基于动态综合评价方法的高速公路改扩建 交通分流方案评价

，霍东芳2*项目资金：黄土地区高速公路改扩建施工交通组织与安全保障技术研究作者简介：代冬霞（1985-），女，在读硕士研究生，主要研究交通规划、交通安全、交通组织、智能交通等.E-mail:[e-mail]（1.长安大学公路学院，西安710064；2.天津市军事交通学院，天津300161）摘要：以连霍高速公路潼关—西安—宝鸡段为研究对象，依据评价原则，对高速公路施工期交通组织服务水平、经济效益等指标体系进行分析筛选，建立评价指标体系。依据国内已有的对于高速公路研究成果中确定的服务水平指标阈限值，确定各指标的评价标准。最后，运用动态综合评价方法对高速公路施工路段交通组织方案进行评价，得出高速公路改扩建交通分流方案评价函数的阈限值，从而选出最合理的规划方案，保障高速公路施工期间不中断交通，保障安全通行，保障周边路网正常有序。关键词：高速公路改扩建；动态综合评价；交通分流中图分类号：U4EvaluationonTrafficDiversionProgramofHighwayReconstructionbasedonDynamicComprehensiveEvaluationMethodDaiDongxia1,HuoDongfang2(1.SchoolofHighway,Chang’anUniversity,xi'an710064;2.MilitarycommunicationUniversity,Tianjin300161)Abstract:Inthepaper,Tongguan-Xi'an-BaojisectionofG30istheresearchobject.Basedonevaluationprinciples,wewillanalysisandscreenindicatorsystemsuchasservicelevel,cost-effectivenessfortrafficorganizationintheconstructionperiodoftheexpressway,andthenestablishevaluationindexsystem.AccordingasthethresholdlimitvalueofserviceindicatorswhichidentifiedintheexistingresearchresultsforthehighwayinChina,educetheevaluationcriteriaofeveryindicator.Finally,makeuseofdynamiccomprehensiveevaluationmethodtoevaluatethetrafficorganizationprogramintheexpresswayconstructionsection,acquirethethresholdlimitsoftheevaluationfunctionofhighwayreconstructiontrafficdiversionprogram,selectthemostreasonableplanningschemetoprotectthehighwaywithoutdisruptingtrafficduringconstruction,toensuresafepassage,toprotectthesurroundingroadnetworknormallyandorderly.Keywords:highwayreconstruction;dynamiccomprehensiveevaluation;trafficdiversion0引言高速公路改扩建工程是指在原有高速公路的基础上，提高道路的等级和抵抗荷载强度而进行的改扩建工程。目前国外对高速公路改扩建研究相对成熟。早在1985年Rauphail等人就对高速公路施工区车流速度特性进行了分析研究[1]。美国的MUTCD(ManualonUniformTrafficControlDevicesforstreetsandhighways,2003Ed)和HCM（HighwayCapacityManual）则分别对道路施工区的交通组织和通行能力进行了集成研究[2,3]。虽然国内对高速公路的研究起步较晚，但是也有一定程度的进展。沈大高速公路用3年时间完成了双向四车道改为双中国科技论文在线向八车道的改扩建工程；广佛、佛开[4]、沪宁高速公路也先后进行了改扩建工程，对改扩建期间的交通组织分流方案进行了分析。因此，对高速公路改扩建期间的交通组织进行评价具有重要的意义。本文按照系统性、科学性、实用性和相对独立性原则来确定高速公路改扩建期间交通组织设计方案评价指标体系的相关指标。1建立评价指标体系高速公路施工路段的交通组织方案的优越性主要表现在可以为车辆提供迅速、舒适、方便、经济、安全等方面的实际效果，即体现在施工路段所能提供的服务水平上。改扩建的效果评价是通过施工期的通行能力分析，对施工交通组织可能达到的效果进行预测。主要内容包括：服务水平分析与评价、负经济效益评价。（1）服务水平分析与评价[5]。通过对改扩建道路及分流道路正常交通量和分流后交通量的预测，对其服务水平进行分析评价，一般应保证改扩建项目在施工期间的服务水平达到3级以上。其具体的评价指标有道路通行能力、交通密度、平均车速、路网里程拥挤率、路段平均饱和度、路段车辆排队长度等。（2）负经济效益评价。改扩建工程致使项目原有交通量因受到施工影响而向其他道路转移，同时也因为车辆的限速行驶而降低运输效率，由此产生运输经济效益的损失即为负经济效益。