[发明专利]基于设计速度的城市离散交通网络设计R语言实现方法

说明书

本发明针对基于设计速度的城市离散交通网络模型，提供了一种求解算法并使用R语言程序来实现。考虑到设计速度为路段的最佳行驶速度，偏离设计速度容易发生交通事故，本发明采用行驶速度与设计速度的均方误差作为网络安全水平的替代指标，将主动安全评价提前到了道路网络规划阶段。主要步骤包括：(1)建立城市离散交通网络设计的双层规划模型，其中上层规划以网络安全为政策目标，下层规划以用户均衡为政策的行为反应；(2)采用迭代优化算法进行模型求解；(3)设计R语言程序来实现求解方法；(4)结合交通网络分析中常用的Nguyen‑Dupuis网络描述了具体实施方式和该方法的有效性。使用R语言来实现模型的求解具有开源免费、可操作性强等技术优势。

技术领域：

本发明针对基于设计速度的城市离散交通网络设计问题，建立了数学模型，设计了求解算法，采用R语言实现了一种可操作的计算机软件，属于交通工程技术领域。

背景技术：

传统的交通安全研究是在道路系统建成后，通过对大量事故数据的统计分析识别危险路段和事故黑点，然后提出相应的改善措施。由于此时可以采取的手段非常有限，交通安全治理的效果往往并不显著，并不能从根本上提高道路系统的安全水平。目前国内外对道路安全评价方法研究较多，常用的典型定量安全评价方法主要有：设计一致性评价、事故预测模型、交通冲突等。其中设计一致性评价属于事前主动安全评价，而事故预测模型和交通冲突属于事后被动安全评价。设计一致性评价指标又通常分为三类：基于运行速度协调性的评价指标、基于道路几何线形的评价指标和基于驾驶员工作负荷的评价指标。当前国内外道路安全评价分析时，普遍采用运行速度协调性来检验道路几何线形设计一致性。基于速度协调性的交通安全评价就是以速度为媒介，认为速度及其波动性与交通事故密切相关，把速度当作交通安全的替代指标，通过观测路段的运行速度进行交通安全评价。一般来说，运行速度协调性有以下两个含义：①同一路段实际行驶速度与设计速度相一致；②相邻路段实际行驶速度相一致。

本发明使用R语言实现模型求解，总体来说具有以下技术特点：1)开源免费：目前国外的交通规划类软件普遍价格高昂，而R语言是开源免费的；2)具有可操作性：R语言简单易用，适于一般的交通工程师和规划师学习采用；3)主动性：主动安全是交通安全规划的本质特征，本程序将交通安全评价提前到道路网络规划阶段；4)系统性：本程序考虑整个交通系统的安全性，而非单一路段或事故黑点。

发明内容：

技术问题：现阶段，交通规划软件基本都是国外产品，价格高昂并且操作复杂不易使用，特别是在交通规划中缺乏对于设计速度的考虑。设计速度是道路的最佳行驶速度，偏离设计速度行驶就容易发生交通事故。本发明提供一种基于设计速度的城市离散交通网络设计方法，建立城市离散交通网络模型并且设计求解模型的R语言方法。目的是将交通安全评价提前到道路网络规划阶段，采用同一路段实际行驶速度与设计速度的一致性作为道路网络安全评价的替代指标，以从源头上减少交通事故的发生。

技术方案：本发明提供了一种基于设计速度的城市离散交通网络设计的R语言实现方法，主要包括以下步骤：

步骤1：建立城市离散交通网络设计模型。模型上层为行驶速度与设计速度的均方误差最小化，下层为用户平衡模型。上层决策变量为y_a，表示是否修建某条候选路段a，为0-1变量，a∈A，所有的候选路段构成0-1决策向量y。上层决定新建道路方案后，下层形成平衡状态网络流x_a，也就是说路段流量x_a是决策向量y的函数，表示为x_a(y)。另外，道路网的规划受到资本的约束。假设单位长度的路段修建成本为u_a，则长度为l_a的路段修建成本为u_al_a。因此，双层规划问题表示为：