本发明涉及道路拥堵预测技术领域，特别涉及一种根据规划路网预测平均出行距离和易拥堵路段的方法。
背景技术：
随着私人小汽车的广泛使用，道路拥堵问题一直是困扰国内外城市建设的重要问题。目前该问题尚未有完美的解决方案，现有的解决道路拥堵问题的常用方法主要包含以下几种方式：
1.改善交通工具，如建造地铁、轻轨等；
2.改善道路条件，如加宽道路增加车道数、修建立体交通等；
3.加强交通管理，如国内一些城市中实行的限号通行或限时通行，合理设置交通信号灯等；
4.其他交通辅助工具使用，如gps道路系统实时导航、etc的使用等。
这些方式都能够一定程度的解决道路交通拥堵问题，但是都没有关注到产生道路拥堵的根本原因，即道路布置不合理。
实际上，道路布置对城市交通的影响非常显著。常见的道路布局模式有方格网状布局、圆形放射性布局等，各种不同道路布局模式对交通的影响均有一些定性的评价，并且根据道路网密度或人均道路面积等指标对道路交通性能进行评价。但是这种评价并不能定量的反映哪些道路容易产生拥堵。
缩略语和关键术语定义
交通量：单位统计时间内的交通出行数量，可细分为机动车交通量、人流量、非机动车交通量等；
交通吸量：单位统计时间内到达某交通区的交通出行数量；
交通发量：单位统计时间内从某交通区出发的交通出行数量；
平均出行距离：单位统计时间内交通出行总距离/交通量；
道路单元：由道路网划分出来的路段，用于计算平均出行距离。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种根据规划路网预测平均出行距离和易拥堵路段的方法，解决了现有技术中存在的缺陷。
为了实现以上发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种根据规划路网预测平均出行距离和易拥堵路段的方法，包括以下步骤：
步骤1：规划路网和完成土地利用规划。
步骤2：将规划土地按照需要的交通量预测精度划分为小地块。根据土地利用规划，按照每个小地块的面积和不同类型用地的交通量指标预测每个小地块上的交通发量和交通吸量。
q发或吸＝s×p发或吸
q发或吸——交通发量或交通吸量；
s——地块面积；
p发或吸——地块交通发量指标或地块交通吸量指标。
步骤3：将地块上的交通发量或交通吸量分配至各条道路上，分配为将地块上的交通量均匀分配到周边道路上，或者分配到最近的道路上。需要注意的是交通量分配过程中，不能与规划道路的交通类型不同。
步骤4；划分道路单元并标出道路单元节点。
步骤5：各单元间平均出行距离计算并在单元间道路网上分配交通量占比。根据出行路径，计算出平均出行距离。路径选择方式包括最短路线、最短出行时间和最优路线。
步骤6：整个路网平均出行距离计算，采用如下公式
la——整个路网平均出行距离；
fi——i单元交通发量在整个路网交通发量的比率；
fj′——j单元的交通吸量占整个路网交通吸量的比率；
步骤7：路网各路段单元上交通量和交通量比例预测，采用如下公式
qk——k道路上的交通量；
qij——从i单元出发到j单元的交通量；
pijk——从i单元出发到j单元的交通量中路线通过k道路的比率；
fk——k道路上交通量占总交通量比率；
q——道路网总交通量。
步骤8：对规划路网进行评价，如预测出的平均出行距离过长或者某些路段交通量过大，则应调整路网布置。
进一步地，所述步骤5中，平均出行距离计算步骤如下：
a.分别将交通出行发端或吸端单元内交通量分配至道路单元对应的两节点并写出节点上分配交通量占单元内总出行单元交通量的比例。
b.将交通出行发端两节点分别到交通出行吸端两节点的路线进行选择，并计算出各节点间路线长度。
c.两单元间交通量平均出行距离计算，并在选择路线上标出两单元间交通量的分配比例。其中平均出行距离为
lij——从i单元出发到j单元的交通量平均出行距离；
pia，pib——i单元交通量分配到a节点和b节点的比率；
p′jc，p′jd——j单元的交通量分配到c节点和d节点的比率；
lac，lad，lbc，lbd——两节点间路线长度；
pia(x)，pia(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过a节点和b节点的交通量分布函数；
pjc(x)，pjd(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过c节点和d节点的交通量分布函数；
lia(x),lib(x)——i单元上各位置分别到a节点和b节点的距离函数；
ljc(x)，ljd(x)——j单元上各位置分别到c节点和d节点的距离函数；
以上符号中下标中的i和j为道路单元号，a，b，c，d为节点号。
进一步地，所述步骤5中，道路选择步骤如下:
a.两单元各节点间道路选择；
b.单元间两节点中间选择路线上各段道路交通量占单元间总交通量的比率pij计算
pia＝∫pia(x)dx，p′jc＝∫pjc(x)dx，pij＝piap′jc
