冷 雪,任俊達(dá)

(1.遼寧省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司 沈陽市 110166;2.遼寧省交通建設(shè)投資集團(tuán)有限責(zé)任公司 沈陽市 110166)

0 引言

沈山高速公路是國家高速公路網(wǎng)京哈高速公路中連通東北與華北、華中、東部沿海地區(qū)的交通運(yùn)輸大動脈,承擔(dān)東北地區(qū)80%的進(jìn)出關(guān)通道交通量,是遼寧省境內(nèi)交通量最大的公路運(yùn)輸走廊。高速路網(wǎng)交錯(cuò)縱橫,各道路的幾何條件各不相同,道路之間的連接關(guān)系和各交通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的交通流運(yùn)行特性復(fù)雜,很難根據(jù)實(shí)際路網(wǎng)情況對路網(wǎng)的交通運(yùn)行狀態(tài)和通行能力、承載能力進(jìn)行分析。文章通過建立沈山高速局域路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),采用區(qū)域路網(wǎng)容量模型,對沈山高速公路局域路網(wǎng)承載能力及運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)飽和度進(jìn)行詳細(xì)研究。

1 沈山高速局域路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)建

基于路網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),可以更好地分析路網(wǎng)的交通流運(yùn)行特性和OD分布,這也是后續(xù)進(jìn)行路網(wǎng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)飽和度計(jì)算和構(gòu)建路網(wǎng)承載能力計(jì)算模型的基礎(chǔ)[1]。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中,相鄰且具有相同OD選擇的城市會簡化為同一個(gè)拓?fù)鋱D上的節(jié)點(diǎn),路網(wǎng)中的各條道路也被簡化為直線直接連接各OD點(diǎn),無需考慮道路幾何條件對交通運(yùn)行狀態(tài)的影響,也無需考慮OD點(diǎn)內(nèi)部交通流的相互影響,便于分析路網(wǎng)特性。目前,拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)理論可分為圖論基本概念、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)模型等[2],而將交通運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)抽象為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的方法主要為原始法和對偶法。文章采用原始法建立沈山高速公路路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,根據(jù)遼寧省各城市之間的OD數(shù)據(jù),將遼寧省分成表1所示的交通小區(qū)。

表1 遼寧省各城市拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)劃分

由于沈山高速公路各路段均為雙向通車路段,構(gòu)建的高速公路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖中的各條邊均為雙向,因此可表示為無向圖。某些區(qū)域內(nèi)高速公路相交的節(jié)點(diǎn)間距離較短,相對于整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)與其他節(jié)點(diǎn)的影響較小,因此在構(gòu)建高速公路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖時(shí),對于某些相交節(jié)點(diǎn),可以合并成1個(gè)節(jié)點(diǎn),通過邊與其他節(jié)點(diǎn)相連?；谏鲜鲈?根據(jù)實(shí)際情況將小區(qū)1-4合并為1個(gè)節(jié)點(diǎn)(沈陽),小區(qū)7-8合并為1個(gè)節(jié)點(diǎn)(盤錦),小區(qū)9-14合并為1個(gè)節(jié)點(diǎn)(錦州),小區(qū)15-22合并為1個(gè)節(jié)點(diǎn)(葫蘆島),小區(qū)23-25合并為1個(gè)節(jié)點(diǎn)(鐵嶺)。建立圖1所示沈山路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖,圖1中,節(jié)點(diǎn)旁編號表示節(jié)點(diǎn)包含的OD小區(qū)編號,路徑上標(biāo)注的數(shù)字表示兩節(jié)點(diǎn)間路段的實(shí)際距離。

圖1 沈山路網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2 局域路網(wǎng)承載能力計(jì)算

