城市交通网络布局与优化策略的研究.docx
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城市交通网络布局与优化策略的研究
城市交通网络布局与优化策略的研究
华中科技大学
博士学位论文
城市交通网络布局与优化策略研究
姓名:
陈新
申请学位级别:
博士
专业:
管理科学与工程
指导教师:
杨超
20050426摘要
城市交通是城市的命脉是城市发展必不可少的基础设施它不仅是衡量城市现代
化水平的重要标志也是城市可持续发展的重要保证随着国家经济的发展城市的交
通需求和交通模式都发生了巨大的变化急切需要改善和优化城市网络的交通布局来适
应现在和未来的城市发展的需求本文在国内外关于交通网络布局优化理论研究现状及
发展的基础上系统地论述了作者对交通网络布局与优化策略方法的研究和应用成果
论文首先介绍了选题的依据和研究的重要意义分析了城市交通中存在的问题和
布局优化中的经验和教训总结了交通网络布局优化的理论现状提出了本文的主要
研究目标和内容
其次由于交通需求的预测与分配模型是交通网络布局优化的基础和前提文中
先对常用的交通需求的预测与分配模型作了总结并分析了相应的特点
其三根据交通的可持续发展理论研究分析了城市交通网络与土地利用之间的
互动关系并结合多中心组团这种城市布局发展趋势论述了多中心组团城市布局下
的交通网络布局研究提出了土地利用交通一体化动态布局优化模式
其四以交通可持续发展理论和空间发展理论作为交通网络布局优化的目标和布
局准则的基点结合现有几种规划方法的优点并针对我国的实际提出以目标评价
为核心,以交通量预测网络的容量多阶段扩张为基础以方案评价为依据采用规模
确定网络布局线路规划节点规划多层次渐进的综合交通网络布局优化方法
其五城市交通网络布局质量评价主要目的是分析评判交通网络空间布局的合
理性有效性本文运用层次分析法建立了城市交通网络布局与优化策略的评价体
系本评价体系有三个子系统分别为基础设施通达深度和服务特征可以反映出
城市路网的本质特征实现道路优化的目标
其六为适应交通需求的不断增加,提出了多阶段城市交通网络容量扩张模型和
相应的启发式算法同时给出了交通网络中公用设施的容量扩张模型和启发式算法
其七以河南省巩义市为例针对巩义市多中心组团的城市布局,对巩义市交通
网络布局优化进行了实证研究给出了巩义市未来的交通网络布局优化方案
最后对全文内容以及创新之处进行了总结并对文中相关研究有待进一步深化的
地方提出了日后继续研究的展望
关键词交通网络布局与优化目标与评价扩张模型与算法IAbstract
TrafficthatisthelifelineofurbanisnecessaryfortheurbandevelopmentItisnot
onlytheimportantsymbolofurbanmodernizationbutalsoessentialguaranteeforurban
sustainabledevelopment.Urbantrafficisthemainstayofurbaneconomicalandsocial
development.Urbaneconomicdevelopmentisclosetothetrafficnetworkplanningand
optimization.Alongwiththerapideconomicdevelopmentofourcountry;thepatternsof
urbandevelopmenthavebeengreatlychanged.Tocatchforthischange,lotsof
transportationsystemsandtrafficnetworkareunderplanningandconstruction.Thetraffic
networkplanningandoptimizationreflectmoreandmorechangingemphasisfrompurely
technicalandeconomicsolutionstobroadersystemplanningapproaches.Inordertomake
urbantrafficinvestmentsandpoliciesmoreeffective,itisnecessarytoanalysisandstudies
trafficnetworkplanningandoptimization.Theeconomicincrementactivatesthe
constructionandimprovementoftrafficnetwork,providethecapitalandtechnicalsupport,
similarlytheconstructionandimprovementoftrafficnetworkprovideguaranteefor
economicincrement.Thisthesisthereforepresentsanddiscussesmyresearchand
applicationfruitoftrafficnetworkplanningandoptimizationbasedonthetheoryofthis
