件为前提，分析公路网的交通通行状态[1]。通过模拟公路网车辆的速度比、通行时间、平均密度指标，评价公路网的交通适应性，从而确保地方公路的有效运行。基于组合赋权——云模型的地方公路网交通适应性评价方法，主要是利用组合赋权对每个地方公路网交通适应性评价指标进行加权平均，并将适应性划分成多个等级，确定各个等级的区间运行范围[2]。结合云模型的逆向推导理论，确定各个评价指标的隶属度，提高了该方法的评价准确性。以上两种方法虽然能够评价综合交通的适应性，但由于受到的限制条件比较多，无法全面地评价地方公路网，降低了公路网规划布局的适应性[3]。因此，该文设计了一种新型地方公路网交通适应性评价方法。

1 地方公路网交通适应性评价方法设计

1.1 提取地方公路网络分形特征

分形特征能够描述公路网的形态与结构，能够提升交通适应性评价的全面性。公路网具有多个层次，统一公路网交通运输的线路与客、货运输功能，分维数划分公路网层次，更加准确地评价公路网交通适应性表征[4]。交通线路与交通网络是微观、宏观两个不同层次的事件，二者之间需要一种特征来刻画其中的过渡特征，该文将分形特征作为过渡特征，确保公路网交通适应性评价准确性。分形特征尽量只用一个参数，使公路线路与公路网的性能参数能够自动统一[5]。将公路网划分成网格，网格边长为r，r覆盖的区域就是适应性评价区域。公路网线路通过的网格数据为N（r），则r覆盖的区域分形特征表示为：

（1）

式中，D（r）——r覆盖的区域分形特征向量。D（r）能够反映公路网的覆盖形态，在一个边长为R的网格中通行时，根据D（r）的值，重新划分网格，使其形成新的覆盖公路网格[6]。此时D（r）越大，公路网的覆盖形态越好，交通通行的适应性越高。1＜D（r）＜2时，D（r）越趋近于2，地方公路网的规划分布越均衡，交通通行越畅通。在规划设计地方公路线形走向和直、曲线形过程中，既要充分考虑公路建设区域的地理位置和地质环境等因素，也要按照“平包竖”的规划设计原则，保证地方公路线路建设布局的连续性和均匀性。一般来讲，地方公路规划设计直线极限值参考如表1所示。

1.2 计算公路网交通适应性评价指数

地方体系与公路交通系统共同构成了一个开放的网络系统，地方是公路网上的节点，公路是地方城镇之间联系的桥梁。将地方公路网络分形特征考虑在内并结合地方公路网的连通度、适应度、匹配度等评价指标，建立交通适应性评价体系[7]。适应性评价指数能够反映公路网对交通的适应性，从而满足公路网建设需求。公路网交通适应性包括公路规模结构、公路布局形态、公路等级配置等，結合综合性评价原则、独立性评价原则、可操作性评价原则、可比性评价原则，建立公路网交通适应性评价体系，如图1所示。

由图1可知，在选取指标的过程中要立足于地方公路网规划实际，将地方公路网连通度指标、公路网布局适应度指标、公路网等级与地方规模匹配度指标、公路网与地方体系分维匹配度指标、公路网与地方经济发展协调度指标作为评价指标，评价公路网的交通适应性[8]。地方公路网连通度指标C的计算公式表达为：

C=∑VijLi/∑CiLi （2）

式中，Vij——公路网中第i条线路的第j次通行能力；Li——公路网第i条线路的长度；Ci——第i条线路的分配交通量。公路网布局适应度指标ρ的计算公式表达为：

（3）

式中，Ti——公路网到达节点i的最短时间；n——公路网中交通节点数量。公路网等级与地方规模匹配度指标的计算公式表达如下：

（4）

式中，δ——公路网等级与地方规模匹配度指标。由此计算出公路网交通适应性评价指数，公式表达如下：

（5）

式中，P——公路网交通适应性评价指数；Q——公路网交通周转容量；φ——公路网与地方体系分维匹配度指标；η——公路网与地方经济发展协调度指标；、、、、——导数。以上述公路网交通适应性评价指数简单网络的算式为例，对基于网络效率的地方公路网布局适应度指标进行合理性分析，假设其所有路径上的出行成本函数相同，则都需要采用BPR函数形式进行评价，表明适应性评价指数能够反映公路网对交通的适应性，从而能够满足公路网建设需求。

2 实例论证分析

2.1 县域公路概况

为了验证该文设计的方法是否满足地方公路网交通适应性评价需求，以山东省桓台县的公路网规划设计为例，对上述方法进行了实例分析。桓台县隶属于山东省淄博市，位于鲁中山区和鲁北平原的结合地带，地处山东省中部偏北、淄博市北部，全县总面积509 km2。截至目前，桓台县的通车里程达1 309.8 km，公路等级分别为高速、一級、二级、三级、四级，已拓展出一条“两环九纵九横”战略通道，构筑起“大框架、大循环、大互通”的路网架构，实现了县城15 min上高速、15 min到市区、乡镇15 min到县城的“315”生活圈，全力展现着桓台交通建设的“加速度”，全县共计完成路网提档升级129.7 km，养护大中修363.8 km。近年来，桓台县互通大动脉、畅通微循环，一砖一石勾勒出四通八达的出行方式和立体交错的交通网络格局，由县道、乡道、专用公路等线路组成了完善的公路网，桓台县公路网如图2所示。

