第4章道路交通网分析

1、道路交通网络分析,山东建筑大学道桥教研室,概述,交通网络特性,?,复杂性,?,时效性,?,敏感性,?,均衡性,交通网络的计算机表示方法,?,可由计算机识别的交通网络由,路段和节点,构,成,?,可识别的交通网络信息具有多个属性字段,?,计算机表示方法有,邻接矩阵法、权矩阵、邻,接目录表,等,道路网络信息化处理,?,路段,?,城市高架,?,城市快速路,?,城市主干道,?,城市次干道,?,城市支路,?,郊区一般公路,?,郊区高速公路,?,节点,?,信控交叉口,?,无控交叉口,?,环形交叉口,?,立体交叉口,?,展宽式交叉口,?,优先权交叉口,邻接矩阵,?,以节点间的连通关系来定义，,?,i,节点与,

2、j,节点若有边相连，则其相应的矩阵,元素,l,ij,值为,1,，否则为,0,1,2,3,4,5,1,2,3,4,5,1,0,0,0,1,1,2,0,0,0,0,1,3,0,0,0,0,0,4,1,0,0,0,1,5,1,0,1,1,0,邻接目录表,?,拒绝储存无用零信息,?,采用,二级数组,记录方式：一级，有多少相连；,二级，是哪些？,1,2,3,4,5,节点,R,（,i,）,V,（,i,，,j,）,1,2,4,，,5,2,1,5,3,1,5,4,2,1,，,5,5,4,1,，,2,，,3,，,4,权矩阵,?,能反映节点间是否连通,?,能够反映节点间的阻抗大小,1,2,3,4,5,2,3,4,

3、2,4,1,2,3,4,5,1,0,2,4,2,0,2,3,0,0,4,4,2,0,3,5,4,4,3,0,交通阻抗分析,路段行驶时间和流量关系的推导,Greenshields,速度,-,密度模型,当流量达到路段通行能力时,(,即,q/C=1,时,),，路段流,量达到最大，此时对应最佳车流密度和最佳车速；当,车流密度继续增大时，如图中部分所示，由于拥挤,效应，车速开始减小，通过路段的时间开始增长，当,车流密度达到时，路段流量为,0(,即,q=0),，通过路段,的时间理论上为无限长。,路段阻抗函数,?,美联邦公路局模型,?,t=t,0,1+,(V/C),?,该模型认为主要的影响因素是交通量,?,

4、使用较方便,?,适用于交通构成较单一的高速公路，也适用,于城市道路,?,讨论一下：影响车辆运行时间的因素还有哪,些？,BPR,函数理论基础,?,不同等级道路交通流三参数,在交通极度拥堵状况下，可以认为不同等级道路的拥,挤密度,K,j,是相同的。而自由流状况下，等级越高的道,路，自由流速度,S,t,越高。,密度,(K),与速度,(S),关系曲线形式,流量,(V),一速度,(s),关系曲,推论,选取在负荷度,1,O,（非拥挤）的状,况下研究路段阻抗,在路段的行程时间相同即速度,S,相等的情况下，,高等级的道路负荷度要高一些，低等级道路的,负荷度要低一些。,当单位长度道路的行驶时间相同时，高,等级道

5、路的负荷度自然高一点。,在同样的道路负荷度下，在单位长度的高等,级道路上的行驶时间短。,不同等级道路的,T,与,V,C,关系定性判断,当,v,C,升高到一定程度以后，行驶时间将,快速增加，这符合交通流的正常规律。因此，,曲线是向上弯曲的形状，,BPR,函数特点,1.,取值过高引起精度低，在饱和时运行时间上升,幅度不大,2.q/C,趋向,1,时，运行时间未出现无穷大，实际分配,时会出现流量远大于通行能力的情况,路段阻抗函数理论模型,U,min,U,max,自由车流,正常车流,饱和车流,V/C,0.9,V/C0.9,时，,U=U,0,(1-0.94V/C),V/C0.9,时，,U=U,0,(7.4

6、V/C),试想，若,U,与,V/C,呈线性关系，那,T,与,V/C,呢？,零流车速的确定,?,道路设计速度与各种修正系数之积,?,U,0,=v,0,*r,1,*r,2,*r,3,?,修正因子,?,自行车影响,?,车道宽度,?,交叉口间距,路段设计车速,?,城市道路交通规划设计规范,道路等级,快速路,主干路,次干路,支路,设计车速,60-80,40-60,40,30,自行车影响,r,1,?,影响范畴的确定：有无分隔及自行车负荷,?,有机非分隔带时,r,1,=1,?,无分隔带，自行车车道通行能力满足需求,r,1,=0.8,?,无分隔带，自行车车道饱和时,r,1,=0.8-,（,Q,bic,/Q,b

7、ic,+0.5-W,2,）,/W,1,Q,bic,为实用通行能力，一般取,900,车道宽度影响系数,r,2,?,标准宽度为,3.5m,，,r,2,=1,W,2.5,3.0,3.5,4.0,4.5,5.0,5.5,6.0,R,2,（,%,）,50,75,100,111,120,126,129,130,交叉口影响,r,3,?,交叉口间距越大，影响越小,?,交叉口的绿信比越大，影响越小，,r,3,越大,?,r,3,不能超过,1,信号交叉口延误,?,信号交叉口的延误受周期影响较大,?,对于规划交叉口，一般采用最佳周期,T,0,=(1.5L+5)/(1-Y),?,一般情况下，,T,0,40,120,?,