fieldFirstly,thearticleintroducesthereasonsofchoosingthistopic,analysisthe
experiencesandlessonsintrafficplanningofourcities,andsummarizesrelatedtheorieson
trafficnetworkplanningandoptimization,thenintroducetheresearchrouteandstructure
ofthepaperSecondly,thearticleintroducesandsummarizesthetrafficdemandforecastingand
distributionmodels,thenanalysistheircharactersbecausetheyarethefoundationand
preconditionofurbantrafficnetworkplanningandoptimizationThirdly,accordingtothetransportationsustainabledevelopmenttheoryand
Manheim’strafficsystemtheory,thisarticleresearchtherelationbetweenthetraffic
networkandlandutilization,discussesthetrafficplanningunderthemulti-centersurban
planning.,thenproposeslandutilization-trafficintegrativedynamicplanningand
optimizationmodelIIFourthly,basedthetrafficsustainabledevelopmenttheory,aplanningapproachis
presented,whichadoptsobjective-evaluationanalysisasitscoreinnetworkplanning.The
approachcombineswithseveraladvantagesofexistingplanningmethods.Theplanning
approachappliesplanningobjectivesastheguidanceofinfrastructureplanninganduses
theprocedureofdefiningnetworkconstructionscale-layout-route-nodeasacomprehensive
planningmethod,whichbasedonthetrafficvolumeforecastingresultsandproject
evaluation
Fifthly,themaingoaloftheevaluationmethodfortheurbantrafficnetworklayoutis
toevaluateitsrationalityandvalidity.ApplyingAHP,thisarticleestablishestheevaluation
systemofurbannetworklayout.Thissystemwhichhasthreesubsysteminfrastructure,
passdepthandservicelevelcanreflecttrafficnetworklayoutcharactersSixthly,toadapttheincrementoftrafficdemand,thisarticleproposesurbantraffic
networkcapacitymulti-stageexpansionmodelanditsheuristicalgorithm.Inorderto
improvementthetrafficpublicservicetosatisfytheincreasingdemand,thetrafficpublic
servicecapacityexpansionmodelandheuristicalgorithmaregivenSeventhly,takingthetrafficnetworkplanninginGongYiasanexample,thetechnical
process,objectives,andprinciplesofnetworklayoutandtechnicalevaluationframeworkof
theplanningareputforwardFinally,thisarticlepresentsconcludethemaincontentandinnovatedpointsand
