道路交通網(wǎng)絡(luò)分析-2.ppt

,圖3-1 交通需求四階段預(yù)測法示意圖,Step1,Step2,Step3,Step4,第四章 道路交通網(wǎng)絡(luò)分析 （核心交通分配）,交通網(wǎng)絡(luò)分析研究在特定的外部環(huán)境（道路基礎(chǔ)設(shè)施、交通管理措施、交通控制方案等）和交通需求（不同交通方式的OD表）條件下道路交通流的分布情況。（交通供給與交通需求的綜合作用）,通過分析交通規(guī)劃方案實(shí)施所帶來的道路交通流的分布結(jié)果，即從整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的角度分析交通規(guī)劃、建設(shè)與管理方案的效果，從而為道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)與管理方案的制訂提供依據(jù)。,某城市機(jī)動車高峰小時(shí)路段交通量分布,某城市機(jī)動車高峰小時(shí)交叉口交通量分布,某城市高峰小時(shí)路段自行車交通量分布,應(yīng)用交通質(zhì)量評價(jià),交通負(fù)荷度：V/C 服務(wù)水平等級： A級： V/C 小于0.4， 暢行車流 B級： V/C =0.40.6， 穩(wěn)定車流（延誤小） C級：V/C =0.60.75，穩(wěn)定車流（延誤大） D級：V/C =0.750.9，接近不穩(wěn)定車流 E級：V/C =0.91.0， 不穩(wěn)定車流 F級：V/C 大于1.0， 強(qiáng)制車流,道路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案交通質(zhì)量要求,路段 交叉口 平均交通負(fù)荷度： = 0.40 = 0.60 平均道路擁擠率： = 0.05 平均交叉口延誤: = 30sec 服務(wù)水平： C 級 D 級,道路網(wǎng)絡(luò)方案調(diào)整,小規(guī)模調(diào)整: 交叉口類型調(diào)整 道路等級及寬度調(diào)整 中規(guī)模調(diào)整: 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整 道路功能調(diào)整 大規(guī)模調(diào)整 . .,交通網(wǎng)絡(luò)分析是交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的基礎(chǔ)。 那么網(wǎng)絡(luò)中的交通流是怎樣產(chǎn)生的？,從宏觀角度看，我們所看到的道路交通流量是交通需求在既有道路系統(tǒng)和交通管理系統(tǒng)條件下的具體表現(xiàn)； 從微觀角度看，道路交通流量是大量出行者對出行路徑選擇的結(jié)果。,道路交通流分布是出行者對出行路徑選擇的結(jié)果，出行者對出行路徑選擇的分析主要是通過網(wǎng)絡(luò)交通分配來實(shí)現(xiàn)的。,什么是網(wǎng)絡(luò)交通分配？ 就是把各種出行方式的OD矩陣按照一定的 準(zhǔn)則分配到交通網(wǎng)絡(luò)中的各條道路上，求 出各路段（交叉口)的交通流量及相關(guān)的 交通指標(biāo)，為交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)與評價(jià) 提供依據(jù)。,TranStar軟件進(jìn)行交通分配的演示,交通分配可以歸納為問題形式：,已知：1.道路交通網(wǎng)絡(luò)（有向圖表示形式）； 2.路段特性函數(shù)（即路段阻抗函數(shù)）； 3. OD矩陣。,求解：道路網(wǎng)絡(luò)中各路段（交叉口）的交通量及阻抗值。,Sheffi Y. Urban transportation networks: equilibrium analysis with mathematical programming methods. Englewood Cliffs: Prentice-Hall Inc,1985,其中：1.道路交通網(wǎng)絡(luò)的有向圖形式是交通網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)化描述（計(jì)算機(jī)可識別的表示方法）； 2. 路段的阻抗包含多項(xiàng)內(nèi)容，如路段行程時(shí)間、安全性、費(fèi)用和舒適程度等，但最主要的是行程時(shí)間；也可以是包含各因素的綜合阻抗； 3. 各種方式的OD矩陣一般從實(shí)際OD調(diào)查，由交通分布預(yù)測獲取。