《交通流分配》PPT课件.ppt

交通流分配交通流分配 将预测得出的交通小区i和交通小区j之间的分布交通量 tij，根据已知的道路网描述，按照一定的规则符合实际 地分配到路网中的各条道路上去，进而求出路网中各 路段a的交通流量xa 交通规划中交通分配的作用交通规划中交通分配的作用 现状OD量分配到现状交通网络上，将分配结果与相应路段的交通量观 测值相互比较，以检验模型的精度 将现状OD量分配到现状交通网络上，以分析目前交通网络的运行状况 将预测的规划年OD量预测值分配到现状交通网络上，以发现对规划年 的交通需求而言，交通供给存在的问题，为交通供给设计提供依据 将预测的规划年OD量分配到规划交通网络上，以评价交通网络规划方 案的合理性 交通分配所需要的基本资料交通分配所需要的基本资料 OD量，在城市道路网中通常采用高峰小时OD量，区域 公路网通常采用年平均日交通量的OD量 交通网络的描述 阻抗函数 交通分配的方法 ODOD量量 城市道路交通网络 对城市交通而言，如果需要研究的是城市道路网络的 交通量，交通分配最终的结果是道路上的机动车流量。 通常是以标准小汽车（PCU）为单位 我们在进行需求的对象是人流和货流。以人流而言， 方式划分之后得到的是分方式的OD量，那么如何转换到 机动车？ ODOD量量 公交线网和轨道交通网络 对于公交线网和轨道交通网络关心的是在站点 上、下客量和断面客流量，所以其分析的对象是 人流。 在处理交通网络时，首先必须把交通网络抽在处理交通网络时，首先必须把交通网络抽 象化，即把交通网络抽象为点（交叉口）与边（象化，即把交通网络抽象为点（交叉口）与边（ 路段）的集合体路段）的集合体。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 抽象的网络图抽象的网络图 交通网络表示方法 一、邻接矩阵一、邻接矩阵 邻接矩阵表示点与点之间的一般邻接关系，它邻接矩阵表示点与点之间的一般邻接关系，它 的元素的元素l(i,j)l(i,j) 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 抽象的网络图抽象的网络图 j I 123456789 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 邻接矩阵邻接矩阵 二、权矩阵二、权矩阵 点与点点与点之间的数量关系通过权矩阵（之间的数量关系通过权矩阵（D D）来反来反 应。权矩阵的元素应。权矩阵的元素d d（i i，j j）的就确定：的就确定： 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 抽象的网络图抽象的网络图 j i 123456789 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 2 2 2 0 2 2 2 0 2 2 0 1 2 2 1 0 1 2 2 1 0 2 2 0 1 2 2 0 2 2 2 0 距离权矩阵距离权矩阵 三、邻接目录法三、邻接目录法 该方法采用两组数组表示网络的邻接关系，一组为一该方法采用两组数组表示网络的邻接关系，一组为一 维数组维数组R(i)R(i)，表示与表示与i i节点相连接节点相连接 的边的条数，另一组为的边的条数，另一组为 二维数组二维数组V(i,j)V(i,j)，表示与表示与i i节点相邻接的第节点相邻接的第j j个节点的节点号个节点的节点号 。 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 抽象的网络图抽象的网络图 节点iR（i）V（i，j） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 2 3 2 3 4 3 2 3 2 2，4 1，3，5 2，6 1，5，7 2，4，6，8 3，5，9 4，8 5，7，9 6，8 邻接目录表邻接目录表 交通阻抗 交通阻抗直接影响到交通流径路的选择和流量的分配； 交通阻抗中在交通流分配时通常考虑的是时间； 在进行交通分配时，路段行驶时间与交叉口延误共同组成出 行交通阻抗； 路阻函数是指路段行驶时间与路段交通负荷，交叉口延误与 交叉口负荷之间的关系 路段阻抗函数路段阻抗函数 1 1、美国联邦公路局路阻函数模型、美国联邦公路局路阻函数模型 该模型只考虑机动车交通负荷的影响该模型只考虑机动车交通负荷的影响 ，常用于公路网规划。，常用于公路网规划。 2 2、回归路阻模型、回归路阻模型 针对我国的交通实际情况，建立以下回归关系针对我国的交通实际情况，建立以下回归关系 模型作为城市道路的路阻函数。