改扩建施工期所产生的负经济效益可采用定性和定量分析相结合的方式进行，主要包括：因绕行其他道路增加运输里程、造成分流道路交通拥挤、车速降低造成在途时间浪费、交通安全事故增加、其他道路养护费用增加、高速公路通行费收入减少等负经济效益的分析。通过对以上分析，以及综合考虑各个指标，经过比较筛选，最后得到高速公路改扩建施工期交通组织评价指标体系[6]如图1所示。图1高速公路改扩建施工交通组织评价指标体系Fig.1TrafficOrganizationevaluationindexsystemofHighwayReconstruction2确定评价标准本论文主要依据国内外已有的对于高速公路研究成果中确定的基本路段服务水平指标阈限值，确定各指标的评价标准。本论文所采用的高速公路服务水平分级由国家“九五”重点科技攻关项目组提出，并参考文献给出限速为80km/h的高速公路施工路段交通组织方案[7]。表1限速为80km/h的高速公路交通组织方案各指标的评价标准表Tab.1Speedlimitof80km/hhighwaytrafficorganizationprogramevaluationcriteriaofeachindextable等级优良一般较差差饱和度范围0.35[0.35,0.75][0.75,0.90][0.90,1]1车速（km/h）78[78,67][67,62][62,50]50密度范围（pcu/km/ln）8[8,18][18,26][26,42]42延误范围2[2,3][3,4][4,5]5里程拥挤率范围0.2[0.2,0.4][0.4,0.6][0.6,0.8][0.8,1.0]通行费用减少率范围0.2[0.2,0.4][0.4,0.6][0.6,0.8][0.8,1.0]3动态综合评价方法施工路段交通组织方案的动态综合评价[8]步骤主要包括：指标数据获得、指标数据预处理、计算综合评价函数值，进而判断所属的状态分类。具体步骤见图2所示。获得评价时段的相关评价指标数据逆指标处理：x’=1/x无量纲化处理评价指标预处理计算综合评价函数值将所得的综合评价函数值与理论值相比较得到施工期运行状况的状态分类结果计算综合评价函数值，得到分类评价结果图2高速公路改扩建施工交通组织方案的动态综合评价步骤Fig.2DynamiccomprehensiveevaluationstepsofrenovationandexpansionhighwaytrafficOrganizationprogram3.1评价指标预处理（1）逆指标的处理在多指标综合评价前需要对指标进行一致化处理，将逆指标转换成正指标。逆指标x（其n个样本值为1x、2x、…、nx）一般采用倒数形式转换成正指标，用'ix表示ix转换后的正指标，则'1iixx=。（2）评价指标的标准化多指标综合评价的评价指标通常是异量纲的，而且数值也相差悬殊，直接将这些指标进行加权平均是不合适的，也无实际意义，为比较综合评价指标y的大小带来了不便。在统计学中对多组不同量纲的数据进行比较，可以先将它们通过数学变换来消除原始指标单位的影响。常用的方法有“标准化法”、“极值法”等。本文采用极值法，处理方法如下：中国科技论文在线如果令{}{}max,minjijjijiiMxmx==，则：*ijjijjjxmxMm−=−是无量纲的，且[]*0,1ijx∈。3.2计算综合评价函数值（1）基本原理当极大型指标()1,2,jxj=…,m的取值接近于1时，系统的运行状况可认为是整体协调的，它的整体效益高；当()1,2,jxj=…,m得取值接近于0时，系统的运行状况虽然相对整体协调，但其整体效益偏低；当某个或某几个指标的取值都比较大（比如很接近于1），而其他指标的取值都很小（都接近于0），认为系统的运行状况是整体不协调的，因而其整体效益不高。基于以上直观分析，给出如下定义：定义1：对于取定的()()****12,,0TjxxxDx=∈*m…x，对任意的()12,,TxxxD=∈m…x，若有不等式()*1,2,jjxxj≥=…,m成立，则称x连同x*为D中准有效点，其中x*是针对系统的期望而预先设定的。D中所有的准有效点构成的集合称为D的准有效子集，并记为A。定义2：对于取定的()()********12,,0TjxxxDx=∈**m…,x，对任意的()12,,TxxxD=∈m…x，至少对某一个k有不等式**kkxx成立，则称x连同x**为D中非有效点，其中x**是针对系统的期望而预先设定的。D中所有的非有效点构成的集合称为D的非有效子集，并记为C。令集合BDAC=−−,则有CBAD∪∪=但：Φ===CACBBA∩∩∩由定义1、2可知，落在子集A内的点（即时刻的运行状况），就处于协调发展、整体效益高的运行状态；落在子集C内的点，就处于协调发展程度差、整体效益偏低的状态。当2RD⊂时，D的划分如图3所示。1x2x*r**r图3分类评价状态空间划分示意图Fig.3Classificationandevaluationofstate-spacediagram图中，()Txxx*2*1*,=满足方程中国科技论文在线()()()2*2*22*111rxx=−+−（1）而()Txxx**2**1**,=满足方程()()()2**2**22**111rxx=−+−（2）式中*r，**r为事先给定的正数。当2RD⊂时，即评价指标向量为m维时，应用公式()Tmxxxx**2*1*,,,=满足方程：()()2*21*1rxmii=−∑=（3）而()Tmxxxx****2**1**,,,=满足方程()()2**21**1rxmii=−∑=(4)定义了状态空间D的准有效子集A及非有效子集C的概念后，作如下规定：a)落在子集A内的点为第Ⅰ类发展水平；b)落在子集B内的点为第Ⅱ类发展水平；c)落在子集C内的点为第Ⅲ类发展水平。