交通工程学06课件

第六章

道路交通规划一、基本概念6.1概述1．交通规划的概念

从交通角度来讲，交通规划是交通工程学的组成部分，旨在确定交通建设的发展目标，并设计达到这些目标的策略、过程和方案。定义：确定交通目标，并设计达到目标的策略或行动的过程。

具体来说，交通规划就是指经过调查分析，对未来交通系统的需求进行预测，为规划时期内的交通系统提供综合布局，统筹规划和系统评价，并加以实施和修正的全过程。一、基本概念6.1概述

交通规划是一个整体性、全局性的问题，涉及因素众多，需要多方面的协调，是一项复杂的系统工程。技术、艺术和经验的组合。2．交通规划的特征年

规划期限

规划的目标年

规划的基年

规划的特征年

规划范围三、交通规划的分类6.1概述就范围来讲：有区域和城市之分就内容来讲：有综合和专项之分从规划的阶段和层面来看：战略规划（超远期或远景期规划）——方向性规划。中长期规划——主要项目规划。近期治理规划四、交通规划的过程（内容）6.1概述1.组织准备：建立组织机构（领导小组、办公室、课题组）2.制订目标：旅客和货物移动具有适当的可达性、环境平衡3.收集数据：收集各方面大量的数据4.分析预测：对未来交通需求进行预测5.制订方案：对未来交通网络提出若干方案6.评价和选择：对不同方案进行技术经济评价7.连续规划：交通规划是一个动态过程四、交通规划的过程（内容）6.1概述概述社会经济及交通现状分析社会经济及交通发展预测规划方案实施序列安排效果评价问题与建议四、交通规划的过程（内容）6.1概述旅客和货物移动具有适当的可达性

■出行时间最短

■出行费用最少

■提供充分的系统容量

■保障充分的系统安全性

■提供充分的系统可靠性

●提供区域内生产、就业、教育、生活平等的可达性分布

●促进土地利用和运输设施按期望的方向发展

●减少社会纠纷，促进地区经济、交通的可持续发展

●减少污染环境平衡1.社会经济调查的内容

社会经济调查是根据交通规划的需要，对所研究区域内的社会经济状况全面的了解，收集各方面的基础资料。按其性质可分为综合社会经济调查和对特定道路或大型构造物的个别社会经济调查。

(1)行政区划、分区规划、隶属关系、管辖范围、影响区域等;(2)人口(总数、分布、构成、增长等);(3)土地利用(现状土地特征、建筑构成、开发程度、客货发生等；国土规划、城镇体系规划、城市总体规划等）；6.2基础信息调查2.交通设施及服务能力调查

（1）道路网总体状况统计数据(总长度、总面积、密度、各级道路比重、质量等)（2）路段状况统计(长度、面积、线形、等级,车道划分、分隔设施、路面质量,侧向、竖向净空等)（3）公交线网设施状况统计(路线长度、经过区域、设站情况、车辆情况、服务人员等)。（4）交叉口调查（交叉口类型及控制方式等）（5）停车设施调查（停车场的位置、形式、面积、容量等）（6）交通管制设施状况6.2基础信息调查

（1）起讫点调查

■概念OD调查，Origin(起点)和Destination(终点)的缩写。其目的是为了弄清所研究区域内人和货的交通特性。■术语出行期望线核查线

■方法1)家访调查2）路边询问调查3)发表调查6.2基础信息调查

城市居民出行OD调查流动人口出行OD调查机动车出行OD调查：公交车（行车路线、行车次数、行车时间等）；非公交车

6.2基础信息调查

6.2基础信息调查

6.2基础信息调查

6.2基础信息调查（2）城市道路流量调查■道路机动车流量■交叉口机动车流量■道路自行车流量■交叉口自行车流量■核查线流量（3）公交运营及线路流量调查（4）货物源流调查二.交通发展需求预测

国际上常用的是“四阶段”模型：■

出行生成：通过对社会经济资料的分析，预测各交通区的出行发生量和出行吸引量。■

出行分布：将各交通小区的出行发生量和吸引量换算成各交通区之间的OD分布矩阵。■

方式划分：确定出行量中各交通方式所占的比例。■

交通分配：把各出行方式的OD矩阵分配到具体的交通网络上。

6.3交通需求预测1.出行生成预测

所谓出行生成，就是从土地使用到出行这一过程中的一种过渡产物。预测的目的是建立分区产生的交通量与分区土地利用、社会经济特征等变量间的定量关系,推算规划年各分区所产生的交通量。