模型作为城市道路的路阻函数。 V1V1、V2V2分别为机动车、非机动车路段交通量分别为机动车、非机动车路段交通量 。 C1C1、C2C2分别为机动车、非机动车路段实用通分别为机动车、非机动车路段实用通 行能力。行能力。 交叉口延误分析交叉口延误分析 在城市交通网络中的实际出行时间，除路段行驶时间外，交叉口 延误占有较大的比重 节点阻抗可分为两类： 不分流向类，在某个节点各流向的阻抗基本相同，用一个统一 的值Di表示车辆在节点i的延误 分流向类，不同流向的阻抗不同。交叉口即网络中的节点i的每 进口道的平均延误要分别计算。 交叉口延误分析方法交叉口延误分析方法 Webster延误公式 HCM85版延误公式 HCM2000版延误公式 最佳信号周期计算的例子最佳信号周期计算的例子 一个两相位信号控制的交叉口，各进口道的交通量和 饱和流量列于表9-2，绿灯间隔时间为7s，黄灯时间为3s ，起动损失时间为3s，试计算信号配时。 项项目北进进口南进进口东东进进口西进进口 交通量q （pcu/h ） 620720390440 饱饱和流 量（s） 2400240010001000 最佳信号周期计算的例子最佳信号周期计算的例子 项项目北进进口南进进口东东进进口西进进口 流量比y （pcu/h ） 0.260.30.390.44 Maxy1,y2 0.30.44 WebsterWebster延误公式延误公式 d（i，j）在i交叉口与j交叉口相邻进口道上的车辆 平均延误； T信号周期长度；Q进口道的交通流量； 进口道有效绿灯时间/周期长度，即绿信比； x饱和度，xQ/(S)，若S中已考虑绿信比，则取 xQ/S. WebsterWebster延误公式延误公式 第1项表示均匀车辆到达率所产生的延误； 第2项表示车辆到达随机性所产生的延误； 第3项由模拟法求出的补偿项，其参数由英国道路实验 室研究模型出来（TRRL） WebsterWebster延误公式延误公式 1.当进口饱和度较小时，Webster公式计算结果比较合理； 2.当进口饱和度较大时，如当饱和度趋向于1时，求得的延误趋向于 无穷大，因此，饱和度越接近于1，求得的延误越不正确，更无法计算 过饱和情况下的延误； 3.当0X0.67，Webster公式计算的结果才是合适的；当饱和度超 过这个范围时，公式则不使用. 4.在接近饱和和超饱和的时，需要使用HCM延误公式； 5.没有考虑非机动车的影响 出行路权的分析出行路权的分析 城市道路网规划城市道路网规划 出行路权为所有路段的行驶时间及所有交叉口的延出行路权为所有路段的行驶时间及所有交叉口的延 误之和。误之和。 公路网规划公路网规划 可不考虑交叉口延误的影响，出行路权为路段行驶可不考虑交叉口延误的影响，出行路权为路段行驶 时间时间。 交通分配方法发展历史交通分配方法发展历史 1.最早的交通分配方法是全无全有最短路径的分配方 法； 这是一种非常理想化的交通分配方法，即假设网络上 没有交通拥挤，交通阻抗是固定不变的，OD对间的流量 都分配道最短路径上 该方法在拥挤的城市道路交通网络中，分配的结果于 实际有很大的出入； 交通分配方法发展历史交通分配方法发展历史 2.平衡分配方法 1952年，Wardrop提出了交通网络平衡分配的第一、第 二定理； 开始采用系统分析方法和平衡分析方法研究交通拥挤 时的交通流分配； 交通分配方法发展历史交通分配方法发展历史 3.随机分配方法 出行者对交通阻抗的掌握只能时估计值，不可能是精确值，出行 者不同，对于同一路段不同出行者的估计值不会完全相同 与确定性分配方法相对；1977年，美国加州大学伯克利分校和麻 省理工的教授提出了随机性的分配理论； 核心思想：从起讫点到终点所有可行路径都会分配到交通流量， 按照随机性理论来分配，最常用的是logit分配模型； 交通分配方法发展历史交通分配方法发展历史 3.动态分配方法 交通需求是实时变化的，要根据路网中实时交通量状 况选择路径，从而进行交通分配； 路网上交通流的拥挤性；确定性交通分配 路径选择的随机性；随机性交通分配 交通需求的时变性；动态交通分配 交通分配方法交通分配方法 平衡分配法平衡分配法 如果分配模型满足如果分配模型满足WARDROPWARDROP第一、第一、 第二原理，则该方法为平衡分配法。第二原理，则该方法为平衡分配法。 非平衡分配法非平衡分配法 如果采用模拟方法进行分配称之为非如果采用模拟方法进行分配称之为非 平衡分配法。平衡分配法。 