交通運輸規(guī)劃第八章交通分配

1、交通運輸規(guī)劃第八章交通分配The four stepsTraffic Generation Traffic DistributionTraffic Modal SplitTraffic Assignment交通分配是“四階段”的最后一個階段，也是規(guī)劃方案設(shè)計的理論基礎(chǔ)，分配的前瞻性、合理性對系統(tǒng)規(guī)劃效果有著至關(guān)重要的影響。鑒于系統(tǒng)的復雜性，交通分配理論研究仍不成熟，因此是交通運輸領(lǐng)域研究的熱點和難點問題。2第一節(jié) 概述第二節(jié) 交通分配的程序第三節(jié) 交通分配的方法3第一節(jié) 概述一、基本概念交通分配、路徑與最短路、交通阻抗“四階段”模型完成二、交通分配的基本原理三、交通網(wǎng)絡(luò)的表示鄰接矩陣、鄰接目錄

2、表、阻抗矩陣4一、基本概念1、交通分配已知各小區(qū)之間的各種交通方式的出行分布量，具體地確定他們所選的出行路線，即把各個小區(qū)之間的各種交通方式的出行分布量具體地分配到各條路線上去的過程。具體包括三個內(nèi)容：（1）現(xiàn) 現(xiàn)，分析目前交通網(wǎng)絡(luò)的運行現(xiàn)狀，或?qū)F(xiàn)狀出行量與相應路段的分配結(jié)果進行比較，檢驗“四階段”模型的精確性；5（2）規(guī) 現(xiàn)，分析現(xiàn)狀路網(wǎng)在規(guī)劃年的適用性，為未來交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計提供依據(jù)。（3）規(guī) 規(guī)，評價交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方案。就交通分配的工作特點包括：（1）固定運行線路：集體運輸；（2）不固定運行線路：個體運輸，出行者自行選擇運行線路。6就城市道路網(wǎng)來說需要特別指出的是：（1）出行分布量一

3、般是指以標準小汽車為單位的機動車的分配，人 車；（2）不包括固定線路行駛的車輛；（3）以后討論的分配方法同樣適用于出行個體對固定線路運行的交通線路和工具的選擇。72、路徑與最短路徑（1）路段：交通網(wǎng)絡(luò)上相鄰兩個節(jié)點之間的交通線路；（2）路徑：交通網(wǎng)絡(luò)中任意一對OD點之間，從出行的產(chǎn)生點到吸引點一串連通的路段的有序排列即為該OD點之間的路徑，一對OD 點之間可有多條路徑；（3）最短路徑：一對OD點之間總阻抗最小的路徑，一對OD 點之間最短路不是唯一的。83、路阻函數(shù)（Link Performance Functions）A mathematical formula representing th

4、e travel impedance, level of service of the linkAs known as link cost functionTravel time is the measure used most often. (有時候會考慮距離和固定費用： link distance + fixed costs )Crucial to traffic assignment9Expected nice propertiesA convex function 凸函數(shù)Positive, nonlinear, strictly increasing functions of link

5、 flow 是流量的正的，非線性嚴格遞增的函數(shù)The most famous one is the BPR (Bureau of Public Roads) function10包括兩大類：（1）路段上的交通阻抗a、單交通網(wǎng)絡(luò)，阻抗一般為出行時間；b、時間與距離成正比的交通網(wǎng)絡(luò)，阻抗為出行時間或距離；c、時間與距離不成正比的交通網(wǎng)絡(luò)，阻抗與流量有關(guān)，比較復雜。（2）交叉口處的交通阻抗11（1）路段上的交通阻抗BPR function12返回13 2、交叉口處的交通阻抗（1）不分流向：交叉口各流向阻抗基本相同：（2）分流向：右轉(zhuǎn)、直行、左轉(zhuǎn) 返回14The four stepsTraffic G

6、eneration Traffic DistributionTraffic Modal SplitTraffic AssignmentWhether?Where?Which mode?Which road?15The four stepsTrip generation:Determine the number of trips originating and terminating in different zones of the study area.Output: trip production & attraction.Trip distribution:Describe the al

