道路交通網絡分析-2.ppt

,圖3-1 交通需求四階段預測法示意圖,Step1,Step2,Step3,Step4,第四章 道路交通網絡分析 （核心交通分配）,交通網絡分析研究在特定的外部環(huán)境（道路基礎設施、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)劃方案實施所帶來的道路交通流的分布結果，即從整個城市交通網絡的角度分析交通規(guī)劃、建設與管理方案的效果，從而為道路交通基礎設施的規(guī)劃、建設與管理方案的制訂提供依據(jù)。,某城市機動車高峰小時路段交通量分布,某城市機動車高峰小時交叉口交通量分布,某城市高峰小時路段自行車交通量分布,應用交通質量評價,交通負荷度：V/C 服務水平等級： 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?。?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， 強制車流,道路網絡規(guī)劃方案交通質量要求,路段 交叉口 平均交通負荷度： = 0.40 = 0.60 平均道路擁擠率： = 0.05 平均交叉口延誤: = 30sec 服務水平： C 級 D 級,道路網絡方案調整,小規(guī)模調整: 交叉口類型調整 道路等級及寬度調整 中規(guī)模調整: 網絡結構調整 道路功能調整 大規(guī)模調整 . .,交通網絡分析是交通網絡規(guī)劃的基礎。 那么網絡中的交通流是怎樣產生的？,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果。,道路交通流分布是出行者對出行路徑選擇的結果，出行者對出行路徑選擇的分析主要是通過網絡交通分配來實現(xiàn)的。,什么是網絡交通分配？ 就是把各種出行方式的OD矩陣按照一定的 準則分配到交通網絡中的各條道路上，求 出各路段（交叉口)的交通流量及相關的 交通指標，為交通網絡的規(guī)劃設計與評價 提供依據(jù)。,TranStar軟件進行交通分配的演示,交通分配可以歸納為問題形式：,已知：1.道路交通網絡（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：道路網絡中各路段（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.道路交通網絡的有向圖形式是交通網絡的數(shù)學化描述（計算機可識別的表示方法）； 2. 路段的阻抗包含多項內容，如路段行程時間、安全性、費用和舒適程度等，但最主要的是行程時間；也可以是包含各因素的綜合阻抗； 3. 各種方式的OD矩陣一般從實際OD調查，由交通分布預測獲取。,教材主要內容： 1、交通網絡的計算機表示方法 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、道路網絡信息化處理 2、鄰接矩陣 3、鄰接目錄表 4、權矩陣,一、交通網絡的計算機表示方法,1、道路網絡信息化處理,將具體道路交通網絡（路段和交叉口）抽象為便于計算機識別和處理的信息 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出的服務頻率，以及行車速度分為：快速路、主干路、次干路、支路。,交通網絡分析中增加了高架、郊區(qū)公路和高速公路,支路 次干路 主干路 快速路,服務優(yōu)先權,高,低,其他機動車,公共交通,非機動車 行人,次干路,支路,主干路,快速路,城市道路交通規(guī)劃設計規(guī)范,網絡分析中把E進一步分為無控制和優(yōu)先權交叉口,TranGIS演示如何設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)表示網絡的鄰接關系， 一組為一維數(shù)組R(i)，表示與i節(jié)點相連接的邊的條數(shù)； 另一組為二維數(shù)組V(i,j)，表示與i節(jié)點相連接的第j個節(jié)點的節(jié)點號,4、權矩陣,TranStar中存儲的數(shù)據(jù)與交通網絡圖形的互換,練習：寫出鄰接目錄表和權矩陣,交通分配可以歸納為問題形式：,已知：1.道路交通網絡（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：道路網絡中各路段（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？,權矩陣在表示交通網絡時，就考慮了交通阻抗，體現(xiàn)了實際交通狀況 實際中交通阻抗大，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,二、交通阻抗分析方法,阻抗，在交通網絡分配中又稱為路權,交通分配中的路權(即兩交叉口之間的出行時間)等于路段行駛時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； t(i,j)路段i,j的行駛時間； d(i,j)在i交叉口與j交叉口相鄰進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,進口道飽和度較小，Webster 公式,進口道飽和度較大， HCM2000,阻抗，在交通網絡分配中又稱為路權,交通分配中的路權(即兩交叉口之間的出行時間)等于路段行駛時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； t(i,j)路段i,j的行駛時間； d(i,j)在i交叉口與j交叉口相鄰進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 交通量應該最大限度的符合實際交通情況。 正確的交通分配方法應能較好地再現(xiàn)實際交通狀態(tài)， 這種交通狀態(tài)是出行者路徑選擇的結果。 因此，出行者路徑選擇準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 作用關系的平衡概念。,交通網絡中的平衡概念,經濟學家Knight(1924)最早應用“平衡”一詞來描述交通流狀態(tài)，此后一段時期的交通網絡平衡問題還停留在概念描述和實例說明階段。 Wardrop(1952)提出了2個著名的出行者路徑選擇行為準則，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。標志著交通網絡平衡概念從描述轉為嚴格刻畫。,Wardrop平衡原理,Wardrop第一原理(UE原理)： 網絡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? （1）所有用戶（即出行者）都試圖選擇最短路徑到達其目的地； （2）所有用戶都根據(jù)同一標準判斷路徑的長短； （3）所有用戶都可以得到當前交通狀態(tài)下可供選擇路徑的全部信息。,Wardrop第二原理(SO原理)： 網絡上的交通以這樣一種方式分布，使得網絡總阻抗最小。 （如：車輛在網絡上的分布，使得網絡上所有車輛的總出行時間最?。?在普通的交通網絡中幾乎不可能出現(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)而調整出行路徑選擇行為。 第二原理一般作為系統(tǒng)的評價指標，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）,目標函數(shù)是網絡中所有弧阻抗函數(shù)積分和最小,用戶平衡分配模型 基本思想是：在交通網絡達到平衡時，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絡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則： 任何系統(tǒng)中有行為選擇能力的個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絡中用戶選擇出行路徑的實際情況。,系統(tǒng)最優(yōu)分配模型-P87,（式1） （式2） （式3） （式4）,目標函數(shù)是網