出行产生和出行吸引是出行生成量的两种度量方式。前者的影响因素以住户的社会经济特性为主，后者以土地使用的形态为主。故需分别进行预测。1）回归分析出行目的：上班、上学、回程、公务、购物、文体、访友、看病、其他6.3交通需求预测2.出行分布预测2．出行分布预测■目的：根据现状OD分布量及各区的经济增长、土地开发而形成交通量的增长,来推算各区之间将来的交通分布。确定将来区与区之间的交通流量。■方法：应用现状OD表来推算将来的OD表,这叫“增长率”法,常见的有均衡增长率法、平均增长法、福雷特法等数种;从现在OD表选出一个重力模型,把这个重力模型作为推将来OD表的基础,这叫“重力模型”法；■

目前国内外实际规划时倾向于用重力模型法。6.3交通需求预测2.出行分布预测2．出行分布预测■目的：根据现状OD分布量及各区的经济增长、土地开发而形成交通量的增长,来推算各区之间将来的交通分布。确定将来区与区之间的交通流量。■方法：应用现状OD表来推算将来的OD表,这叫“增长率”法,常见的有均衡增长率法、平均增长法、福雷特法等数种;从现在OD表选出一个重力模型,把这个重力模型作为推将来OD表的基础,这叫“重力模型”法；■

目前国内外实际规划时倾向于用重力模型法。6.3交通需求预测2.出行分布预测②平均增长系数法6.3交通需求预测2.出行分布预测6.3交通需求预测2.出行分布预测6.3交通需求预测③Fratar法：考虑了交通区之间的吸引强度2.出行分布预测6.3交通需求预测（2）重力模型法——考虑了两交通区之间的吸引强度和吸引阻力，认为两交通区之间的出行吸引与两交通区的出行发生、吸引量成正比，与交通区之间的交通阻抗成反比。2.出行分布预测6.3交通需求预测①时间行程模型——以行程时间作为交通阻抗，其分布预测公式如下：2.出行分布预测6.3交通需求预测②双约束重力模型3.交通方式划分预测■方式划分就是把总的交通量分配给各种交通方式。■建立交通方式划分模型的依据是观测到的交通方式划分、居民出行特征和各种交通方式的运营特性。■影响出行者对交通方式的因素有很多,如交通方式的可靠性、舒适性和安全性、方便性,出行者的社会经济特征等。■南京市交通规划所建立的交通方式划分模型所考虑的因素有:(1)地理环境;(2)交通系统服务水平;(3)出行目的;(4)出行距离;(5)公交车辆实载量。6.3交通需求预测3.交通方式划分预测■根据各模型在预测过程中的阶段不同可以分为四类：

1)方式划分与出行生成同时进行预测；

2)方式划分在出行生成和出行分布之间进行预测；

3)方式划分与出行分布同时预测；

4)方式划分在出行分布与交通分配之间进行预测。一般最常用的是第四类模型。

6.3交通需求预测4.交通分配预测■

就是将前面预测的各区之间不同交通方式的交通量分配到具体的道路网上去。■交通分配方法常用：（1）全有全无分配法（最短路径法）（2）容量限制分配法（3）多路概率分配法（4）容量限制多路径概率分配法等6.3交通需求预测

交通分配

一、道路网的计算机处理抽象的路网结构图

交通分配

二、道路交通阻抗分析

■道路交通阻抗函数是指路段行驶时间与路段交通负荷间的函数关系，是交通分配的关键。

■交通阻抗由路段上的阻抗和节点处的阻抗两部分组成。1.路段阻抗在诸多交通阻抗因素中，时间因素是最主要的。对于单种交通网络，出行者在进行径路选择时，一般都是以时间最短为目标。有些交通网络，路段上的行驶时间与距离成正比，与路段上的流量无关，如城市轨道交通网。有些交通网络，如公路网、城市道路网，路段上的行驶时间与距离不一定成正比，而与路段上的交通流量有关，此时就选用时间作为阻抗。

交通分配

常用的路阻函数：BPR函数模型【美国联邦公路局路阻函数模型（bureauofpublicroads）】

交通分配

2.节点阻抗节点阻抗指车辆在交通网络节点处主要指在交叉口处的阻抗。交叉口阻抗与交叉口的形式、信号控制系统的配时、交叉口的通过能力等因素有关。在城市交通网络的实际出行时间中，除路段行驶时间外，交叉口延误占有较大的比重，特别是在交通高峰期间，交叉口拥挤阻塞比较严重时，交叉口延误可能会超过路段行驶时间。