7、location of trips from a point of origin to the destination zones.Output: OD matrix.16The four steps (contd)Mode choice (Modal split):Determine the portion of the total number of trips made between an origin and destination using different transport modes.Output: mode usage rate （方式劃分率）.Route choice

8、 (Traffic assignment):Allocate OD trips to routes in the transportation network to estimate the resulting volume, travel time and speed, etc.Output: traffic flow on the sections and pattern (路段上的交通流量以及交通方式). 返回17二、交通分配原理（ Principles Traffic Assignment ）Elements of Traffic Assignment（1）Graph represen

9、tation of the networkcentroids, links, nodes, connectors（2）Link performance function(s)（3）Principles of route choice18The final step in the modeling process.Vehicle trips from one zone to another are assigned to specific travel routes between zones.This assignment is done on the basis of minimum gen

10、eralized cost (最小的通用費用) of travel between each O-D pair of zones 但并不表示路徑唯一！This generalized cost as defined earlier is a linear combination of the link journey time and the link distance + fixed costs such as parking or tolls.When we are done we have an assigned network!19Traffic Assignment201、交通均衡問

11、題Wardrop第一原理：在路網(wǎng)的使用者都知道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)并試圖選擇最短路徑時，路網(wǎng)會達到這樣一種均衡狀態(tài)，每對OD點之間各條被利用的路徑的走行時間都相等而且是最小的走行時間，而沒有被利用的路徑的走行時間都大于或等于這個最小的走行時間。212、非交通均衡問題 返回分類阻抗不變時阻抗可變時單路徑最短路（全有全無）分配阻抗可變單路徑分配多路徑多路徑分配阻抗可變多路徑分配22三、交通網(wǎng)絡(luò)的表示借用“圖論”的基本知識：（1）把交通網(wǎng)絡(luò)中的出行生成點、吸引點、線路交叉點看做是“圖”的節(jié)點，把任意兩個節(jié)點之間的交通線路看做是“圖”的邊。（2）如果某條交通線路是單向的，用帶箭頭的有向邊表示，雙向的用無箭頭的邊

12、表示。用該數(shù)學方法描述交通網(wǎng)絡(luò)常用的三種方法：23（1）鄰接矩陣（2）鄰接目錄表采用兩組數(shù)組表示網(wǎng)絡(luò)的鄰接關(guān)系：a、R（i），表示與i節(jié)點相連接的邊的條數(shù)；b、V（i，j），表示與i節(jié)點相鄰接的第j個節(jié)點的節(jié)點號。24節(jié)點iR(i)V（i，j）12325（3）阻抗矩陣根據(jù)帶阻抗的交通網(wǎng)絡(luò)圖，可定義阻抗矩陣：26167238594333333224425作業(yè)：用上述三種方法描述下面的路網(wǎng)。27第二節(jié) 交通分配的程序一、分配目標二、交通分配過程中的基本輸入三、交通分配的步驟四、構(gòu)造樹28一、交通分配目標基本目標：1、獲取路網(wǎng)數(shù)據(jù)；2、估計特定需求水平下出行時間（費用）；3、獲取路段流量、確定擁堵路

13、段。重要目標：1、估計OD對之間的使用路段；2、分析每個OD對之間出行路徑的選擇；3、獲取交叉口處車輛轉(zhuǎn)彎信息。29二、交通分配過程中的基本輸入1、確定研究區(qū)域的出行矩陣；2、由1確定各路段時間流量曲線；3、確定交通流分配準則。三、交通分配過程1、構(gòu)造樹；2、路段流量分配；3、路網(wǎng)容量分配。30四、構(gòu)造樹在交通分配的過程中，首先要確定各OD對之間所有的有可能吸引出行者的路徑，這一系列路徑被確定后儲存在一個“樹”形的特殊結(jié)構(gòu)中，這個過程即為“構(gòu)造樹”的過程。最短路樹：從出行地S點出發(fā)到路網(wǎng)中其他節(jié)點均是最短路的樹，稱為S點的最短樹。 返回31第三節(jié) 交通分配方法把預測的OD量按一定方法分配到交通