,教材主要內(nèi)容： 1、交通網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)表示方法 2、交通阻抗分析方法 3、交通分配方法 平衡分配與非平衡分配(?),1、道路網(wǎng)絡(luò)信息化處理 2、鄰接矩陣 3、鄰接目錄表 4、權(quán)矩陣,一、交通網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)表示方法,1、道路網(wǎng)絡(luò)信息化處理,將具體道路交通網(wǎng)絡(luò)（路段和交叉口）抽象為便于計(jì)算機(jī)識別和處理的信息 通過對道路和交叉口的分類體現(xiàn)交通供給條件對交通需求的影響,城市道路按道路在城市的道路系統(tǒng)中的地位、交通功能、沿線建筑物及車輛和行人進(jìn)出的服務(wù)頻率，以及行車速度分為：快速路、主干路、次干路、支路。,交通網(wǎng)絡(luò)分析中增加了高架、郊區(qū)公路和高速公路,支路 次干路 主干路 快速路,服務(wù)優(yōu)先權(quán),高,低,其他機(jī)動車,公共交通,非機(jī)動車 行人,次干路,支路,主干路,快速路,城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范,網(wǎng)絡(luò)分析中把E進(jìn)一步分為無控制和優(yōu)先權(quán)交叉口,TranGIS演示如何設(shè)定道路和交叉口屬性,2、鄰接矩陣,3、鄰接目錄表,?,?,采用兩組數(shù)表示網(wǎng)絡(luò)的鄰接關(guān)系， 一組為一維數(shù)組R(i)，表示與i節(jié)點(diǎn)相連接的邊的條數(shù)； 另一組為二維數(shù)組V(i,j)，表示與i節(jié)點(diǎn)相連接的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號,4、權(quán)矩陣,TranStar中存儲的數(shù)據(jù)與交通網(wǎng)絡(luò)圖形的互換,練習(xí)：寫出鄰接目錄表和權(quán)矩陣,交通分配可以歸納為問題形式：,已知：1.道路交通網(wǎng)絡(luò)（有向圖表示形式）； 2.路段特性函數(shù)（即路段阻抗函數(shù)）； 3. OD矩陣。,求解：道路網(wǎng)絡(luò)中各路段（交叉口）的交通量及阻抗值。,Sheffi Y. Urban transportation networks: equilibrium analysis with mathematical programming methods. Englewood Cliffs: Prentice-Hall Inc,1985,A,B,40+20,20,30+10,10,40,10,20+40,30+10,30,出行量T(A-B) = 40+30+20+10,每一OD對之間有很多條路徑，如何將OD量正確、合理地分配到這些路徑上？這是交通分配問題的核心。,選擇路徑行為？ 采用何種分配方法？,權(quán)矩陣在表示交通網(wǎng)絡(luò)時(shí)，就考慮了交通阻抗，體現(xiàn)了實(shí)際交通狀況 實(shí)際中交通阻抗大，道路越擁堵，路徑被選擇的概率就越小 阻抗是出行者路徑選擇行為的基礎(chǔ),二、交通阻抗分析方法,阻抗，在交通網(wǎng)絡(luò)分配中又稱為路權(quán),交通分配中的路權(quán)(即兩交叉口之間的出行時(shí)間)等于路段行駛時(shí)間與交叉口延誤之和 T(i,j)=t(i,j)+d(i,j) T(i,j)路段i,j的路權(quán)； t(i,j)路段i,j的行駛時(shí)間； d(i,j)在i交叉口與j交叉口相鄰進(jìn)口道上的車輛平均延誤,路段路阻函數(shù),常用模型 美國聯(lián)邦公路局路阻函數(shù)模型 回歸路阻函數(shù)模型,路段路阻函數(shù)理論模型,交叉口延誤,進(jìn)口道飽和度較小，Webster 公式,進(jìn)口道飽和度較大， HCM2000,阻抗，在交通網(wǎng)絡(luò)分配中又稱為路權(quán),交通分配中的路權(quán)(即兩交叉口之間的出行時(shí)間)等于路段行駛時(shí)間與交叉口延誤之和 T(i,j)=t(i,j)+d(i,j) T(i,j)路段i,j的路權(quán)； t(i,j)路段i,j的行駛時(shí)間； d(i,j)在i交叉口與j交叉口相鄰進(jìn)口道上的車輛平均延誤,A,B,40+20,20,30+10,10,40,10,20+40,30+10,30,出行量T(A-B) = 40+30+20+10,每一OD對之間有很多條路徑，如何將OD量正確、合理地分配到這些路徑上？