小区开放对道路通行能力的影响Word文件下载.docx
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对于问题一,问题要求我们选取合适的评价指标体系,由于小区开放对道路通行能力的影响因素众多,所以我们在本文中选择综合评价。
然后定性的选取部分指标,由于评价指标单位不一,我们进行量纲化处理。
之后求出每个指标的权重系数,运用加法合成得到最后的结果。
对于问题二,我们建立了初等模型,通过对车流量,车速,与密度之间的关系及各种物理常识,将交通流近似看作一辆辆汽车组成的连续的流体,对车辆通行能力建立了初等模型,通过对流量的分析,我们可以对车辆通行能力进行判断。
进而研究小区开放对周边道路通行的影响。
对于问题三,要分析不同类型小区开放之后对道路建设的影响,我们借用一二问所建模型,利用小区的不同特质将小区分为四类独立进行分析,通过得到的实际数据判断哪些小区开放之后产生的效益最大,对道路建设的影响最好。
对于问题四,我们根据第三问的结果,判断影响小区开放之后对道路建设产生效益大小的主要因素,结合问题三分析小区开放存在的主要问题,包括交通规划中给道路建设,车辆流通带来的不便之处,结合实际生活。
向城市规划部门及交通部门提出合理化建议。
三、模型假设
1、交通流均指由标准长度的小型汽车在单方向的道路上行驶而形成的车流,没有外界因素如岔路、信号灯等的影响。
2、交通流是稳定的,即流量、速度和密度都是常数,与时间和地点无关。
3、假设交通道路良好即没有因交通事故等因素的发生而影响道路的通行。
4、交通秩序良好,没有发生抢道占道等不良行为的情况。
四、符号约定
q流量,指某时刻单位时间内通过道路指定断面的车辆数,通常以车辆/h为单位。
v速度,指某时刻通过道路指定断面的车辆速度,通常以km/h为单位。
k密度,指某时刻通过道路指定断面单位长度内的车辆数,通常以辆/km为单位。
vf是密度k=0时的车速,即理论上的最高车速,单位km/h。
kj是速度v=0时的密度,称阻塞密度。
wi是权重系数
pi是评价指标
p1车道宽度指标即所求车道的实际宽度为值,单位为米。
P2车道数指标即以所求车道数为值,单位为条。
P3交通量指标为所求车道的交通量大小,即车流量单位为辆/天。
P4混合车种即所求车道所过车辆的种类,以种为单位。
P5行人指标是所求车道行人流量,路过人数值即行人指标。
P6沿线地形指标为所求道路附近地形为指标,我们以其平缓度与曲折度为代表来求其值。
五、模型建立
5.1问题一的模型建立与求解
道路通行能力指单位时间内通过道路上指定断面的最大车辆数,是度量道路疏导交通能力的指标,它由道路设施、交通服务、环境、气候等诸多条件决定,其数值是相对稳定的。
在正常运行状况下,当交通流量远小于通行能力时,车速高,呈自由流状态,出现交通拥堵。
通行能力表示道路的容量,反映服务水平;
交通流量表示道路的负荷,反映交通的需求。
5.1.1评价指标的确定
要评价小区开放对周边道路交通的影响,不仅要考虑到与提高道路通行能力相关的各个因素,更要把小区本身的外部地理位置及内部情况考虑在内。
运用综合评价模型首先要确定评价指标。
我们把小区开放对道路交通能力的影响因素分为以下几种情况,道路条件,交通条件,和交通外环境等。
在这里,我们为了结果的准确与方便,选取道路条件中车道宽度,车道数,侧向余宽,行车视距,纵坡,路面状况;
交通条件里的交通量大小,混合车种,行人,非机动车干扰及交通外坏境的沿线地形,地物,景观,气候等。
由于评价指标过多,我们通过经验选择法来定性选择评价指标。
我们已知其目标层及中间层次即对目标层有影响的主要因素。
现指标层指标过于繁杂,我们根据建立指标体系的八大原则即目的性原则,系统性原则,一贯性原则,独立性原则,同向性原则,全面性原则,可比性原则,可操作性原则筛选出我们所用的评价指标车道宽度,车道数,交通量大小,混合车种,行人及沿线地形。
可建立如下评价指标。
图1综合评价的评价指标
我们设评价指标为:
(1)设车道宽度指标为,车道宽度指标即所求车道的实际宽度为值,单位为米。
(2)车道数指标为,车道数指标即以所求车道车道数为值,单位为条。
(3)交通量指标为,交通量指标为所求车道的交通量大小,即车流量单位为辆。
(4)混合车种指标为,混合车种即所求车道所过车辆的种类,以种为单位。
(5)行人指标为,行人指标是所求车道行人流量,路过人数值即行人指标。
(6)沿线地形指标为为。
沿线地形指标为所求道路附近地形为指标,我们以其平缓度与曲折度为代表来求其值。