14、網(wǎng)絡(luò)中的過程。交通分配模型通常分為非平衡模型：non-equilibrium models最短路（全有全無）交通分配法 shortest path method (also called all-or-nothing method)容量限制法minimum path with capacity restraints method多路徑概率交通分配法 (probability of multi-path method)容量限制多路徑分配平衡模型：Equilibrium modelsUser EquilibriumSystem Optimization32一、最短路分配法（ Shortest Pa

15、th Method ）也叫全有全無分配法，是一種靜態(tài)的交通分配方法；基本假設(shè)：（1）兩點間的行駛時間為常數(shù)；（2）在分配中，取路阻（兩交叉口間的出行時間）為常數(shù)，即假設(shè)車輛的路段行駛車速、交叉口延誤不受路段、交叉口交通負荷的影響。每一OD點對應的OD量被全部分配在連接該OD點對的最短線路上，其他道路上分配不到交通量。（3）所有的OD對的OD量按上述原則全部分配在路網(wǎng)上，累加各路段的交通量。33（4）該分配法進行交通分配時，不考慮路段通行能力的限制；（5）交通量不會影響行車速度。特點：計算簡單；是其他分配方法的基礎(chǔ)。缺點：交通量在路網(wǎng)上分配不均，出行的交通量全部集中在最短路上；且網(wǎng)絡(luò)總費用值較大

16、。 總費用關(guān)鍵是求最短路：最常用的方法有Dijkstra算法。34最短路交通分配法的步驟：確定路段行駛時間。確定各OD點之間的最短路徑。各交通區(qū)之間的交通量全部放在路阻最小的路徑上，其余的路徑上的交通量為零。累計得出各路段的交通量。35Example:用最短路法分配該OD矩陣 ODABCDA0200200500B2000500100C2005000250D500100250036解:（1）確定路段行駛時間 （已知的）（2）確定A、B、C、D四個交通區(qū)的最短路徑?？捎肈ijkstra的方法求得：37（3）分配OD量將各OD點對的OD量分配到與該OD點對相對應的最短路徑上。3839二、容量限制分配

17、法把交通量分配到最小路阻的線路上：考慮了車速與交通量之間的關(guān)系，即考慮了交叉口、路段的通行能力限制，比較符合實際情況。容量限制分配法的關(guān)鍵是路阻的確定。40課堂作業(yè)： ODABCDA0200200500B2000500100C2005000250D5001002500已知A、B、C、D四OD點間交通量如下表，各點之間出行時間如下圖根據(jù)圖表所給信息，用最短路法分配該OD矩陣。123456789ABCD322435341341容量限制分配法的步驟：1. 把交通路網(wǎng)表示為“圖”,以“零流量”路段行程時間開始；2.依次對每個起點分區(qū)計算通過路網(wǎng)的最短行程時間的通路；3.按全有全無分配模型,將OD點的交

18、通模式加到路網(wǎng)；4.計算分配到每條路段上的交通量；42容量限制分配法的步驟：5.考慮流量與行程時間的關(guān)系，用分配給路段的交通量計算路段行程時間，重新計算最短路；6.按全有全無分配模型將原來OD點的交通模式加到路網(wǎng)上,但要用由步驟5得出的新的最短路上；7.返回到步驟4，繼續(xù)分配，直到分配的交通量和行程時間穩(wěn)定為止。43容量限制法進行分配時，需先將OD表中的每一個OD量分解成k部分，即分解成k個OD分表，然后分k次用最短路法分配，每次分配一個OD分表，并且每分配一次，路阻修正一次，直到把k個OD分表全部分配在路網(wǎng)上。44分配次數(shù)k與每次的OD分配率(%)45三、多路徑概率分配法出行者希望選擇效用最大的路徑出行最短路因素但是路網(wǎng)有其復雜性和交通狀況的隨機性，出行者在選擇出行路線的時候往往帶有不確定性隨機因素考慮這兩種因素的主次地位，各出行線路被選用的概率可用Logit型的路徑選擇模型計算。4647多路徑概率分配法中的有效路段和有效出行路徑：有效路段：定義有效路段i,j為路段終點j比路段起點i更靠近出行終點s的路段。有效路徑：由有效路段組成的連接OD的路徑。每一OD量只在它相應的有效出行路徑上進行分配。