交通工程 课件 第6章交通规划

ShanghaiMaritimeUniversity钱红波2011.10.24第六章交通规划目录§6-1交通规划的定义类型与程序1§6-2交通规划的调查工作2§6-3交通规划的预测工作3§6-4交通规划软件及其应用422交通规划的定义交通规划的定义：交通规划指根据历史和现状的交通供需状况与地区的人口、经济和土地利用这间的相互关系的分析研究，对地区未来不同人口、土地利用和经济发展情形下交通运输发展需求进行分析和预测，确定未来交通运输设施发展建设的规模、结构与布局等，对不同方案进行评价比选，确定推荐方案，同时提出建设实施方案的一个完整的过程。3道路交通规划的目的使道路交通能适应社会经济发展的需要，促进社会经济的发展；使各种交通方式能相互协调、密切配合，充分发挥各自的优势；使道路交通设施布局能产生最佳的社会及经济效益使人和货物的出行能方便、迅速、舒适、经济4按移动对象划分

客运交通规划货运交通规划

按交通方式划分

道路交通规划铁路交通规划港湾交通规划空港交通规划

按交通设施划分

交通网络规划交通节点规划

按交通规划研究的地区范围划分

国家级的交通运输系统规划区域性的交通运输系统规划城市综合交通系统规划根据规划对象的时间范围划分

远期或（远景）战略规划（20~30年甚至50年）中长期规划（10~20年）近期建设规划（3~5年）交通规划的层次/类型5城市道路交通系统规划的分类★城市道路发展战略规划规划期限20～50年★城市道路交通综合网络规划规划期限5～20年★城市道路近期治理规划规划期限3～5年★非农业人口在：20万人以下的是小城市，20—50万人是中等城市，50—100万人是大城市，100万人以上是特大城市。6城市道路交通发展战略规划规划期限20～50年１

确定交通发展目标和水平；２

确定城市交通方式和交通结构；３

确定城市道路交通综合网络布局、城市对外交通和市内的客货运设施的选址和用地规模；４

提出实施城市道路交通规划过程中的重要技术经济对策；５

提出有关交通发展政策和交通需求管理政策的建议。7城市道路交通综合网络规划 ■城市道路交通系统规划 □城市道路网络系统规划 ◎城市快速道路系统规划 ◎城市环路规划 ◎城市主干道路网络规划 ◎自行车道路网络规划 □城市停车场系统规划

■城市公共客运交通系统规划 □城市常规公交系统规划

□城市轨道交通系统规划

□城市出租车交通规划

■城市交通管理规划

□城市交通需求管理规划

□城市交通运行组织规划

■城市物流规划 ■城市智能交通系统规划在相对明确可实现的社会经济发展目标和方针指导下，对城市交通运输网络的规模、结构、布局、标准等作出系统的安排或明确的规定，以指导交通运输设施的实施建设。8城市道路近期治理规划★城市道路近期治理规划城市交通综合治理工作以远期、远景战略规划和中期综合交通规划为指导，针对现状交通系统的突出问题，充分挖掘现有交通设施的潜力，力争少花钱、多办事、见效快。其内容包括分析评价现状城市交通系统，提出远景及中长期规划的近期实施步骤，制定全面综合的治理计划等。9交通规划的步骤/规划的总体设计建立组织机构包括规划领导小组，规划办公室及规划工作课题组三个层次。目标制定首先应明确所规划的交通系统欲达到的性能指标。交通系统的调查与分析，相关现象的调研规划区域内交通小区的划分，OD调查，断面交通量调查等。对调查数据进行初步的处理、统计和分析。相关基本模型分析包括对象区域的人口预测模型、家庭结构模型、土地利用模型、经济预测模型等。交通需求预测四阶段模型预测未来的客货运交通需求。10方案的制定对未来的交通网络提出若干可行的方案。规划方案的设计包括网络设计（networkdesignproblem，NDP）和枢纽设计（枢纽的选址即设施定位，枢纽的规模）两个问题。

方案的综合评价包括交通规划的技术评价（如计算路网的密度、路网的连通度等指标）、交通规划的经济评价（如进行费用、效益分析和进行有、无比较分析）以及交通规划的环境评价等。推荐方案经过方案的综合评价，得到一个既优化又现实，能满足未来的交通需求的规划方案。

方案实施过程中的反馈和修改11交通小区交通中区交通大区交通小区划分12同质性：小区内土地使用（工业区/居民区/商业区/学校区）、经济、社会等特性尽量相一致；尽量以铁路、河川等天然、人工屏障作为分区界限；尽量不打破行政区的划分，以便能利用行政区政府现成的统计资料；小区的划分还应与路网相协调一致，仅可能地使小区的形心位于路网节点上；分区数量适当，以100~500个小区最为适宜；小区的规模大小应适宜，小区人口适当，约10000~20000人，小区面积靠市中心的小些、靠市郊的大些；小区内部的出行应尽量少；所划分的小区不应重迭；各小区发生和吸引的出行最好大致接近。