非平衡模型非平衡模型 最短路（全有全无）分配最短路（全有全无）分配 容量限制分配容量限制分配 多路径分配多路径分配 容量限制容量限制多路径分配多路径分配 非平衡模型分类非平衡模型分类 分配手段 形态态 无迭代分配迭代分配 单单路径型最短路（全无 全有）分配 容量限制分配 多路径型多路径分配容量限制多 路径分配 最短路交通分配最短路交通分配 在分配中，取路权（两交叉口间的在分配中，取路权（两交叉口间的 出行时间）为常数，即假设车辆的路段行出行时间）为常数，即假设车辆的路段行 驶车速、交叉口延误不受路段、交叉口交驶车速、交叉口延误不受路段、交叉口交 通负荷的影响。每一通负荷的影响。每一ODOD点对应的点对应的ODOD量被量被 全部分配在连接该全部分配在连接该ODOD点对的最短线路上，点对的最短线路上， 其他道路上分配不到交通量。其他道路上分配不到交通量。 最短路交通分配 A B 100 100 100 出行量 T(A-B)=100辆 （三）搜寻方法顶点标号法 （1）T标号概念与方法： 临时性（Temporary)标号； （2）P标号概念与方法： 永久性（Permenent)标号； 三、算法 （1）给vs以P标号，P（vs）0，其余各点均给T标号， T（vi）+； （2）若vi点为刚得到P标号的点，考虑这样的点vj (vi, vj)属于E，且vj为T标号，对vj的T标号 进行如下的更改： （3）比较所有具有T标号的点，把最小者改为P标号， 即： 当存在两个以上最小者时，可同时改为P标号。 若全部点均为P标号则停止。否则用 代vi转 回（2）。 最短路交通分配例子最短路交通分配例子 ABCD A0200200500 B2000500100 C2005000250 D5001002500 最短路径最短路径 OD点对对最短路线节线节 点号OD量 A-B1-2-3200 A-C1-4-7200 A-D1-4-5-6-9500 B-C3-6-5-4-7500 B-D3-6-9100 C-D7-8-9250 B-A3-2-1200 C-A7-4-1200 C-B7-4-5-6-3500 D-A9-6-5-4-1500 D-B9-6-3100 D-C9-8-7250 三、容量限制分配方法三、容量限制分配方法 容量限制分配是一种动态的交通分配方容量限制分配是一种动态的交通分配方 法，它考虑了路权与交通负荷之间的关系法，它考虑了路权与交通负荷之间的关系 ，即考虑了交叉口、路段的通行能力限制，即考虑了交叉口、路段的通行能力限制 ，比较符合实际情况。，比较符合实际情况。 容量限制容量限制增量加载分配增量加载分配 1 1、容量限制、容量限制增量加载分配增量加载分配 先将先将ODOD表中的每一个表中的每一个ODOD量分解成量分解成 K K部分，即将原部分，即将原ODOD表分解成表分解成K K个个ODOD表，然表，然 后分后分K K次用最短路分配模型分配次用最短路分配模型分配ODOD量，每量，每 次分配一个次分配一个ODOD分表，并且每分配一次，路分表，并且每分配一次，路 权修正一次，路权采用路阻函数修正，直权修正一次，路权采用路阻函数修正，直 到把到把K K个个ODOD分表全部分配到网络上。分表全部分配到网络上。 容量限制交通分配容量限制交通分配 A B 40+20 20 30+10 10 40 10 20+40 30+1030 出行量T(A-B) = 40+30+20+10 12345678910 1 2 3 4 5 10 100 60 50 40 30 20 40 30 30 25 20 20 20 20 15 10 15 10 10 10 5 5 5 5 5 分配次序 K 分配次数K与每次的OD量分配率（） 路段 起点 路段 终终点 自行 车车交 通量 路长长 km 自行车车 影响系 数 车车道宽宽 影响系 数 交叉口 影响系 数 设计设计 车车速 零流车车 速 路段行驶时驶时 间间s 12200020.81.1113026.72269.46 14200020.81.1113026.72269.46 21200020.81.1113026.72269.4 23200020.81.1113026.72269.46 253000211.315065110.77 第一步第一步 计算零流量车速和行驶时间计算零流量车速和行驶时间 第二步 第一次分配30%OD量 ABCD A06060150 B60015030 C60150075 D15030750 最短路径最短路径 OD点对对最短路线节线节 点号OD量 A-B1-2-360 A-C1-4-760 A-D1-4-5-6-9150 B-C3-6-5-4-7150 B-D3-6-930 C-D7-8-975 B-A3-2-160 C-A7-4-160 C-B7-4-5-6-3150 