presentsaprospectonfurtherstudiesKeywordsTrafficNetworkPlanningandOptimizationObjective-EvaluationCapacityExpansionModelsandAlgorithmIII独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果尽我所知除文中已经标明引用的内容外本论文不包含任何其他个人或集
体已经发表或撰写过的研究成果对本文的研究做出贡献的个人和集体均已在文中
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请在以上方框内打学位论文作者签名指导教师签名日期年月日日期年1绪论
1.1我国城市交通网络现状
城市交通是城市的命脉是城市发展必不可少的基础设施它不仅是衡量城市现
代化水平的重要标志也是城市可持续发展的重要保证城市化进程的不断加快刺
激了机动车数量的逐年增长城市交通问题已成为城市的首要问题为此新世纪的
城市交通将紧紧围绕发展经济金融贸易以加入WTO为契机着眼于增强城市
综合竞争力坚持以人为本最大限度地满足市民出行和现代物流的需要新世
纪城市交通要实施超常规发展必须考虑社会经济人口资源环境的协调发展
建立人便于行货畅其流环境协和的枢纽现代立体交通体系和综合物流系统
改革开放以来随着国民经济的高速增长中国城市化的进程也明显加快从1978
年到1998年全国城市数由223增至668个城市人口从1.7亿增长到3.8亿中国
的城市化率即市镇人口占总人口的比重由17.9%迅速提高到30.4%增加了12.5个百
分点相反在1952年1978年间中国的城市化率仅提高5.5个百分点据中国
城市化区域发展问题研究报告至1990年中国的隐性城市化或半城市化率已达11.6%
至14.7%也就是说若加上隐性城市化城市化水平已经超过40%城市化的迅速
发展给城市环境经济和社会带来许多方面困难如果将隐性城市化Potential
Urbanization考虑在内目前中国实际城市化人口占总人口的比重将达到40%-50%
[1]
左右据测算1997年中国隐性城市化人口为20396.1万人占农村总人口的22.5%
占全国总人口的16.9%随着城市化的迅速推进中国市区非农业人口在50万以上
的大城市数量也明显增加1978年1998年中国大城市的数量由40个增加到85个
其中市区非农业人口超过100万的大城市由13个增加到37个50万100万的大城
市由27个增加到48个目前市区非农业人口超过200万的超大城市已达到13个
在100万-200万之间的特大城市达到24个1997年100万以上大城市的市区人口
总数为9911万人占全国市镇人口的27%占全国总人口的8%中等城市192座
小城市399座全国建制镇数量达19780个集镇27552个小城镇也已进入前所未
[2-4]
有的发展时期据预测我国的城市化水平将达到45%大中城市发展空间有限
城市扩张有不断向郊区侵入的趋势而郊区的村镇则逐渐演化成大城市的组团或成为
构成城市带群的众多小城之一如珠江三角洲的城市群1随着我国城市规模的扩大和城市化水平的提高交通需求量增长迅速由此带来
的道路交通拥挤交通秩序混乱交通事故增多环境污染加剧等交通问题日益严重
城市交通问题已成为一个影响广泛的社会经济问题城市交通系统是城市各种交通形
式组合而成的综合系统是城市经济发展的命脉是实现和传送城市各种功能的载体
是城市人流物流信息流的运输通道城市交通发展水平的高低直接影响着居民生
活质量的改善水平城市功能的发挥程度以及城市的综合竞争力的提高能力20世纪
90年代以来各城市线网密度及人均道路面积不断提高为城市交通的发展奠定了良
好的基础将使城市交通有一个新的飞跃自1990年以来我们进一步吸收了国际
上先进的城市交通规划的理论和方法城市交通规划的内容更加综合化与城市的形
态布局土地开发与利用紧密结合起来在城市交通网络的建设方面也取得了很大的
成绩在交通路网的基础建设方面的投资力度加大10多年来城市道路面积和长度
总量每年都以10%以上的速度递增万人拥有的城市道路长度指标由3.3公里提高到
6.3公里人均拥有城市道路的面积也从2.8平方米提高到7.84平方米对城市基础
[5]
设施的投入仅在2003年的投入就有2806.8亿元比2002年增长21.4%为了优
先发展城市基础设施建设部提出了城市基础设施发展十五期间总的目标市政
公用事业的服务功能服务水平要基本适应我国经济和社会发展的要求初步建立起
较为完善的社会化综合服务体系城市投资环境和人民生活环境质量有明显的改善
总体服务能力和水平要达到或接近中等发达国家20世纪80年代初期的水平到2010
年城市基础设施的整体发展速度应略高于国民经济和社会发展的平均速度其主要发
[6]
展水平应达到或接近中等发达国家20世纪90年代的水平
1.2研究城市交通网络布局与优化策略的重要意义
城市交通作为城市的最主要的基础设施之一是城市经济和社会发展的主要支
柱随着城市交通机动化程度的提高城市交通可持续发展的问题再一次显现出来
成为制约城市经济和社会发展的关键因素国外有关专家认为交通规划应先于建设布
局城市交通作为最重要的基础设施之一应占有特殊的地位欲建立理想的城市结
构必须超前发展作为城市骨架的合理的道路交通系统把城市交通建设同城市结构
的形成和发展紧密地联系起来