8、进口道通行能力,S=3600/,饱和车头时距,?,进口道延误，可用韦伯斯特公式或着,HCM,公式表示,),1,(,2,),1,(,2,),1,(,9,.,0,2,2,x,Q,x,x,T,d,?,?,?,?,?,?,?,Webster,：,HCM,：,/,16,),1,(,),1,(,173,),1,(,),1,(,38,.,0,2,2,2,2,1,2,1,S,x,x,x,x,d,x,T,d,d,d,d,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,均匀延误,过饱和延误,x,（,0,，,0.67,）,x,（,0,，,1.2,）,路权计算,?,交通分配中，路权等于两交叉口之间的路段,行驶时间,t

9、,0,与交叉口延误,d,之和。,交通分配方法,平衡的分配方法,?,原理依据：,?,Wardrop,第一原理,-,交通网络上被利用的路,径比没有被利用的路径花费费用要小，满足,该原理的模型称为,用户平衡分配模型,。,?,Wardrop,第二原理,-,车辆在网络上分布，使,得网络上所有车辆的总出行时间最小。满足,该原理的模型称为,系统最优分配模型。,?,如果分配模型满足,WARDROP,第一、第二原,理，则该方法为平衡分配法。,Beckmann,用户平衡（,UE,）模型,?,基本思想：网络平衡时，所有被利用的路径,具有相等且最小的阻抗，未被利用的具有相,等或更大的阻抗。,?,核心：网络中用户都试图

10、选择最短路径，最,终所选路径阻抗最小且相等。,?,特点：结构严谨，思路明确，但维数太大，,约束条件太多，求解困难。,系统最优（,SE,）分配模型,?,基本思想：所有用户总阻抗最小,?,特点同,UE,模型,?,内容：采用模拟方法进行分配,?,特点：结果简单、概念明确、计算简便,?,分配手段：迭代与无迭代,?,分配形态：单路径与多路径,非平衡的分配方法,无迭代,有迭代,单路径,最短路分配,容量限制分配,多路径,多路径分配,容量限制,-,多路径分配,交通,需求,交通流,重分布,道路及交叉,口流量预测,交通网络,质量评价,交通规划方案,车辆路径,选择模拟,最短路交通分配,容量限制交通分配,多路径交通分

11、配,多路径,-,容量限制交通分配,调整交通管理措施,O-D,矩阵,道路交通网络交通流重分布模拟,最短路交通分配,?,在分配中，取路权（两交叉口间的出行时间）,为常数，即,假设车辆的路段行驶车速、交叉,口延误不受路段、交叉口交通负荷的影响。,每一,OD,点对应的,OD,量被全部分配在连接该,OD,点对的最短线路上，其他道路上分配不,到交通量。,?,计算方法：计算最短路径矩阵,-,分配,OD,量,最短路交通分配,A,B,100,100,100,出行量,T(A-B)=100,辆,容量限制交通分配,?,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，即考虑了交叉口、,路段的通

12、行能力限制，比较符合实际情况。,?,分配过程：先将,OD,表中的每一个,OD,量分解成,K,部,分，即将原,OD,表分解成,K,个,OD,表，然后分,K,次用,最短路分配模型分配,OD,量，每次分配一个,OD,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，直到把,K,个,OD,分表全部分配到网络上。,?,分配次数越多，结果越精确,容量限制交通分配,A,B,40,+,20,20,30,+10,10,40,10,20,+,40,30,+10,30,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,1,2,3,4,5,10,100,60,50,40,30,20,40,30,30,25,20,

13、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（）,多路径交通分配方法,-Dial,模型,?,1971,年,Dial,：出行线路被选用的概率随着线路长度,增加而减少,?,?,?,?,?,?,?,1,),ex,p(,),ex,p(,),(,i,i,k,T,T,k,P,?,?,P(k),OD,量在第,k,条出行路线上的分配率；,t(k),第,k,条,出行线路的路权；,T,k,路线,k,的行程时间,交通转换参数，与路权的量纲及大小有关；,?,缺点：不能识别有效路段,改进的多路径交通分配方法,?,出行者希望选择最短路、出行

14、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,LOGIT,路径选择模型计算。,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,m,i,t,i,t,t,k,t,k,s,r,P,1,ex,p,),(,ex,p,),(,?,?,P(r,s,k),OD,量,T(r,s),在第,k,条出行路线上的分配率；,t(k),第,k,条出行线路的路权；,t,各出行路线的平均路权，,分配参数；,m,有效出行线路条数。,A,B,30,P=0.3,P=0.5 50,P=0.2,20,T=100,多路径概率交通分配,有效路段与有效路径,?,有效路段,i,，,j,被定义为路段终点,j,比路段起点,i,更靠

15、,近出行目的地,s,的路段，即沿此路段前进可更快的,到达终点。,?,有效路线由若干个有效路段构成，其长度被定义为,有效路段,i,j,的路权加上有效路段终点,j,至出行终点,s,的最短路权,L,min,（,j,，,s,）,?,网络中的任何一个节点，至少具有一个有效路段及,一条有效出行线路。,?,只要是有效出行线路就有被分配流量的可能。,分配参数,的确定,?,在改进模型中，,无量纲，与路权无关，仅,与有效线路数有关,?,变化范围较为稳定，在,3.00-4.00,之间，城,市网络在,3.00-3.50,之间,多路径交通分配方法,?,本模型能较好地反映路径选择过程中的最短,路因素及随机因素。,?,在最短路径上的流量最大，其他路段流量小，,较符合实际情况,容量限制,-,多路径分配,?,该方法考虑了路权与交通负荷之间的关系及,交叉口、路段通行能力的限制，使分配结果,更加合理。,?,计算较复杂，先将原,od,表分解成,k,个,od,分表，,每分配一次计算一次路权，直到分配完所有,流量。,A,B,12,3,3,