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摘要：基于时空消耗法来分析道路网的供需和等级级配的合理性。本文首先通过时空消耗法计算动态的道路网容量，然后引入供求匹配、等级级配指数来分析道路网的合理性。最后，以佳木斯为例分析了佳木斯市的路网结构，对其路网的合理性一一探究。
关键字：道路网；合理性；供求匹配；等级级配
Abstract：Based on the time and space consumption method to analyze the rationality of supply and demand and grade gradation of road network. In this paper，we first calculate the dynamic road network capacity by time and space consumption method，and then introduce the matching of supply and demand，grade grading index to analyze the rationality of road network. Finally，Jiamusi is used to analyze the road network structure of Jiamusi City，and the rationality of its road network is explored.
Keywords：Road network；Rationality；Supply and demand match；Level grade
随着近年来城市化的加速发展，我国大部分城市道路的利用率均有明显的增加。由于道路网结构及土地利用的不合理，人们生活水平的提高的同时对交通的需求量也有了更高的要求，这些因素在城市道路网中引起了道路拥堵、交通污染、停车难以及交通事故等诸多问题。
本文一方面从供需关系上分析路网的合理性，另一方面从结构上分析路网的合理性，为建设与社会经济的发展阶段、发展水平相适应的城市道路网，确定与交通需求相适应的路网规模提供理论依据。
1.道路网容量的计算方法
根据定义，我们可以把道路网容量的计算方法分为两类：微观角度，道路网容量的计算方法主要有割集法等，而从宏观角度，计算方法主要是基于“时空消耗”思想的方法。
割集法是当路网达到到饱和状态时，计算所能运输的最大的交通实体数。原理是任一个带收发点的网络中，最大流的流量等于最小割集的容量，所以割集法的关键在于找到道路网上任一特定方向上的薄弱环节—最小割集。在道路网上，割集往往是由一些路段组成的，这些路段达到饱和后，这个方向就不能增加任何新的交通量了。即道路网的容量等于最小割集里所有路段的通行能力之和。按起终点的个数可分为：单起讫点[1][2]和多起讫点[3][4]算法。此方法一般适用短时间调查，然而对于复杂的道路系统而言，短时间的调查得出的结论是否适用，还有待进一步的核实，还有就是这种调查的方法需要的人数多、以及昂贵的设备，适用性有待提高。
时空消耗法能计算动出态的道路网容量值，更接近于现实的道路网情况。
2.时空消耗法
对于城市道路设施来说，一定时期内空间资源都是有限的，交通流中的每个个体都会占用道路设施的空间和时间，此时其他的交通个体只能占有除此之外的道路空间了。根据这种思想，法国工程师提出了城市资源的时空消耗概念[5]。该思想下的道路网容量[6]是指城市路网这个具有时空属性的容器内，可以为之服务的交通个体数，以图2-1为例说明。
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图2-1时空消耗法示意图
图2-1中，部分路网在瞬间提供的资源为
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，如果在时间
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到
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内有N个瞬间存在，在时间
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到
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内有N个瞬间存在，则这段路网的时空总资源如式（2-1）所示：
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（2-1）
如果车辆在瞬间占有的道路资源，为
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，则在
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到
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时间内消耗的路网资源如式（2-2）所示：
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（2-2）
在时空消耗法下，路网的容量就是：
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。
根据实际情况，城市道路设施的有效运营面积是保证交通个体安全，正常使用的道路面积。专家学者以机动车车道所占道路面积为基础，对影响交通个体安全和正常使用的因素为效果进行折减。我国的城市道路有机动车、非机动车、行人三种类型道路，分别占40%~50%、45%~60%、10%~15%。城市道路的总面积为
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，机动车比例为
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，则在考虑起其他因素的影响下，有效面积如式（2-3）所示：
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（2-3）
式中
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—等级修正系数；
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—车道修正系数；
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—路线平均使用频率系数；
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—干扰系数；
城市道路上的有效运营时间（以一个高峰小时来分析）是由机动车在平面交叉口的运行效率决定的，中外的一些学者给出了各等级道路交叉口的折减系数如表2-1所示：
因此有效运营时间如式（2-4）所示：
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（2-4）
时空消耗的修正后的容量如式（2-5）所示：
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（2-5）
式中
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—交通个体的动态面积，标准车的a=52.5~70m2；
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—出行耗时；
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—日出行次数，出行次数通常为2.5~3.0次；
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—高峰小时出行比重；
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—时间不均匀系数，一般取1.1~1.3；
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—车型修正系数，通常取0.9~0.95.
