一种城市多模式交通网络承载能力体系的构建方法与流程

本发明涉及一种城市多模式交通网络承载能力体系的构建方法，属于城市交通规划设计领域。

背景技术：

1、目前，我国大部分城市已经形成了包含道路交通、轨道交通、公共交通及慢行交通的多模式交通网络，城市交通的供给能力显著提升。但是，在此过程中，高密度、高楼层的密集土地开发使得城市人口密度迅速提升，产生大量出行需求。有效分析多模式网络对土地开发诱增需求的承载能力是实现交通供需均衡、促进城市可持续发展的重要途径。但是现有承载能力研究主要面向道路路网，没有考虑城市交通出行的多样性及交通需求在不同模式之间的转换，无法有效表征真实的多模式路网承载能力。同时，现有路网承载能力建模多基于用户均衡或logit型随机用户均衡分配，由于出行者信息有限以及独立同分布假设问题，这些均衡分配模型无法真实表征出行者的路径选择行为，所计算的均衡流量与实际流量间存在显著差异。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种城市多模式交通网络承载能力体系的构建方法，它能够基于城市多模式交通网络构建交通承载力指标体系，更加符合实际情况，表征更加真实。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种城市多模式交通网络承载能力体系的构建方法，方法的步骤中包括：

3、s01：获取城市基础路网数据、公交网络数据、人口分布数据、经济数据、od数据；

4、s02：基于城市基础路网数据、人口分布数据及经济数据划分交通小区；

5、s03：根据城市基础路网数据和公交网络数据，计算区域道路路段容量、公交线路容量及非机动车路段容量；

6、s04：基于计算得到的区域道路路段容量、公交线路容量及非机动车路段容量，结合城市基础路网数据、公交网络数据、od数据，采用mnl模型计算城市交通网络各od对之间出行方式划分比率和采用pcl模型计算均衡态交通网络分方式流量分布；根据得到的出行方式划分比率与分方式流量分布建立双层优化模型，并计算各交通小区的多模式交通网络理论承载能力；

7、s05：根据城市基础路网数据和公交网络数据，计算交通小区的公共交通可达性；计算交通小区的慢性交通可达性；基于步骤s04构建的双层优化模型计算交通小区的路网道路交通拥堵里程比例和公共交通满载率；

8、s06：将s04计算得到的多模式交通网络理论承载能力采用步骤s05计算得到的可达性、拥堵里程比例或公共交通满载率进行修正，通过各模式下的交通网络承载能力相加得到各交通小区综合交通网络承载能力；

9、s07:以步骤s06计算得到的各交通小区综合交通网络承载能力为总体，拟合交通承载能力概率分布函数，构建城市交通承载力指标体系。

10、进一步，在步骤s05中，根据城市基础路网数据和公交网络数据，计算交通小区的公共交通可达性具体为：

11、基于城市基础网络数据及道路等级，判断低等级道路终点与高等级道路起点重合的节点，并标记为关键节点，针对每一个关键节点，判断目标区域，即各交通小区对关键节点的可达性，通过加权计算交通小区道路交通可达指数；基于公交网络数据，考虑距离敏感程度与发车间隔敏感程度，分别计算交通小区周边公共交通站点可达性及周边公共交通线路可达性，通过加权计算交通小区公共交通可达性。

12、进一步，在步骤s05中，根据城市基础路网数据和公交网络数据，计算交通小区的公共交通可达性具体为：

13、s051:计算交通小区道路交通可达指数：

14、s0511：采集研究区域内所有道路节点的经纬度坐标，研究区域即交通小区；经纬度坐标为

15、nj＝(latj,lonj)；

16、n＝{nj}；

17、其中，nj为编号为j的道路节点，latj为道路节点的纬度，lonj为道路节点的经度，n为道路节点构成的城市道路网络节点数据集；

18、s0512：采集研究区域内所有路段的起终道路节点、路段长度、车道数、道路等级、行程速度、绿信比，公式如下：

19、l＝(ns,ne,d,ln,tr,v,λ)；

20、l＝{l|ns∈n,ne∈n}；

21、其中，l为编号为k的路段，ns为路段的起点，ne为路段的终点，d为路段的长度，ln为路段的车道数，tr为路段的道路类型编号，编号随道路等级增加而递减，v为路段的行程速度，λ为路段终端道路节点对应的绿信比，l为路段构成的城市道路网络路段数据集。

22、s0513：识别关键道路节点：

23、判断关键点条件，即低等级道路终点与高等级道路起点重合的节点：如果节点n连接了某一低等级道路和某一高等级道路，使得车辆可以经由节点n从低等级道路进入高等级道路，那么该节点是关键道路节点，判断条件为：

