《道路交通网络分析》PPT课件.ppt

图3 1交通需求四阶段预测法示意图 Step1 Step2 Step3 Step4 第四章道路交通网络分析 核心 交通分配 交通网络分析研究在特定的外部环境 道路基础设施 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 条件下道路交通流的分布情况 交通供给与交通需求的综合作用 通过分析交通规划方案实施所带来的道路交通流的分布结果 即从整个城市交通网络的角度分析交通规划 建设与管理方案的效果 从而为道路交通基础设施的规划 建设与管理方案的制订提供依据 某城市机动车高峰小时路段交通量分布 某城市机动车高峰小时交叉口交通量分布 某城市高峰小时路段自行车交通量分布 应用 交通质量评价 交通负荷度 V C服务水平等级 A级 V C小于0 4 畅行车流B级 V C 0 4 0 6 稳定车流 延误小 C级 V C 0 6 0 75 稳定车流 延误大 D级 V C 0 75 0 9 接近不稳定车流E级 V C 0 9 1 0 不稳定车流F级 V C大于1 0 强制车流 道路网络规划方案交通质量要求 路段交叉口平均交通负荷度 0 40 0 60平均道路拥挤率 0 05平均交叉口延误 30sec服务水平 C级D级 道路网络方案调整 小规模调整 交叉口类型调整道路等级及宽度调整中规模调整 网络结构调整道路功能调整大规模调整 交通网络分析是交通网络规划的基础 那么网络中的交通流是怎样产生的 从宏观角度看 我们所看到的道路交通流量是交通需求在既有道路系统和交通管理系统条件下的具体表现 从微观角度看 道路交通流量是大量出行者对出行路径选择的结果 道路交通流分布是出行者对出行路径选择的结果 出行者对出行路径选择的分析主要是通过网络交通分配来实现的 什么是网络交通分配 就是把各种出行方式的OD矩阵按照一定的准则分配到交通网络中的各条道路上 求出各路段 交叉口 的交通流量及相关的交通指标 为交通网络的规划设计与评价提供依据 TranStar软件进行交通分配的演示 交通分配可以归纳为问题形式 已知 1 道路交通网络 有向图表示形式 2 路段特性函数 即路段阻抗函数 3 OD矩阵 求解 道路网络中各路段 交叉口 的交通量及阻抗值 SheffiY Urbantransportationnetworks equilibriumanalysiswithmathematicalprogrammingmethods EnglewoodCliffs Prentice HallInc 1985 其中 1 道路交通网络的有向图形式是交通网络的数学化描述 计算机可识别的表示方法 2 路段的阻抗包含多项内容 如路段行程时间 安全性 费用和舒适程度等 但最主要的是行程时间 也可以是包含各因素的综合阻抗 3 各种方式的OD矩阵一般从实际OD调查 由交通分布预测获取 教材主要内容 1 交通网络的计算机表示方法2 交通阻抗分析方法3 交通分配方法 平衡分配与非平衡分配 1 道路网络信息化处理2 邻接矩阵3 邻接目录表4 权矩阵 一 交通网络的计算机表示方法 1 道路网络信息化处理 将具体道路交通网络 路段和交叉口 抽象为便于计算机识别和处理的信息通过对道路和交叉口的分类体现交通供给条件对交通需求的影响 城市道路按道路在城市的道路系统中的地位 交通功能 沿线建筑物及车辆和行人进出的服务频率 以及行车速度分为 快速路 主干路 次干路 支路 交通网络分析中增加了高架 郊区公路和高速公路 支路次干路主干路快速路 服务优先权 高 低 其他机动车 公共交通 非机动车行人 次干路 支路 主干路 快速路 城市道路交通规划设计规范 网络分析中把E进一步分为无控制和优先权交叉口 TranGIS演示如何设定道路和交叉口属性 2 邻接矩阵 3 邻接目录表 采用两组数表示网络的邻接关系 一组为一维数组R i 表示与i节点相连接的边的条数 另一组为二维数组V i j 表示与i节点相连接的第j个节点的节点号 4 权矩阵 TranStar中存储的数据与交通网络图形的互换 练习 写出邻接目录表和权矩阵 交通分配可以归纳为问题形式 已知 1 道路交通网络 有向图表示形式 2 路段特性函数 即路段阻抗函数 3 OD矩阵 求解 道路网络中各路段 交叉口 的交通量及阻抗值 SheffiY Urbantransportationnetworks equilibriumanalysiswithmathematicalprogrammingmethods EnglewoodCliffs Prentice HallInc 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对之间有很多条路径 如何将OD量正确 合理地分配到这些路径上 