D-A9-6-5-4-1150 D-B9-6-330 D-C9-8-775 第三步,修正路权包括路段行驶时间和交叉 口延误 路段 起点 路段 终终点 机动动 车车交 通量 路长长 km 阻塞密 度 零流量 时时路段 行驶时驶时 间间s 第一次 分配厚 路段行 驶时间驶时间 12602127269.46274.39 142102127269.46288.55 21602127269.4274.39 23602127269.46274.39 2502186110.77110.77 第三步,修正路权包括路段行驶时间和交叉 口延误 路段 起点 路段 终终点 周期s饱饱和 度 进进口流 量 绿绿信比进进口道 通行能 力 延误误d1延误误d2总总延误误 d 交叉口 类类型 12400.28600.18120110.820.0410.861 14400.282100.6212012.630.042.661 21400.12600.412016.9106.912 23400.12600.412016.9106.912 25400.120017520002 第四步 第二次分配25%OD量 ABCD A05050125 B50012525 C50125062.5 D1252562.50 最短路和容量限制分配的小结最短路和容量限制分配的小结 1.共同点 最短路（全无全有分配）和容量限制分配都是建立在最短路径的 基础上。 说明出行者有网络中所有路径的出行时间的正确信息；并且能基 于信息做出正确路径选择决定，即属于确定性的路径选择行为 2.区别 最短路径选择其路权是常数，即没有考虑通行能力限制和交通拥 挤的影响，是一种理想化的交通分配方法，尤其不适用于拥挤状 态下的交通网络的分配 容量限制交通分配方法其路权是网络中交通量和通行能力的函数 ，即考虑了通行能力和交通拥挤的影响 练习练习 交通网络如图交通网络如图5-75-7a a所示，所示，ODOD矩阵如表矩阵如表5-75-7a a所示，表所示，表5-75-7b b提供提供 零流量时出行时间和交通网络中对应路段的通行能力，用以下方零流量时出行时间和交通网络中对应路段的通行能力，用以下方 法计算网络流量：法计算网络流量： 全无全有最短路径交通分配方法全无全有最短路径交通分配方法 容量限制增量加载分配法（容量限制增量加载分配法（2 2次），路阻函数如下式：次），路阻函数如下式： tt路段出行时间，路段出行时间，t t 0 0 零流量出行时间零流量出行时间 VV路段流量，路段流量，CC路段通行能力路段通行能力 图5-7a 交通网络图 1 2 3 4 1 2 3 4 5 表5-7a OD矩阵 1234 10100100100 2005050 3000100 40000 表5-7b 路段零流量出行时间和通行能力 路段12345 t01015354 C300500150200200 问题问题 出行者能否完全掌握网络中所有路径的出行时间的正 确信息？能否根据信息做出正确的路径选择决定？ 1.出行者渴望选择出行时间最短的路径；最短路因素 2.出行者不可能掌握网络中所有路径出行时间的正确信息； 3.出行者社会经济属性的不同，做出的决定也会有一定的差 别；随机性的因素 由此引出了另一种非平衡算法多路径交通分配方法 多路径交通分配方法多路径交通分配方法 1 1、分配模型、分配模型 出行者在选择出行线路时带有随机性，因此，各出行出行者在选择出行线路时带有随机性，因此，各出行 线路被选用的概率可用线路被选用的概率可用LogitLogit路径选择模型计算。路径选择模型计算。 P(r,s,k)ODP(r,s,k)OD量量T(r,s)T(r,s)在第在第k k条出行路径上的分配率；条出行路径上的分配率； t(k)t(k)第第k k条出行线路的路权；条出行线路的路权； 各出行路线的平均路权，各出行路线的平均路权， 分配参数；分配参数；mm有效出行线路条数。有效出行线路条数。 多路径概率交通分配 A B 30 P=0.3 P=0.5 20 P=0.2 50 T=100 多路径交通分配 考虑最短路、随机两因素 m A 1 kB 思路思路 1.如果采用这样的计算思路：首先找出每一个OD对所有可行路径 ，然后用Logit模型计算其分配的概率。 2.但是每一OD点对之间具有很多不同的出行路线，尤其是城市道 路交通网络，很复杂。 3.重新寻找求解的思路： 对于每个节点相连的路段，判断是否为有效路段，然后确定用 logit模型确定分担率； 首先必须确定每一OD点对（r,s）的有效路段和有效出行路线 有效路段判别条件有效路段判别条件 1.对于路段i,j，若 即表示路段终点j比路段起