24、

25、其中，n1,e为低等级道路的终点，n2,s为高等级道路的起点，t1,r为低等级道路的道路类型，t2,r为高等级道路的道路类型；

26、s0514：判断目标小区i能否到达节点p：

27、判断特定时间t*内目标小区i出行者能否到达关键道路节点p，判断条件为：

28、

29、其中，δi,p为标识关键道路节点是否为目标点i在一定时间范围内可以获取的关键道路节点，是则为1，否则为0，ti,p为目标点i到达关键点所需的最短行程时间，t*为时间阈值，单位：分钟；

30、s0515：计算目标小区i对节点p的可达指数：

31、目标小区i对节点p的可达指数由下式计算：

32、

33、其中，ai,p为目标点i对某关键道路节点的可达指数，ln为最短行程时间路径经过的所对应的车道数列向量，λ为最短行程时间路径经过的绿信比列向量，a、b、k为参数，a取值为0.6，b取值为7.1，k取值为3.9；

34、s0516：计算目标小区i道路交通可达指数ai道：

35、将目标小区i对关键道路节点p的可达指数进行加权计算小区道路交通可达指数，计算公式如下：

36、

37、其中，ai道为目标点i的道路交通设施可达指数；

38、s052：计算交通小区公共交通可达性：

39、s0521：计算目标小区i周边公共交通站点可达性ai,s：

40、该指标反映小区周边公共交通站点覆盖情况，由小区周边道路站点数量以及相应站点到达小区的距离决定，计算公式如下：

41、

42、其中，dij为小区i到站点j的距离，单位：m；β为距离敏感程度，数值越大对距离越敏感，ni为小区i周边的站点数量，单位：个；

43、s0522：计算目标小区i周边公共交通线路可达性ai,r：

44、该指标反映小区周边公共交通线路服务水平，由经过小区周边站点的公共交通线路数量以及平均发车间隔决定，计算公式如下：

45、

46、其中，δ为发车间隔敏感程度，数值越大对发车间隔越敏感；fr为线路r的平均发车间隔，单位：min；li为经过小区i的线路数，单位：条；

47、s0523：计算目标小区i公共交通可达性ai：

48、计算公式如下：ai＝α1*ai,s+α2*ai,r；

49、其中，α1为ai,s的指标权重，α2为ai,r的指标权重。

50、进一步，在步骤s05中，计算交通小区的慢性交通可达性具体为：

51、基于一定的距离阈值范围内的活动机会种类及其数量，考虑每种活动机会消耗的能量数据，计算慢行交通可达性。

52、进一步，计算交通小区的慢性交通可达性的步骤具体如下：

53、s0531：获取体能阻抗函数f(ep)；

54、根据多个城市提供的交通调查资料建立出行调查数据，建立基于体能消耗量的非机动交通出行圈，体能消耗量包括对应活动机会状态下的理想体能消耗ei和容忍体能消耗et；

55、体能消耗阻抗函数如下：

56、

57、其中，ei为调查到的理想体能消耗，et为调查到的容忍体能消耗，ep为体能消耗；

58、kr为参数，取值为0.4632，f(ep)为体能消耗阻抗函数；

59、s0532：获取活动机会对应的权重ωk；

60、根据改进层次分析方法，以各类出行目的下容忍或接受的出行范围确定权重；

61、s0533：计算慢行交通可达性

62、根据下式计算慢行交通可达性：

63、

64、其中，an为慢行交通可达性，f(ep)为体能消耗阻抗函数；op为机会p；ωk为第k类机会的权重。

65、进一步，在步骤s05中，基于步骤s04构建的双层优化模型计算交通小区的路网道路交通拥堵里程比例和公共交通满载率具体为：基于步骤s04构建的双层优化模型进行高峰小时道路流量交通分配结果，考虑道路拥堵路段长度与拥堵流量计算交通小区的路网道路交通拥堵里程比例；根据公交网络流量分配结果，结合公交断面客流与断面运能计算公共交通满载率。