5.1.2评价指标的标准化处理
由于以上评价指标种类繁多,单位不一。
非同质的指标不可比,因此我们要把评价指标进行标准化处理,或无量纲化消除量纲和数量级的影响。
在本文中,我们采用极值差方法来进行标准化处理,即有
其中,,.则得到的为标准观测值,以此作为最后的评价指标。
5.1.3求各指标权重系数
求指标权重方法有很多,本文使用AHP即层次分析法来确定各项指标的权重系数。
已知层次分析结构如图一,我们根据层次分析结构来构造判断矩阵。
构造判断矩阵前我们先引入1-9标度方法[1]。
表11-9标度方法
序号
重要性等级
1
i,j两元素同等重要
2
i元素比j元素稍重要
3
i元素比j元素明显重要
5
4
i元素比j元素强烈重要
7
i元素比j元素极端重要
9
6
i元素比j元素稍不重要
1/3
i元素比j元素明显不重要
1/5
8
i元素比j元素强烈不重要
1/7
i元素比j元素极端不重要
1/9
假设道路通行能力为A,道路条件、交通条件和外部环境分别为,,.车道宽度、车道数、交通量大小、混合车种、行人及沿线地形分别为。
已知道路条件比交通条件稍显重要,比外部环境明显重要,而交通条件比外部环境稍显重要。
表2准则层对于目标层的比重
所以可得准则层对目标层的判断矩阵为:
同理,可求得判断矩阵.
求出判断矩阵之后对判断矩阵进行一致性检验,用软件求出其最大特征值,通过一致性检验后,可得权重即为最大特征根对应的特征向量。
最后可对其结果进行归一化处理得到最终结果。
于是便可得其权重系数为
.
5.1.4确定汇总综合的方法
我们可选取恰当的合成方法把各项指标的评价值综合成一个指标,以得到一个整体性的评价。
在这里,我们选择加法合成。
运用线性加权综合法得到开放小区对道路交通影响的评价指标
5.2问题二的模型建立与求解
为了问题的明确性和准确性起见,本文中的交通流均指由标准长度的小型汽车在单方向的道路上行驶而形成的车流,没有外界因素如岔路、信号灯等的影响。
本文借用物理学的概念,将交通流近似看作一辆辆汽车组成的连续的流体,可以用流量、速度、密度这3个参数描述交通流的基本特征[2]。
为了问题三的求解,我们可以加上支干线道路宽度和主干线车辆密度之间的关系。
虽然一般来说流量、速度和密度都是时间和地点的函数,但是为了讨论指定时间段(如早高峰)、指定路段或路口的交通状况,本文中可以认为交通流是稳定的,即流量、速度和密度都是常数,与时间和地点无关。
根据物理学的基本常识,流量Q、速度v和密度k之间的关系符合公式
(1)
这就是说,在普通车道上车流量与车辆行驶速度和车辆密度三者之间互相影响。
表面上车流量和车辆行驶速度及车辆密度之间成正相关,然而,密度过大时会对速度造成很大影响,车辆行驶速度和车辆密度成负相关,要研究三者之间的关系,可以先研究车辆密度和车辆行驶速度之间的关系,然后研究车辆行驶速度对车流量的影响。
最后研究支干线道路宽度对主干线车辆密度的影响。
通过支干线道路影响主线道路车辆密度,道路车辆密度影响车辆行驶速度,车辆行驶速度又对车流量造成影响,最后得到几者之间的关系。
(1)式是这3个参数之间最基本的关系。
5.2.1车辆密度和车辆行驶速度关系
从现实生活中的经验我们可知,速度和密度之间互相影响且成反比,当道路上行驶车辆增多,车辆密度随之加大时,车辆行驶速度被迫降低。
在过去的研究中,格林希尔兹通过对观测数据的统计分析,提出车速与密度之间的一个线性模型
(2)
其中vf是密度k=0时的车速,即理论上的最高车速,即畅行车速(自由流),kj是速度v=0时的密度,称阻塞密度。
然而,我们知道现实生活中会有更复杂的情况出现,通过大量的数据及日常生活的观察,线性模型只适合普通情况下的车流密度适中的情况。
为了更好的解决实际存在的问题即密度较大时的情况,此后有人提出了密度较大时适用的对数模型
(3)
及密度较小时适用的指数模型
(4)
(3)中的vl理论上是密度k=kj/e时的车速,实际上要由观测数据确定。
【3】
这三个公式均为车辆密度和车辆行驶速度之间的关系式,车辆密度大小不同,车辆密度对车辆行驶速度造成的影响也不同。
我们可以根据实际情况分析讨论该用哪个公式来解决问题。
5.2.2车流量与密度及车流量与车辆行驶速度的关系
我们从上文中已知交通密度,车辆行驶速度及车流量的关系,再加上已被推导出的交通密度与车辆行驶速度间的关系可以顺势推导出车流量和交通密度,及车流量和车辆行驶速度之间的关系。