根据上述可得出道路网容量的模型如（2-6）所示：
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（2-6）
表2-1 城市道路交叉口系数值
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3.道路网容量与需求匹配分析
在道路网容量是否与需求相匹配的分析中，我们需要引入城市道路网供需匹配指数
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来判断供需的平衡情况，
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的计算方法[7][8]如式（3-1）所示：
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（3-1）
式中
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—城市道路网供求匹配的指数；
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—城市道路网的容量；
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—城市交通需求；
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值所代表的供需状况分别为：
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≤0.9供给不足；0.9<
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≤0.95基本上是匹配的；0.95<
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<1.05良好匹配；1.05≤
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<1.10基本上匹配；1.10≤
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供给充足
利用以上的公式计算城市中的α值，和规定的数值进行比较，容易得出城市中的交通供需匹配在哪个层次，从而可以制定要改进的方案，为城市路网的合理性提供足够的依据。
4.城市道路网结构分析
4.1城市道路网等级级配的合理性
城市道路网的结构分类是按城市骨架来分的，根据道路在城市总体布局中的位置和作用可分为四类：分别为快速路、主干路、次干路、支路。
此四类不同等级道路的交通功能关系如表4-1所示：
表4-1不同等级道路的交通关系
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通常所说的道路网的合理的等级结构[7]就是指在城市道路中，四种道路长度所占的相对比值，在（GB50220-95）中规定它们的比例为1：2：3：6。
城市道路网的等级结构的合理化是解决城市交通问题以及是城市经济快速发展的重要依据
4.2城市道路级配合理性研究方法
目前国内外对道路等级级配的方法研究很少，因此与之相关的合理性评价也是很少。所知道的几种方法也有本身的局限性，因此这里结合本文给出另外一种方法，就是通过上一节中计算出的各等级道路的比重，采用相对值来表明各级道路的缺乏、富余度，从而反映道路级配总体的合理性，如式（4-1）所示：
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（4-1）
式中
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—现状各等级道路长度的比重：
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—合理级配下的各等级道路长度比重：
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—评判系数值。此评判系数规定各等级道路的比重缺少、富余度超过40%，则被判为极不合理，以30%为界区分：以20%为合理与不合理的分界点：以10%为很合理和较为合理的分界点。
5.实例分析—以佳木斯为例
5.1佳木斯道路网结构特征分析
佳木斯是黑龙江省东北部地区的主要城市，城市道路网的基本布局是棋盘方格式结构，城市道路网的主要骨架由滨江路、长安路、友谊路、光复路、胜利路、站前路等构成，如图5-1：
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图5-1 佳木斯市现状道路网布局
佳木斯市道路网总长约为90.5公里，佳木斯市建面积为54平方公里。从道路网等级分类看，快速路、主干路、次干路、支路的道路长度如表5-1所示：
表5-1 佳木斯现状各等级道路网的相关指标
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5.2 佳木斯道路网的现状分析
5.2.1 现状道路网容量的计算
由表5-1所示，得到城市道路的总面积为1.88
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，前面也提到机动车所占比例
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为0.6，通过现状调查出行时耗
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为0.3，机动车的每天出行次数为2.85，而高峰小时出行比重为
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为0.2。其他数据根据第三章的数据取值即可，交通个体动态的面积
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为60m2，道路的等级修正系数
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为0.8，车道修正系数
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为0.9，路线的平均使用频率
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为0.75，干扰系数
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取0.8，交叉口利用系数
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为0.8，高峰小时不均匀系数
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为1.2，车型修正系数
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为0.9。这些代入（2-6）式得到现状道路网容量为35087pcu。
5.2.2现状道路网容量和需求匹配的计算
调查可以得出佳木斯内、外和过境交通总需求39871pcu。
由式
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，可以得出道路网容量的需求和匹配指数
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为0.88，是小于0.9的，说明城市道路网的容量是严重不足的，需要作出合理的改进。
5.2.3城市道路网的等级级配评价
由表5-1可知各等级道路长度的比例为1：8.4：3.4：4，得到等级级配评判系数值远大于30%，所以现状道路的等级级配极不合理。
5.3 道路网的改进建议
（1）城市快速路是短缺的，这会经常导致市区机动车长距离出行和对外交通的不便，应加大快速路的比例。
（2）佳木斯市的干线道路网承担着城市骨架的重要作用，所以对于它的规划相关单位要适度的超前，这种提前的规划有利于城市的快速健康发展。
（3）佳木斯应发展以公共交通为主的一体化交通，应优化道路的等级配置，建设停车设施，并加快快速路体系的建设。
结论
基于时空消耗法可以精确的计算出动态的路网容量，为道路网的规划布局提供了更加有利的理论参考依据。但是此方法没有考虑路网容量的研究时段是否合适，没有考虑数据调查花费的代价，而且此方法标定参数多，参数的标定精度难以把握。这些问题有待进一步的探讨。
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