交通分配

节点阻抗分为两类：■不分流向类：在某个节点各流向的阻抗基本相同，或者没有明显的规律性的分流向差别。■分流向类：不同流向的阻抗不同，且一般服从某种规律。城市道路网就是这样，车辆在城市道路的交叉口一般有三个流向：直行、左转、右转，所延误的时间差别明显，且一般服从规律，右转＜宜行＜左转。其实，车辆在城市间公路网的节点处也存在同样的延误规律，但是公路网的路段长，车辆在节点处的延误相对于路段上的行驶时间非常小，可以近似视为0，这样就可以将之归于上述的“不分流向类”对待。但是，城市道路网交叉口密集，相邻交叉口之间的路段往往只有几百米，车辆在交叉口某些流向的延误时间接近甚至超过在路段上的行驶时间，故不可忽略，而且必须分流向计算。

交通分配

三、径路与最短径路1．路段交通网络上相邻两个节点之间的交通线路称作“路段”。2．径路交通网络上任意一OD点对之间，从发生点到吸引点一串连通的路段的有序排列叫做OD点对之间的径路。一OD点对之间可以有多条径路。3．最短径路一OD点对之间的径路中总阻抗最小的径路叫“最短径路”

交通分配

四、最短径路算法■

最短径路算法是交通流分配中最基本也最重要的算法，涉及图论、运筹学。■最短路算法问题包含两个子问题

★两点间最小阻抗的计算

★两点间最小阻抗径路的辨识

■代表算法：Ｄijkstra法、矩阵迭代法、Floyd-Warshall法

交通分配

1.Dijkstra法（双标号法）

Dijkstra在1959年首先提出，也称为标号法(Label-correctingMethod)。常用于计算从某一指定点(起点)到另一指定点(终点)之间的最小阻抗。Dijkstra法可以同时求出网络中所有节点到某一节点的全部最小阻抗。

交通分配

■

算法思想

▲选起点；

▲做T标号，初始设置为∞（本节点为0）；

▲选择最小的T标号变为P标号；

▲从有P标号的点开始，比较相连通的节点，如果P(i)+d(i,j)<T(j)成立，就用P(i)+d(i,j)代替T(j)；

▲是否所有节点都有P标号，如是，结束。

交通分配

■

算法步骤

交通分配

交通分配

[例题2]用Dijkstra法计算下图所示路网从节点1到节点9的最短径路。

交通分配

交通分配

交通分配

交通分配

交通分配节点1234567891024234456P标号P(1)P(2)P(3)P(4)P(5)P(6)P(7)P(8)P(9)

交通分配

2.最短径路辨识

通过Dijkstra算法或矩阵迭代法得到最短路权矩阵后，还需要把每一个节点对之间具体的最短径路寻找出来，将交通流分配上去，进而进行网络的规划。

最短径路辨识采用追踪法：从每条最短径路的起点开始，根据起点到各节点的最短路权搜索最短径路上的各个交通节点，直至径路终点。

交通分配

2.算法思想

交通分配

交通分配

交通分配

五、道路网络交通分配1.综述所谓交通分配就是把各种出行方式的空间O-D分配到具体的交通网络上，通过交通分配所得的路段、交叉口交通量资料是检验道路规划网络是否合理的主要依据之一。

交通分配

分为：■基于数学规划的平衡原理——Wardrop第一原理、第二原理■

基于模拟出行行为的方法——非平衡模型（四种）

交通分配

2.平衡分配方法■

Wardrop第一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费用小。

即在每个起终点对之间的所有被选用的路线具有相同的出行费用；并且没有任何一条未被选用的路线会具有更低的出行费用。■满足第一原理，称为用户最优模型。

交通分配

2.平衡分配方法■

Wardrop第二原理：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。■满足第二原理，称为系统最优模型。■

出行费用包括所有影响出行的因素：

时间运行费用费率

交通分配

例题1A-B的总流量为2000pcu，共有两条路线可供选择，行程时间与流量关系为：T1=15+0.005V1

T2=10+0.02V2

T1、T2及V1、V2分别为路线1、2的行程时间和流量。

试用WARDROP的第一、第二原理，即用户最优的分配原则对流量进行分配，并计算在这两种情况下的系统总耗时。

交通分配

【解】

由Wardrop第一原理知：

用户最佳，即T1=T215+0.005V1=10+0.02V2V1+V2=2000求得：V1=1400pcu，V2=600pcu,总耗时为44s。由Wardrop第一原理知

minT=V1*T1+V2*T2,V2=2000-V1得到：V1=1300pcu,V2=700pcu,总耗时为45.5s

交通分配

3.最短路交通分配方法最短路交通分配是一种静态的交通分配方法。在该分配方法中，取路权为常数，即假设车辆的平均行驶车速、交通口延误不受交通负荷的影响。每一OD对的OD量被全部分配在连接