我们首先讨论交通密度适中时车流量和交通密度,及车流量和车辆行驶速度之间的关系式。
当交通密度适中时,将常用的线性模型
(2)带入
(1),得到流量与密度的关系
(5)
这是一条抛物线,车流密度k由小变大时流量增加,当k=kj/2,即阻塞密度的一半时,流量最大,密度k继续变大,流量减小。
由
(1)、
(2)可以导出流量与车辆行驶速度之间的关系
(6)
也是一条抛物线,最大流量出现在车速v=vf/2,即畅行车速的一半处。
然而往往在市中心交通密度都会很大,以上几个式子都不太适用,如果代入会造成很大误差。
这时候我们就要考虑当交通密度极大或极小时的状况。
一般一线二线城市的市中心的交通密度都会很大,这是我们可以借助上文中的对数模型对车辆行驶速度做出预测,得到公式
(7)
一些郊区交通密度较小,可以使用上文中的指数模型得到当交通密度较小时的情况,公式如下
(8)
5.3问题三模型的应用与求解
为了构建不同类型的小区定量分析小区开放对道路通行的影响,我们根据小区结构的不同将小区分为别墅区和普通住宅区。
根据周边道路结构和车流量的不同将小区划分为地处市中心的小区和地处郊区的的小区。
由此我们可以得到四种郊区类型:
地处市中心的别墅区,地处市中心的普通住宅区,地处郊区的别墅区,和地处郊区的普通住宅区。
本文中我们可以假设地处市中心的别墅区和普通住宅区周围道路均为二级道路取二级道路宽度值为25.5米,地处郊区的别墅区和普通住宅区周围道路均为三级道路取三级道路宽度值为8.5[4].已知小区内道路建设标准为6-9米[5],我们将别墅内小区道路设置为9米,而普通住宅区道路宽度为6米。
以此为基础,结合第一问和第二问所建模型对这四种情况进行分类讨论。
表3我国公路车流量约统计
5.3.1对地处市中心的别墅区的开放做讨论
我们研究市中心繁华地带别墅区小区开放之后的影响,以某市此种类型小区为例,由于二级公路流量,二级公路宽度及别墅区道路宽度具体数值未知且实际条件受限,我们在规定或已知范围内由随机数生成部分数据。
表4二级公路流量、宽度及别墅道路宽度
二级公路流量(辆/日)
二级公路宽度(米)
别墅区道路宽度(米)
6241.00
11.61
8.57
5829.00
11.49
8.64
7045.00
11.36
7.71
3458.00
11.13
7.66
6046.00
11.20
8.56
5268.00
11.17
8.51
6274.00
8.55
6012.00
10.30
4104.00
11.79
8.60
5325.00
10.26
7.62
根据以上二级公路和别墅区部分数据我们运用软件做主成分分析,用得到的别墅区道路宽度对城市交通主干线车流量的影响比例来得到别墅区开放之后对城市主线道路所缓减的压力,即别墅区开放对城市主干线道路建设造成的影响。
解释的总方差
成份
初始特征值
提取平方和载入
合计
方差的%
累积%
1.220
40.669
1.010
33.659
74.328
.770
25.672
100.000
提取方法:
主成份分析。
图1别墅区开放之后对城市主线道路所缓减的压力分析
根据主成分分析的结果可知市中心别墅区的道路宽度开放之后对附近车流量的影响比例占25.6%,我们假设此别墅外二级公路流量如表2所示为5000辆/日,那么可以上文中公式(5)计算出此段道路的交通密度,我们假设公路上畅行车速为80千米/时,将通行车辆都换算成小汽车之后假设车身长度均为4米,由下列公式
(9)
其中,d为车身长度。
可以算出此段公路的阻塞密度为250辆/千米。
将畅行车速与阻塞密度均带入公式(5),可以求出此段公路的交通密度为125辆/千米。
可以看出这个交通密度不是很大,所以我们用密度适中时的公式(6)来计算车辆行驶速度,依旧将畅流车速和阻塞密度代入公式(6)可以得到其车辆行驶速度为40千米/时。
我们将二级公路的车流量减去小区开放之后被分担部分的车流量,得到的车流量大约为3720辆/日,将其同代入公式(5)得到交通密度为62辆/千米,代入公式(6)得到车辆行驶速度大约为60千米/时。
由此可以看出小区开放之后此段公路的车流量从5000辆/日变成3720辆/日,交通密度从原来的125辆/千米变成62辆/千米,车辆行驶速度从原来的40千米/时变成60千米/时。
意味着市中心别墅区的道路宽度开放之后可以为附近车道的车流量减少同比例车辆,加快车辆行驶速度,从而减小附近车道交通压力。
5.3.2对地处市中心的普通住宅区的开放做讨论
