基于层次分析法的城市道路通行能力评价研究

王高飞 刘松

摘 要：本文采用层次分析法，从定性和定量的角度出发，提出评价城市道路提高方案的指标体系，选出主要的评价指标，对交叉口信号配时改善、渠化交通、单向交通等提高城市道路通行能力的方案进行评价，利用层次分析法对提高方案进行评价，以计算结果为依据，选出最佳的提高方案。

关键词：城市交通;通行能力;层次分析法

中图分类号：U491文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）31-0128-03

Study on Evaluation of Urban Road Capacity Based

on Analytic Hierarchy Process

WANG Gaofei1 LIU Song2

（1.Shaanxi Railway Institute，Weinan Shaanxi 714000;2.Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074）

Abstract： In this paper， the analytic hierarchy process （AHP） was used to evaluate the urban road improvement schemes from the qualitative and quantitative perspectives. The main evaluation indexes were selected to evaluate the schemes for improving the traffic capacity of urban roads， such as the improvement of signal timing at intersections， channelized traffic and one-way traffic. At the same time， AHP was used to evaluate the improvement scheme， and the best improvement scheme was selected based on the calculation results.

Keywords： urban traffic;traffic capacity;the analytic hierarchy process

合理地进行道路通行能力分析可以为公路规划和设计以及交通控制与管理等提供设计依据和基础数据。基于此，本文提出一种基于层次分析法的城市道路通行能力评价方法。

1 评价体系建立原则

1.1 系统性

城市交通是一个复杂的系统，其涉及诸多方面，包括城市道路网的规划、城市建设、交通设施设置、投资政策、土地利用[1]。因此，在建立评价体系时，应该从全局考虑，保证评价体系的系统性。

1.2 以定量为主、定性为辅

量化指标能够以数据为依据，进行更合理、准确、科学的评价。而当指标难以进行量化时，就需要根据具体情况制订出定性的评价方案。

1.3 建立相对独立的指标

在进行评价时，为了保证评价结果的全面性，往往需要对各个指标进行加权求和。所以，在设计各个指标时，要保证其独立性，否则，会加大各个指标加权求和的难度，并且会使评价结果不够准确。

1.4 实用的原则

评价城市道路交通的目的在于找出城市道路交通中存在的问题，然后针对问题提出相应的解决对策以提高道路交通使用效益[2]。所以，在构建评价体系时应该保证层次分明，并且能准确全面地把握城市道路交通中存在的问题。这就要求评价体系中的各个指标要具有良好的操作性，以保证评价结果准确。

1.5 可比的原则

对于制定出的评价体系，不但要能评价一座城市的交通状况，而且要能反映同一时期各个城市之间的情况，这就要求建立的评价体系具有可比性。因此，在设立各个指标时，需要考虑其在各个城市能否通用。同时，要考虑城市道路交通指标的相对值，准确结合我国城市的实际情况，并兼顾我国城市之间不平衡发展的情况。

1.6 科学可靠的原则

所谓科学性，就是要完全符合交通工程的原理，全面贯彻可持续发展的目标和解决城市交通问题的系统思路;所谓可靠性，是指采用的评价体系能完整地得到系统的发展。

1.7 考虑城市的特点

不同规模的城市在不同时期的情况是不同的，为了能够恰当地评价出城市交通的实际情况，在建立评价体系时，要重点考虑各个城市的特点。

2 层次分析法

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美国运筹学家沙旦（T.L.Saaty）于20世纪70年代提出的，是一种定性与定量分析相结合的多目标决策方法[3]。该方法的基本的过程为：先把一个复杂的问题分解成多个组成元素，再按照支配关系将这些元素分级、分层，形成有序的递阶层次结构，在此基础上通过两两比较的方式判断各层次中诸元素的重要性，然后综合判断计算单准则排序和层次总排序，从而确定诸元素在决策中的权重[4]。

3 基于层次分析法构建城市交通评价体系

基于层次分析法構建的城市交通评价体系主要由4层评价子体系构成，具体如表1所示。

4 层次分析法的应用

4.1 方案模型构建

层次分析法的主要思路是将复杂的问题层次化，而组织单向交通是提高城市道路通行能力的有效方案。接下来本文利用层次分析法对道路通行能力提高方案进行评价。建立的提高通行能力方案评价的体系模型如图1所示。

从图1可知，构建的方案模型主要有以下三种。方案一：组织单向交通，以提高城市道路通行能力;方案二：通过组织渠化交通来提高城市道路通行能力;方案三：对交叉口信号配时进行改善，消除“瓶颈”，以此提高城市道路的通行能力。

4.2 评价过程

图1中各个指标的两两比较矩阵如表2所示。

由表2判断矩阵计算准则层相对于目标层的重要性：

通过式（1）得出各个权重向量为：[w1=0.058]，[w2=0.333]，[w3=0.076]，[w4=0.280]，[w5=0.377]。

把判断矩阵进行归一化，求出每一行的算术平均值，如表3所示。

把判断矩阵[P1]的每一列元素[aij]乘以相应的权重值后，得到表4如下。

第二步，当[n]=5时，查表得出[RI]=1.12。

第三步，一致性比例CR（Consistency Ratio）的计算，计算公式为[6]：

上述结果符合一致性要求

对三个方案，就指标区间行驶车速[A1]而言，进行两两比较之后，得到判断矩阵如表5所示。

故此，把表5判断矩阵进行归一化，求出每一行的算术平均值，如表6所示。

由此得到该判断矩阵的近似权重向量[w1=0.549， 0.241 ， 0.211]。该权重表明，就“区间行驶车速”而言，方案一效果最好，方案二效果次之，方案三效果最差。经过一致性检验，符合一致性。

以此类推，对于指标“行程时间”而言，方案一效果偏好，方案二与方案三效果最差。对于指标“费用的消耗”而言，方案一最差，方案二相对偏好，方案三最好。

5 结语

综上所述，方案三最好。因为在城市道路中，改善信号配时，合理组织相位差，可形成绿波带，对提高城市道路通行能力较为有效。渠化交通能有效地将平面交叉渠化，减少冲突点，但是在提高通行能力上效果较差。组织单向交通能有效提高城市道路的通行能力，但是基于其适应条件，结合我国城市特点，效果并不佳。

参考文献：

[1]马健霄，吕志英，王大明.城市道路通行能力分析与改善技术[J].南京林业大学学报（自然科学版），2001（2）：71-74.

[2]冯树民.交通系统工程[M].北京：知识产权出版社，2009.

[3]陆化普，城市交通管理评价体系[M].北京：人民交通出版社，2003.

[4]王占俭.层次分析法在单向交通规划方案评价中的应用[D].兰州：兰州交通大学，2010.

[5]沈荣芳.运筹学[M].北京：机械工業出版社，2014.

[6]杜家玉，胡尧，王登梅.利用跟驰理论研究单向交通路段基本通行能力[J].贵州大学学报（自然科学版），2010（6）：11-13.