pia(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过a节点的交通量分布函数；
pjc(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过c节点的交通量分布函数；
pij——经过a节点和c节点的所有交通量占单元间总交通量的比率。
从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过a节点和b节点的交通量比率pia和pib之间关系pia pib＝1。
从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过c节点和d节点的交通量比率p′jc和p′jd之间关系p′jc p′jd＝1。
作为优选，步骤6：整个路网平均出行距离计算，采用如下公式
la＝fijlij
fij——从i单元出发到j单元的交通量在整个路网交通总量的比率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
可以在道路规划阶段，根据规划路网和土地利用规划预测平均出行距离和各道路上的交通量。而且可以根据城市发展不同阶段时的路网和交通量的变化预测出城市发展各阶段时的平均出行距离变换和各阶段时容易发生交通拥堵的路段。定量的反映哪些道路是否容易产生拥堵。
附图说明
图1是本发明实施例预测方法流程图；
图2是本发明实施例简单的路网模型示意图；
图3是本发明实施例连接方式坐标及单元节点示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图并列举实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种根据规划路网预测平均出行距离和易拥堵路段的方法，包括以下步骤：
步骤1：规划路网和完成土地利用规划。
步骤2：将规划土地按照需要的交通量预测精度划分为小地块。根据土地利用规划，按照每个小地块的面积和不同类型用地的交通量指标预测每个小地块上的交通发量和交通吸量。
q发或吸＝s×p发或吸
q发或吸——交通发量或吸量；
s——地块面积；
p发或吸——地块交通发量或吸量指标。
步骤3：将地块上的交通发量或吸量分配至各条道路上，可采用均匀分配或就近分配等方式。
步骤4；划分道路单元并标出道路单元节点。
步骤5：各单元间平均出行距离计算并在单元间道路网上分配交通量占比。根据出行道路选择方式不同，平均出行距离计算会有差异。如采用最常用的最短路线选择方式进行计算，可采用如下处理过程：
a.分别将交通出行发端或吸端单元内交通量分配至道路单元对应的两节点并写出节点上分配交通量占单元内总出行单元交通量的比例。
b.将交通出行发端两节点分别到交通出行吸端两节点的路线进行选择，并计算出各节点间路线长度。
c.两单元间交通量平均出行距离计算，并在选择路线上标出两单元间交通量的分配比例。其中平均出行距离为
lij——从i单元出发到j单元的交通量平均出行距离；
pia，pib——i单元交通量分配到a节点和b节点的比率；
p′jc，p′jd——j单元的交通量分配到c节点和d节点的比率；
lac，lad，lbc，lbd——两节点间路线长度；
pia(x)，pia(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过a节点和b节点的交通量分布函数；
pjc(x)，pjd(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过c节点和d节点的交通量分布函数；
lia(x),lib(x)——i单元上各位置分别到a节点和b节点的距离函数；
ljc(x)，ljd(x)——j单元上各位置分别到c节点和d节点的距离函数；
以上符号中下标中的i和j为道路单元号，a，b，c，d为节点号。
步骤6：整个路网平均出行距离计算
la——整个路网平均出行距离；
fi——i单元交通发量在整个路网交通发量的比率；
f′j——j单元的交通吸量占整个路网交通吸量的比率；
或者采用公式
la＝fijlij
fij——从i单元出发到j单元的交通量在整个路网交通总量的比率。
步骤7：路网各路段单元上交通量和交通量比例预测
qk——k道路上的交通量；
qij——从i单元出发到j单元的交通量；
pijk——从i单元出发到j单元的交通量中路线通过k道路的比率；
fk——k道路上交通量占总交通量比率；
q——道路网总交通量。
步骤8：对规划路网进行评价。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
步骤4中，对于火车站、机场等交通量巨大同时出行位置集中的单位或交通设施建立单节点单元，步骤5中不需要进行交通量向节点分配的过程，单节点直接分配该单元全部交通量，然后进行单元间出行距离计算。其他步骤中的计算不变。