66、进一步，计算交通小区的路网道路交通拥堵里程比例和公共交通满载率的步骤中含有：

67、s0541：分别统计各等级道路中处于拥堵运行等级的路段里程比例，并以各等级道路车公里数比例作为权重进行加权，确定区域机动车交通与慢行交通路网拥堵里程比例与

68、

69、其中，h为拥堵道路，为小区i路段h的当量小汽车交通量，即慢行交通量；为拥堵道路里程；qi为道路流量；li为道路里程；

70、s0542：计算断面客流与断面运能之比，确定公交满载率ji,f，公交满载率ji,f的计算公式如下：

71、

72、其中，pi,k为公共交通线路k断面客流；ci,k为断面运能。

73、进一步，在步骤s03中，区域道路路段容量cn的计算公式如下：

74、cn＝αhλhcp1∑kμ；

75、式中，μ为路段的车道数，h为公路道路等级，αh为机动车道的道路分类系数，λh为交叉口影响系数，cp1为第一车道实际通行能力，kμ为相应车道的折减系数；

76、和/或公交线路容量cij的计算公式如下：

77、

78、式中，i,j为城市公交网络中线网节点，n为断面公交线路数量，fij为断面高峰小时发车班次，e为给定服务水平条件下车辆额定载客人数；

79、和/或非机动车路段容量cn非的计算公式如下：

80、cn非＝αh非λh非cp；

81、式中，h非为非机动车道等级，αh非为非机动车道道路分类系数，λh非为交叉口影响系数，cp为非机动车道实际通行能力。

82、进一步，步骤s04具体包括：

83、s041：计算城市交通网络各od对之间出行方式划分比率及均衡态交通网络分方式流量分布；

84、其中，od对之间出行方式划分比率的计算公式如下：

85、

86、式中，为模式g、od对w的出行需求，γw为od对w的分散参数，为模式g、od对w的预期感知旅行时间，mw为模式集合，分别为模式g、模式m的外部吸引参数，包含公路、公交、非机动车；其中，

87、的计算公式如下：

88、

89、式中，θm为模式m的分散参数，θm>0，取值越大表示出行者对交通网络信息感知能力越强，为模式m、od对w中路径k的通过成本，为模式m、od对w中路径j的通过成本，为模式m、od对w中可行路径数量，为中间变量，表示为为模式m、od对w路径k与路径j的进行相似度参数，表示为：

90、

91、式中，lkj为路段k与路段j共有路段的长度之和，lk,lj分别为路段k与路段j的长度，ξ为需要估计的参数，一般取值为1；

92、均衡态交通网络分方式流量分布的计算公式如下：

93、

94、式中，

95、

96、

97、l,h表示路段编号，通过计算得到的分方式出行需求量结合路径流量比率计算od对各模式路径流量计算方式为：

98、步骤s042：根据步骤s041计算得到的城市交通网络各od对之间出行方式划分比率及均衡态交通网络分方式流量分布计算多模式交通网络理论承载能力t，多模式交通网络理论承载能力t的计算方式如下：

99、

100、

101、

102、式中，mw为模式集合，为od点wd出行需求，wd为需求增加区域有关的od对，为od对wd最小出行需求，vm,a为模式m、路段a流量，cm,a为模式m、路段a的最大通行能力；求解得到最大出行需求

103、步骤s043：基于步骤s042计算结果更新交通网络全网od出行需求，返回并带入步骤s041，不断循环，直至步骤s042前后两次求解结果小于设定阈值，表示为：

104、

105、式中，表示第n次迭代求解得到的模式m、od对w出行需求，ε为设定的迭代结束判定阈值。

106、进一步，在步骤s06中，交通小区综合交通网络承载能力c的计算模型为：

107、

108、式中，am是方式m的可达性，jm是方式m的拥堵里程比例或满载率，是方式m的网络理论容量。

109、进一步，步骤s07具体为：

110、s071：针对城市研究范围内的每一个交通小区，按照步骤s04至步骤s06分别计算各交通小区的交通承载能力，即综合交通网络承载能力；

111、s072：以所有小区为总体，计算小区交通承载密度，即交通承载能力与小区人口及面积的比值拟合交通承载力概率正态分布函数，按照3σ准则对数据进行分层，构建交通承载力指标体系。

112、采用了上述技术方案后，本发明具有以下的有益效果：

113、1、本发明方法综合考虑了城市交通系统的多模式网络，能从多维度评价城市交通系统对于土地开发所产生的交通需求的承载能力，更加符合实际情况；

114、2、本发明在构建双层模型计算多模式网络理论承载容量时，上层模型为多模式网络承载能力优化模型，下层模型为方式划分与交通分配组合模型，用户出行交通方式选择采用多项式logit模型(multi nominal logit,mnl)，出行路径选择采用配对组合logit模型(paired combinatorial logit,pcl)，弥补了均衡分配模型无法真实表征出行者的路径选择行为的缺点；

115、3、本发明从概率统计的角度对城市交通承载能力进行分层，构建指标体系；该方法能够适用不同城市的具体情况，更加具有迁移性。