由图2可知，桓台县地方公路网存在乡道公路、村道公路，以市域界线、镇街界线、海域界线为隔断，将各个村、镇、县分隔开。由于县属各个乡、镇发展的不均衡，需要对县域公路网开展综合规划评价，利用交通适应性评价指标，评价公路网的交通适应性，改善适应性低的道路，从而确保桓台县的公路网更加适应当地经济社会发展的需求。

2.2 应用结果分析

在上述条件下，该文随机选取出县道、乡道、村道、专用公路、环线公路、旅游公路、工业园区道路、城市快速路、桥梁、隧道等交通线路，将公路网连通度指标、布局适应度指标、规模匹配度指标、分维匹配度指标、发展协调度指标作为交通适应性评价指标。通过分析不同公路网的综合性评价指标权重与适应性评价指数，从而确定该文设计的地方公路网交通适应性评价方法是否具有适用性。应用结果如表2所示。

如表2所示，#0为连接县城与乡镇的公路；#1为连接乡镇与村庄之间的公路；#2为连接村庄与村庄之间的公路；#3为专用公路；#4为环线公路；#5为旅游公路；#6为工业园区道路；#7为连接城市主要功能区之间的公路；#8为连接两岸的公路；#9为跨越障碍物的公路。C为地方公路网连通度指标；ρ为地方公路网布局适应度指标；δ为地方公路网等级与地方规模匹配度指标；φ为地方公路网与地方体系分布匹配度指标；η为公路网与地方经济发展协调度指标。

在其他条件均已知的情况下，使用该文设计的地方公路网交通适应性评价方法之后，C在0.09～0.35的范围内变化；ρ在0.09～0.30的范围内变化；δ在0.15～0.31的范围内变化；φ在0.09～0.27的范围内变化；η在0.01～0.31的范围内变化。综合性评价指标权重=C+ρ+δ+φ+η，综合评价指标权重越趋近于1，交通适应性评价的准确性越高。适应性评价指标在0.96～1.00的范围内变化，而且随着综合性评价指标权重而变化，能够辅助综合性评价指标权重，判断地方公路网交通适应性评价的准确性。综合性评价指标权重与适应性评价指数越接近，交通适应性评价的准确性越高。由表中可知，#0～#9共10处地方公路网线路，综合性评价指标权重与适应性评价指数相近，并且均高于0.95，可以满足交通适应性评价需求，符合该文研究目的。

3 结束语

地方公路网在规划建设过程中，由于会受到地方经济社会发展的总体形势等客观条件的制约，会导致区域交通整体规划布局的适应性较低等问题。交通适应性评价是对公路网在交通运行过程中的性能和特点进行评估，能够确定公路网是否可以应对交通压力和需求，对于地方公路发展具有重要作用。因此，该文设计了地方公路网交通适应性评价方法。从公路网分形特征、适应性评价指数等方面，评价公路网的交通运行情况，为缓解交通压力提供数据理论支撑。

参考文献

[1]贾涛， 王显璞. 基于高铁与地铁安检互认的交通适应性评价——以兰州西站仿真分析为例[J]. 建筑技艺， 2021（12）： 106-109.

[2]纪柯柯， 陈坚， 吴改选， 等. 基于组合赋权——云模型的高速公路路网交通适应性评价[J]. 公路， 2021（3）： 193-200.

[3]师皓容， 杜孟鸿， 郭文炯. 基于高速公路网的区域经济联系强度分析——以山西省为例[J]. 内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版）， 2023（4）： 367-373.

[4]黄一帆， 路敖青. 基于旅游资源节点的旅游公路网布局方法研究——以桂林市旅游公路为例[J]. 运输经理世界， 2023（20）： 172-174.

[5]刘庆玲， 胥效文， 关京京. 低速瓶颈下高速公路网联无人驾驶车辆主动避碰运动生态速度优化[J]. 中国公路学报， 2023（5）： 210-219.

[6]王琦， 刘子刚， 鲍亚强， 等. 黑龙江省洪河国家级自然保护区及其周边区域公路网对湿地的影响[J]. 湿地科学， 2022（5）： 646-654.

[7]吕明， 丁文龙， 李赤谋， 等. 面向长途客运公交化服务的高速公路网路径选择优化模型[J]. 科学技术与工程， 2022（31）： 13995-14001.

[8]阮冬燕， 周晶. 高速公路网建设对中国农机跨区服务市场发育的影响——基于17个稻麦主产省份面板数据的实证[J]. 中国农业大学学报， 2022（9）： 248-260.

收稿日期：2023-11-20

作者简介：时华强（1967—），男，本科，工程师，研究方向：交通工程。