步骤5中，为计算简便，可以列出常见情况下的单元间平均出行距离计算表和交通量分配表，跳过步骤5中列出的计算过程，通过查表直接计算单元间平均出行距离和进行交通量分配。例如表1就是其中一种道路情况下的单元间平均出行距离和交通量分配比率。
表1交通量沿道路均匀分布时平均出行距离和交通量分配例表
实施例1
如图2所示，道路a和b，为城市交通量发生的主要道路，为了方便对方法的理解，这里我们将问题简化为a、b道路平行且等长。现要在道路a、b之间规划连接道路，其规划道路位置如图2所示分别为a、b道路的最上端、最下端和中间，并分别用字母c、d、e来表示这三条道路。同样为简化问题，所有规划道路在本例中均不考虑如工程地质条件、工程造价等其他技术指标，均默认为直线型道路，这三条道路均假设为直线连接。假设街道a、b的长度为l1，连接道路c、d、e的长度为l2，整个道路网占地面积为l1l2。单位时间内a和b道路交通吸量和发量相等且都均匀分布。其余连接道路均没有交通吸量和交通发量产生。针对该模型我们可以从3个指标进行对比分析，分别为道路网密度、单位时间内的平均出行距离以及单位时间内各条道路的交通量。
道路网密度
道路网密度是一个常用的交通规划指标，根据其定义有
式中d代表道路网密度，分子∑li表示各路段长度的和，分母s表示占地面积。
单位时间内平均出行距离
首先进行单元划分，若仅规划连接道路c时，所有道路单元均采用线单元，每个道路单元间由节点连接，其编号如图3所示。
接下来我们进行人均出行距离计算。现根据交通出行起止的单元是否相同，我们可以将交通出行分为单元间交通出行和单元内交通出行。其中单元间交通出行是指交通出行的起止不在同一单元内，如从单元①到单元③的交通。而单元内的交通出行是指交通出行的起止均在同一单元内，如从单元①到单元①的交通。这里我们先分析单元间人均出行距离的计算。以单元①到单元③的交通为例。由于单元①有两个节点1和2，跨单元交通中所有交通出行线路全部都终止于单元①外。而离开单元①的所有出行线路都必须经过节点1或节点2(图3模型中路线只通过节点2)。需根据距离等效方法将单元①交通出行数量全部分配到节点1和2上。在本模型中路线比较简单只需采用公式(2)则可计算得到分配到节点1上的交通量占单元①到单元③的交通总量的比例
上式中p1(y)为单元①上的路线经过1节点的交通量分布函数，在图3模型中p1(y)＝0。这样分配到节点2上的交通量占单元①到单元③的交通总量的比例也可以计算出为
p2＝1-p1＝1#(3)
对于单元③，我们采用相似的方法，交通量分配到节点3和4上面。此时分配到两个节点上交通量占单元①到单元③的交通总量的比例为分别为
p′3＝1，p′4＝0#(4)
由此可计算出单元①到单元③的人均出行距离为
式中l13为单元①到单元③人均出行距离。lij为第i节点到第j节点的路线长度，该路线距离可根据路线选择方式不同改变，通常情况下选择最短路线。p2(y)为单元①中线路经过节点2的交通量分布函数，p3(y)为单元③中路线经过节点3的交通量分布函数，图3模型中
人均出行距离计算的第三步为单元内交通距离计算。这里我们以单元①内部的交通进行说明。这里我们可以将单元①划分为许多小单元，当每个单元长度足够小时，所有的单元内交通出行数量变为高阶小量，可忽略掉。此时，所有的交通出行都将变为单元间交通出行。或者我们也可以采用数学归纳法证明并计算得到该单元内的平均出行距离为
同理也可以得到
完成上述步骤后，整个路网的平均出行距离可以按照下式进行计算：
式中：fi为i单元交通发量在整个路网交通发量的比例，fj′为j单元的交通吸量占整个路网交通吸量的比例。若各单元间交通出行分布没有特别明显的规律性也可采用如下公式：
la＝fijlij#(8)
其中的fij表示从i单元到j单元的交通出行量在整个路网出行总量的比例。
单位时间内各条道路的交通量
采用一定的交通分配方法，将有限元法中各单元间的交通量根据特定的路径分配到交通流经过的各单元上，再将各单元中分配得到的交通量进行求和，即单位时间内每条街道上的交通总量。
计算模型结果比较
现要对规划的连接道路c、d、e进行选择。如表2所示，我们对比7种不同连接方式的三个指标会发现一些有趣现象。从表中我们可以看到道路网密度较大时，平均出行距离较小，连接道路的最大交通量降低，能够有效缓解交通压力。但是，道路密度与平均出行距离以及连接道路最大交通量有必然联系。在相同道路网密度情况下，道路网布置不同会对平均出行距离和连接道路的最大交通量产生影响，如表中的连接方式4-6。而单一的关注平均出行距离也是不合适的，由表中的连接方式2和连接方式6对比可以发现6的平均出行距离较2小，但是由于路网密度低，2项中连接道路的交通量远高于6项中道路交通量。而城市干路网布局合理时，我们应该能够有效降低城市居民无意义的出行距离并避免个别道路上的交通量过大造成局部道路拥堵。同时，通过对比表中的数值，我们可以发现通过借用本说明书中方法，有效的对城市干路网的特性进行预测。通常在城市道路网的规划中，城市道路网密度这个指标被广泛用于评价城市道路网的交通特性，但是基于本说明书中方法我们还可以在此基础上根据需要对城市不同发展阶段的居民平均出行距离或者某条道路的交通量情况进行预测，以辅助评价城市道路交通网的规划情况。