1970年代以前交通规划实践主要关注路网规划和设计进行一些分散和小规模
的研究注重局部交通流的特性分析重点解决交叉口的交通组织和设计方法大规
2模的研究开始于1970年代末期当时城市的交通量不是很大但城市道路设施不完
善大城市出现交通拥挤使得人们开始探索通过利用和改善现有道路交通设施提高
通行能力的手段来探索城市路网如何满足交通流的需求1980年代初期西方交通规
划理论和方法开始传入我国研究的试点进入了交通产生领域进入了系统研究的轨
道在天津市综合交通调查之后短短78年时间内全国约有4050个城市进行
了综合交通调查并在此基础上进行交通规划国家重点研究课题大城市综合交通
规划体系模式的研究把交通与土地集合起来使交通规划研究上了一个新水平这
一时期的交通规划重点是综合交通调查但对如何使用调查结果编制富有应变能力的
交通规划方案则未能引起重视立交桥与城市环路的建设成为这一时期交通建设的重
[7]
点进入1990年代以来上述因素的积淀使得城市交通规划进入困惑期旧城改造
采取了高密度大容量的土地开发原有的交通设施无法满足随着而来的巨大的交通
需求由于种种原因城市建设没有按照规划的意图实现而编制的规划也不具备这
样的硬件条件因此失去了对城市发展的指导作用最初大城市交通规划编制周期
较长中小城市则不敢问津而且城市建设速度与数量达到了前所未有的程度但
并未达到预期的目的因此对交通规划在城市建设中的作用产生怀疑开始对交通
规划的手段和方法进行新的探讨
1.2.1城市交通存在问题
对比国内外交通的发展不难发现目前我国在发展过程中主要表现在以下几个
方面
1失衡的道路交通特征
个体交通的不断发展与公共交通的不断萎缩形成了鲜明的对比导致交通方式及
结构极不合理交通效率下降城市交通正常运行受到影响浪费了大量的运力增
加了能耗道路交通量的增长与道路供应设施滞后之间的矛盾导致车速下降车辆延
误大大增加.以北京市为例19861990年市区干道负荷年平均递增4.5%19901994
[8]
年市区干道负荷递增猛升到18.5%其原因是道路发展严重滞后于车辆增长外
围交通的增长与道路系统的发展不协调导致难以有效组织各层次交通的运作造成
了不必要的向心交通对中心区的路网带来了巨大的压力
2交通用地水平低
中国大城市的交通用地所占的比例远远低于伦敦东京等国际大都市相应的指标
水平中国人口密度高也导致人均道路面积很低同时城市交通基础设施投资严重不
3足据联合国推荐城市基础设施建设费用占国民生产总值GNP的比重应为3%-5%
但中国直到1993年仅达到1.66%一些国际城市的道路用地率分别为华盛顿45.0%
伦敦35.0%东京23.0%汉城18.0北京11.4%
3交通管理水平低
管理落后是中国大城市交通有效供给不足的重要原因.在同等路况车况下通行
能力远远落后于发达国家事故率却大大高于发达国家北京有中国最好的交通管理
设施但与东京相比交通标志仅为东京的70%步行通道仅为东京的4.8%交通
枢纽仅为东京的3%
1.2.2规划研究方面的经验教训
1规划建设采用救火式的模式仅重视改善点和线的交通忽略了系统结
构规划和建设注重应急措施对策忽视长远战略方案与可持续发展相违背
2公交发展不力政策倾斜不够未能起到主导作用公交运行机制在公交企
业经济效益和交通社会效益侧重点上难以平衡导致公交发展不当车型落后公交
客运量连年下降不断萎缩从而诱发了私人交通的更多增长造成路面更加阻塞
导致交通恶性循环
3交通发展与城市土地利用脱节导致了城市布局未能拉开分散交通源建
立多中心结构是解决交通问题的根本出路过于集中于老城中心高密度地区的交通建
设只能更加强化其功能和提高土地价值而对新区的发展又缺乏交通系统支持使
[9]
城市难以扩展或发展缓慢
4忽略了静态交通规划与建设停车设施不足加剧了道路交通阻塞车辆停
放已成为市区交通一大问题停车设施的不足和缺乏规划及科学的管理造成非法路
边停车及车辆兜圈增加额外交通压力加剧了道路交通的拥挤
城市交通系统涉及面广解决城市交通问题必须采取综合措施总体上看应根
据问题的范围和目的从如下两个层次上采取系统的对策
1是从城市规划土地使用的角度避免城市人口城市功能过度集中造
成交通需求总量超过城市的交通容量极限避免城市商务区土地使用强度过大而使城
市交通问题无法解决
2是通过提高城市交通网络容量通过实现城市交通的科学化现代化管理
等措施充分有效地利用现有城市交通网络使现有的城市交通基础设施发挥最大地
作用41.2.3研究的意义
对城市交通网络的布局与优化研究的意义表现在
1城市交通网络布局与优化策略对国民经济的贡献
城市经济的发展与城市交通网络布局与优化策略是分不开的城市经济的持续快
速增长刺激了城市交通网络的建设和完善并为其提供了发展所需的资金和技术支
持同时城市交通网络的发展与完善为经济的持续稳定增长提供了保障这种保障
是互动的一方面交通基础设施建设和交通管理的不断发展是城市实现经济功能的
核心载体先进的交通网络体系促进并保障了经济的良性发展另一方面在城市经
济发展的过程中保证交通网络建设和发展的投入力度对扩大内需以拉动国民经济持
续稳定发展
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