這是交通分配問題的核心。,選擇路徑行為？ 采用何種分配方法？,顯然，對于交通分配的基本要求，就是所得到的道路 交通量應(yīng)該最大限度的符合實(shí)際交通情況。 正確的交通分配方法應(yīng)能較好地再現(xiàn)實(shí)際交通狀態(tài)， 這種交通狀態(tài)是出行者路徑選擇的結(jié)果。 因此，出行者路徑選擇準(zhǔn)則成為交通分配問題建模 和求解的前提，這就涉及源于路段阻抗和流量相互 作用關(guān)系的平衡概念。,交通網(wǎng)絡(luò)中的平衡概念,經(jīng)濟(jì)學(xué)家Knight(1924)最早應(yīng)用“平衡”一詞來描述交通流狀態(tài)，此后一段時(shí)期的交通網(wǎng)絡(luò)平衡問題還停留在概念描述和實(shí)例說明階段。 Wardrop(1952)提出了2個(gè)著名的出行者路徑選擇行為準(zhǔn)則，由此推出了用戶平衡（User Equilibrium, 簡稱 UE）和系統(tǒng)最優(yōu)（System Optimum, 簡稱SO）的概念。標(biāo)志著交通網(wǎng)絡(luò)平衡概念從描述轉(zhuǎn)為嚴(yán)格刻畫。,Wardrop平衡原理,Wardrop第一原理(UE原理)： 網(wǎng)絡(luò)上的交通以這樣一種方式分布，就是所有使用的路線都比沒有使用的路線阻抗?。?前提假設(shè)? （1）所有用戶（即出行者）都試圖選擇最短路徑到達(dá)其目的地； （2）所有用戶都根據(jù)同一標(biāo)準(zhǔn)判斷路徑的長短； （3）所有用戶都可以得到當(dāng)前交通狀態(tài)下可供選擇路徑的全部信息。,Wardrop第二原理(SO原理)： 網(wǎng)絡(luò)上的交通以這樣一種方式分布，使得網(wǎng)絡(luò)總阻抗最小。 （如：車輛在網(wǎng)絡(luò)上的分布，使得網(wǎng)絡(luò)上所有車輛的總出行時(shí)間最?。?在普通的交通網(wǎng)絡(luò)中幾乎不可能出現(xiàn)第二原理所描述的狀態(tài)，除非所有的出行者互相協(xié)作，為系統(tǒng)最優(yōu)而調(diào)整出行路徑選擇行為。 第二原理一般作為系統(tǒng)的評價(jià)指標(biāo)，為交通規(guī)劃和管理人員提供一種決策方法。,國際上通常把交通分配方法分為 平衡模型和非平衡模型兩大類 劃分依據(jù)（？） 看是否滿足Wardrop第一原理、第二原理,交通分配方法,如果交通分配模型滿足Wardrop第一或第二原理，則該模型為平衡分配模型； 滿足第一原理的稱為用戶平衡分配模型（User-Optimized Equilibrium） 滿足第二原理的稱為系統(tǒng)最優(yōu)分配模型（Syetem-Optimized Equilibrium） 如果交通分配模型不使用Wardrop原理，而是采用了模擬方法，則該模型為非平衡模型。,平衡分配方法,如果交通分配模型滿足Wardrop第一或第二原理，則該模型為平衡分配模型； 滿足第一原理的稱為用戶平衡分配模型（User-Optimized Equilibrium） 滿足第二原理的稱為系統(tǒng)最優(yōu)分配模型（Syetem-Optimized Equilibrium）,用戶平衡分配模型- P86,（式1） （式2） （式3） （式4）,目標(biāo)函數(shù)是網(wǎng)絡(luò)中所有弧阻抗函數(shù)積分和最小,用戶平衡分配模型 基本思想是：在交通網(wǎng)絡(luò)達(dá)到平衡時(shí)，所有被利用的路徑具有相等而且最小的阻抗，未被利用的路徑與其具有相等或更大的阻抗。 模型的核心是交通網(wǎng)絡(luò)中的用戶都試圖選擇最短路徑，而最終使被選擇的路徑的阻抗最小且相等。 該模型是一種用于描述UE原理的數(shù)學(xué)規(guī)劃（Mathematical Programming, 簡稱MP）模型。,A,B,40+20,20,30+10,10,40,10,20+40,30+10,30,出行量T(A-B) = 40+30+20+10,出行量守恒條件,用戶平衡分配模型反映了用戶對路徑選擇的行為準(zhǔn)則： 任何系統(tǒng)中有行為選擇能力的個(gè)體總是以自己利益最大化來決定自己的行為。 因此，用于描述UE原理的用戶平衡分配模型正是反映了交通網(wǎng)絡(luò)中用戶選擇出行路徑的實(shí)際情況。,系統(tǒng)最優(yōu)分配模型-P87,（式1） （式2） （式3） （式4）,目標(biāo)函數(shù)是網(wǎng)