表2简单的路网模型结果对比表
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的实施方法，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
1.一种根据规划路网预测平均出行距离和易拥堵路段的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：规划路网和完成土地利用规划；
步骤2：将规划土地按照需要的交通量预测精度划分为小地块；根据土地利用规划，按照每个小地块的面积和不同类型用地的交通量指标预测每个小地块上的交通发量和交通吸量；
q发或吸＝s×p发或吸
q发或吸——交通发量或交通吸量；
s——地块面积；
p发或吸——地块交通发量指标或地块交通吸量指标；
步骤3：将地块上的交通发量或交通吸量分配至各条道路上，分配为将地块上的交通量均匀分配到周边道路上，或者分配到最近的道路上；需要注意的是交通量分配过程中，不能与规划道路的交通类型不同；
步骤4；划分道路单元并标出道路单元节点；
步骤5：各单元间平均出行距离计算并在单元间道路网上分配交通量占比；根据出行路径，计算出平均出行距离。路径选择方式包括最短路线、最短出行时间和最优路线。
步骤6：整个路网平均出行距离计算，采用如下公式
la——整个路网平均出行距离；
fi——i单元交通发量在整个路网交通发量的比率；
f′j——j单元的交通吸量占整个路网交通吸量的比率；
步骤7：路网各路段单元上交通量和交通量比例预测，采用如下公式
qk＝∑qijpijk，
qk——k道路上的交通量；
qij——从i单元出发到j单元的交通量；
pijk——从i单元出发到j单元的交通量中路线通过k道路的比率；
fk——k道路上交通量占总交通量比率；
q——道路网总交通量；
步骤8：对规划路网进行评价，若预测出的平均出行距离过长或者某些路段交通量过大，则应调整路网布置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，平均出行距离计算步骤如下：
a.分别将交通出行发端或吸端单元内交通量分配至道路单元对应的两节点并写出节点上分配交通量占单元内总出行单元交通量的比例。
b.将交通出行发端两节点分别到交通出行吸端两节点的路线进行选择，并计算出各节点间路线长度；
c.两单元间交通量平均出行距离计算，并在选择路线上标出两单元间交通量的分配比例；其中平均出行距离为
lij——从i单元出发到j单元的交通量平均出行距离；
pia，pib——i单元交通量分配到a节点和b节点的比率；
p′jc，p′jd——j单元的交通量分配到c节点和d节点的比率；
lac，lad，lbc，lbd——两节点间路线长度；
pia(x)，pia(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过a节点和b节点的交通量分布函数；
pjc(x)，pjd(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线分别经过c节点和d节点的交通量分布函数；
lia(x),lib(x)——i单元上各位置分别到a节点和b节点的距离函数；
ljc(x)，ljd(x)——j单元上各位置分别到c节点和d节点的距离函数；
以上符号中下标中的i和j为道路单元号，a，b，c，d为节点号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤5中，道路选择步骤如下:
a.两单元各节点间道路选择；
b.单元间两节点中间选择路线上各段道路交通量占单元间总交通量的比率pij计算
pia＝∫pia(x)dx，p′jc＝∫pjc(x)dx，pij＝piap′jc
pia(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过a节点的交通量分布函数；
pjc(x)——从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过c节点的交通量分布函数；
pij——经过a节点和c节点的所有交通量占单元间总交通量的比率；
从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过a节点和b节点的交通量比率pia和pib之间关系pia pib＝1；
从i单元出发到j单元的交通量中，路线经过c节点和d节点的交通量比率p′jc和p′jd之间关系p′jc p′jd＝1；
作为优选，步骤6：整个路网平均出行距离计算，采用如下公式
la＝fijlij
fij——从i单元出发到j单元的交通量在整个路网交通总量的比率。
技术总结