目前,局域路網(wǎng)承載能力計(jì)算模型可分為區(qū)域路網(wǎng)基本容量模型和區(qū)域路網(wǎng)極限容量模型。計(jì)算過程中,需要給出局域路網(wǎng)拓?fù)涓餍^(qū)之間的OD數(shù)據(jù)以及各OD點(diǎn)之間的距離矩陣。為便于程序計(jì)算,將合并后的各OD點(diǎn)間的距離計(jì)作0,將無道路連接的OD點(diǎn)間的距離計(jì)作10000,由此可以得到路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的OD矩陣和距離矩陣。表2和表3為計(jì)算所用的部分矩陣表。

表2 沈山路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)間OD矩陣(部分)

表3 沈山路網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)間距離矩陣(部分)

由于數(shù)據(jù)量大,采用Matlab編程計(jì)算,分別運(yùn)用區(qū)域路網(wǎng)基本容量模型和區(qū)域路網(wǎng)極限容量模型計(jì)算整個(gè)路網(wǎng)不同的V/C(0.4、0.6、0.8、1.0),分別表示整個(gè)路網(wǎng)所處不同服務(wù)水平的基本承載能力和極限承載能力。由于沈山高速連接省界至沈陽,因此還需統(tǒng)計(jì)這一路段的承載能力。

要計(jì)算改擴(kuò)建影響路網(wǎng)的容量和省界至沈陽段路網(wǎng)容量,只需確定路網(wǎng)范圍內(nèi)包含的OD對。整個(gè)路網(wǎng)計(jì)算完成后,將OD對間的交通量相加,即可得到所需路網(wǎng)范圍的容量。

其中,省界至沈陽段包含的OD對有:(6,7-8),(7-8,9-14),(9-14,15-22)。影響路網(wǎng)范圍包含的OD對有(6,7-8),(7-8,9-14),(9-14,15-22),(33,34),(34,35),(35,36),(32,33),(1-4,32),(5,32),(1-4,5),(7-8,28),(9-14,34)。部分計(jì)算結(jié)果見表4和表5。

表4 基于路網(wǎng)基本容量模型的承載能力計(jì)算

表5 基于路網(wǎng)極限容量模型的承載能力計(jì)算

由于沈山高速影響區(qū)域路網(wǎng),無法獲得部分道路現(xiàn)狀流量數(shù)據(jù),無法針對區(qū)域路網(wǎng)承載力進(jìn)行分析。因此,選取省界至沈陽段的部分重要路網(wǎng)進(jìn)行分析。在路網(wǎng)中,省界至沈陽段道路包括沈山高速、G102、S308和S102。部分重要路網(wǎng)的現(xiàn)狀交通量數(shù)據(jù)見表6。

表6 省界至沈陽路段道路狀況

表6數(shù)據(jù)均為單向日交通量,而路網(wǎng)承載能力計(jì)算得到的結(jié)果為雙向每小時(shí)交通量。為簡化計(jì)算,假設(shè)道路現(xiàn)狀雙向流量相同,則可計(jì)算得到省界至沈陽段路網(wǎng)現(xiàn)狀路網(wǎng)的平均小時(shí)交通量:

將省界至沈陽段的計(jì)算結(jié)果匯總至表7。

表7 計(jì)算結(jié)果匯總

3 結(jié)論

(1)省界至沈陽段的現(xiàn)狀交通量已超過目標(biāo)V/C為0.6時(shí)的路網(wǎng)極限容量,尚未達(dá)到0.8時(shí)的路網(wǎng)基本容量。如路網(wǎng)整體保持在二級服務(wù)水平,路網(wǎng)容量不足,說明現(xiàn)狀較多路段的服務(wù)水平已低于二級服務(wù)水平。

(2)如路網(wǎng)均保持三級服務(wù)水平,路網(wǎng)極限容量大于現(xiàn)狀交通量。因此若要保證路段正常通行,在整體達(dá)到三級服務(wù)水平的條件下,路網(wǎng)中還需承擔(dān)一定交通量。V/C為0.8時(shí),該道路還可承擔(dān)的極限交通量為5000輛/小時(shí),無需大規(guī)模分流。