我们研究市中心繁华地带普通住宅区区小区开放之后的影响,以某市此种类型小区为例,由于二级公路流量,二级公路宽度及普通住宅区道路宽度具体数值未知且实际条件受限,我们在规定或已知范围内由随机数生成部分数据。
表5二级公路流量、宽度及普通住宅区道路宽度
普通住宅区道路宽度(米)
4451.00
11.84
7.22
3918.00
7.02
4849.00
10.07
6.68
3804.00
10.16
6.74
4687.00
11.04
6.76
3035.00
11.22
6.52
6090.00
10.99
7.28
3644.00
10.98
6.78
3984.00
10.49
7.09
4325.00
6.36
根据以上二级公路和普通住宅区部分数据我们运用spss软件做主成分分析,用得到的地处市中心的普通住宅区开放小区道路宽度对城市主干线车流量的影响比例来得到普通住宅区小区开放之后对城市主线道路所缓减的压力,即市中心的普通住宅区小区开放对周边道路建设造成的影响。
1.410
47.001
.994
33.128
80.129
.596
19.871
图2普通住宅小区开放之后对周边道路的影响分析
根据主成分分析的结果可知市中心普通住宅区的道路宽度开放之后对附近车流量的影响比例占19.8%,我们假设此普通住宅区外二级公路流量如表2所示为5000辆/日,那么可以上文中公式(5)计算出此段道路的交通密度,我们假设公路上畅行车速为80千米/时,将通行车辆都换算成小汽车之后假设车身长度均为4米,由公式(9)可以算出此段公路的阻塞密度为250辆/千米。
我们将二级公路的车流量减去小区开放之后被分担部分的车流量,得到的车流量大约为4010辆/日,将其同代入公式(5)得到交通密度为69辆/千米,代入公式(6)得到车辆行驶速度大约为57.89千米/时。
由此可以看出小区开放之后此段公路的车流量从5000辆/日变成4010辆/日,交通密度从原来的125辆/千米变成69辆/千米,车辆行驶速度从原来的40千米/时变成57.89千米/时。
意味着市中心普通住宅区的道路宽度开放之后可以为附近车道的车流量减少同比例车辆,从而减小附近车道交通压力。
5.3.3对地处郊区的别墅区的开放做讨论
我们研究郊区附近别墅区小区开放之后的影响,以某市此种类型小区为例,由于三级公路流量,三级公路宽度及别墅区道路宽度具体数值未知且实际条件受限,我们在规定或已知范围内由随机数生成部分数据。
表6三级公路流量、宽度及别墅道路宽度
三级公路流量(辆/日)
三级公路宽度(米)
1089.00
8.12
7.93
3666.00
7.85
7.80
3429.00
7.68
8.94
1645.00
7.83
8.66
1799.00
7.67
8.04
3880.00
8.21
8.99
3424.00
8.10
7.88
1619.00
8.53
3267.00
7.52
1740.00
7.87
8.35
根据以上三级公路和别墅区的部分数据我们运用软件做主成分分析,用得到的别墅区开放小区道路宽度对附近郊区车流量的影响比例来得到别墅区区开放之后对郊区附近主线道路所缓减的压力,即郊区附近小区开放对郊区周边道路建设造成的影响。
1.371
45.699
.873
29.114
74.813
.756
25.187
图3郊区附近别墅小区开放对郊区周边道路建设造成的影响分析
根据主成分分析的结果可知郊区别墅区的道路宽度开放之后对附近车流量的影响比例占25.1%。
我们假设此别墅外三级公路流量如表2所示为2500辆/日,那么可以上文中公式(5)计算出此段道路的交通密度,我们假设公路上畅行车速为80千米/时,将通行车辆都换算成小汽车之后假设车身长度均为4米,由公式(9)可以算出此段公路的阻塞密度为250辆/千米。
将畅行车速与阻塞密度均带入公式(5),可以求出此段公路的交通密度为18辆/千米。
可以看出这个交通密度很小,所以我们用密度较小时的公式(8)来计算车辆行驶速度,依旧将畅流车速和阻塞密度代入公式(8)可以得到其车辆行驶速度为68.28千米/时。
我们将级公路的车流量减去小区开放之后被分担部分的车流量,得到的车流量大约为1310辆/日,将其同代入公式(5)得到交通密度为8辆/千米,代入公式(6)得到车辆行驶速度大约为74千米/时。
由此可以看出小区开放之后此段公路的车流量从2500辆/日变成3720辆/日,交通密度从原来的18辆/千米变成8辆/千米,车辆行驶速度从
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