这是交通分配问题的核心 选择路径行为 采用何种分配方法 权矩阵在表示交通网络时 就考虑了交通阻抗 体现了实际交通状况实际中交通阻抗大 道路越拥堵 路径被选择的概率就越小阻抗是出行者路径选择行为的基础 二 交通阻抗分析方法 阻抗 在交通网络分配中又称为路权 交通分配中的路权 即两交叉口之间的出行时间 等于路段行驶时间与交叉口延误之和T i j t i j d i j T i j 路段 i j 的路权 t i j 路段 i j 的行驶时间 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 路段路阻函数 常用模型美国联邦公路局路阻函数模型回归路阻函数模型 路段路阻函数理论模型 交叉口延误 进口道饱和度较小 Webster公式 进口道饱和度较大 HCM2000 阻抗 在交通网络分配中又称为路权 交通分配中的路权 即两交叉口之间的出行时间 等于路段行驶时间与交叉口延误之和T i j t i j d i j T i j 路段 i j 的路权 t i j 路段 i j 的行驶时间 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 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对之间有很多条路径 如何将OD量正确 合理地分配到这些路径上 这是交通分配问题的核心 选择路径行为 采用何种分配方法 显然 对于交通分配的基本要求 就是所得到的道路交通量应该最大限度的符合实际交通情况 正确的交通分配方法应能较好地再现实际交通状态 这种交通状态是出行者路径选择的结果 因此 出行者路径选择准则成为交通分配问题建模和求解的前提 这就涉及源于路段阻抗和流量相互作用关系的平衡概念 交通网络中的平衡概念 经济学家Knight 1924 最早应用 平衡 一词来描述交通流状态 此后一段时期的交通网络平衡问题还停留在概念描述和实例说明阶段 Wardrop 1952 提出了2个著名的出行者路径选择行为准则 由此推出了用户平衡 UserEquilibrium 简称UE 和系统最优 SystemOptimum 简称SO 的概念 标志着交通网络平衡概念从描述转为严格刻画 Wardrop平衡原理 Wardrop第一原理 UE原理 网络上的交通以这样一种方式分布 就是所有使用的路线都比没有使用的路线阻抗小 前提假设 1 所有用户 即出行者 都试图选择最短路径到达其目的地 2 所有用户都根据同一标准判断路径的长短 3 所有用户都可以得到当前交通状态下可供选择路径的全部信息 Wardrop第二原理 SO原理 网络上的交通以这样一种方式分布 使得网络总阻抗最小 如 车辆在网络上的分布 使得网络上所有车辆的总出行时间最小 在普通的交通网络中几乎不可能出现第二原理所描述的状态 除非所有的出行者互相协作 为系统最优而调整出行路径选择行为 第二原理一般作为系统的评价指标 为交通规划和管理人员提供一种决策方法 国际上通常把交通分配方法分为平衡模型和非平衡模型两大类划分依据 看是否满足Wardrop第一原理 第二原理 交通分配方法 如果交通分配模型满足Wardrop第一或第二原理 则该模型为平衡分配模型 满足第一原理的称为用户平衡分配模型 User OptimizedEquilibrium 满足第二原理的称为系统最优分配模型 Syetem OptimizedEquilibrium 如果交通分配模型不使用Wardrop原理 而是采用了模拟方法 则该模型为非平衡模型 平衡分配方法 如果交通分配模型满足Wardrop第一或第二原理 则该模型为平衡分配模型 满足第一原理的称为用户平衡分配模型 User OptimizedEquilibrium 满足第二原理的称为系统最优分配模型 Syetem OptimizedEquilibrium 用户平衡分配模型 P86 式1 式2 式3 式4 目标函数是网络中所有弧阻抗函数积分和最小 用户平衡分配模型基本思想是 在交通网络达到平衡时 所有被利用的路径具有相等而且最小的阻抗 未被利用的路径与其具有相等或更大的阻抗 模型的核心是交通网络中的用户都试图选择最短路径 而最终使被选择的路径的阻抗最小且相等 该模型是一种用于描述UE原理的数学规划 MathematicalProgramming 简称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 出行量守恒条件 用户平衡分配模型反映了用户对路径选择的行为准则 任何系统中有行为选择能力的个体总是以自己利益最大化来决定自己的行为 因此 用于描述UE原理的用户平衡分配模型正是反映了交通网络中用户选择出行路径的实际情况 系统最优分配模型 P87 式1 式2 式3 式4 目