城市交通规划小区划分的原则13交通规划的调查工作14土地利用调查15起讫点调查OD（OriginDestination）Survey对某一出行起点或吸引点交通单元的流量流向，及其通过路线的调查。Trip(出行):人或物从出发地向目的地移动的全过程。一般指在公共道路系统中的过程，往往还对空间移动距离或出行时耗做出进一步规定。出行端点出行的出发点和目的地的总称。期望线（desireline）连接各小区形心的直线，代表小区间所发生的出行，其宽度常按小区间出行数比例大小而定。核查线为检查OD调查数据精度在调查区域内设置分隔线。一般借用天然或人工的障碍。16OD调查方法家庭访问调查适用于城市道路规划可得到居民家庭成员的详细出行情况并能得到出行者的社会经济特征资料成本高、费时多、工作量大路边询问调查法－RoadsideOverviewSurvey适用于公路规划发表调查－发放调查表，司机填表。17核查线的设置18交通需求预测交通需求预测是利用资料调查与分析的成果建立各种预测模型，并运用这些模型预测规划区域未来交通需求状况，其目的是为交通系统的规划、评价提供依据。通常用经典的“四阶段法”来进行预测。尽管四阶段法目前在学术界受到一些质疑，并且有些学者正致力于提出更好的解决方案，但“四阶段”法仍然是应用最广的方法。19四阶段预测模型交通生成(TripGeneration)交通分布(TripDistribution)方式划分(ModalSplit)交通分配(TrafficAssignment)20一、交通生成预测出行发生预测建立各分区的交通产生量和吸引量与分区人口、土地利用、社会经济特征等变量的定量关系，推算规划年各分区的交通发生量和吸引量。21交通生成预测的方法生成率法由现状调查得到单位用地面积（单位人口或单位经济指标等）产生、吸引量，假定其是稳定的，则根据规划期限各交通区的用地面积（人口量或经济指标等）进行生成预测类别生成率法在生成率法基础上细化为不同类别回归分析法根据调查资料，建立交通产生或吸引与其主要影响因素之间的回归方程，通过对主要影响因素的预测，利用所建立的回归方程预测交通产生量或吸引量类别回归分析法在回归分析法基础上细化为不同类别22规划年交通产生吸引图现状交通产生吸引图第一阶段交通生成预测23二、出行分布预测定义：交通分布是小区与小区之间的交通流。出行分布预测是将各交通小区居民规划年的出行发生量和吸引量转化为各小区之间的出行交换量的过程。目的：根据现状OD分布量及各区因经济增长、土地开发而形成的交通生成量和吸引量的增长，来推算规划年各分区之间的交通分布。24增长系数法包括平均增长率法、底特律法、弗雷特法等。其基本假定是交通分布的模式现在和将来变化不大，因此简单、方便，但当土地利用、交通源布局等有较大变化、预测区域交通设施状况有较大变化时，误差较大。综合分布模型法包括重力模型、机会模型、熵最大化模型等根据一系列假设条件，以研究区域内各个分区的发生吸引量以及分区之间的联系强度为输入，建立输入变量与分区对之间的发生吸引量之间的数学模型，并利用基准年的数据对模型参数进行标定交通分布预测的方法25现状交通分布图规划年交通分布图第二阶段交通分布26平均增长系数法分布预测O\D123gG102530556022503055753303006085a555560170A65857022027模型构造简单、易于理解、思路明确、计算简单；不需要小区间的出行时间；预测全部、全方式OD矩阵，也可以获得各种交通目的的OD交通量；对于分布均匀、增长率变化不大的地区，这类模型比较合理。要求有完整的基年OD表；现状OD分布为0，将来的OD分布也为0；对于未来出行分布与现状出行分布变化较大的地区（如新开发的区域）、交通小区之间的出行时间变化较大的地区不适用；经济结构变化大，现状与未来小区划分不一致时不适用。28重力模型法分布预测29重力模型法分布预测30可以将土地利用对交通发生与吸引的影响考虑进去；对由于交通设施建设导致的小区间出行时间的变化敏感；模型构造简单，对任何地区都适用；即使没有完整的基年OD表同样可以进行OD分布预测。物理定理刻画的现象与社会经济活动有相似性，但不完全立足于人的行为分析；当小区间行驶时间较小时，分布量将偏大，因此宜在以交通小区为单位的集合水平上进行标定预测，并且交通小区的面积不宜划得过小；交通阻抗趋近于零时，交通分布量会趋于无穷大，这在模型结构上是不合理的；人们的出行距离分布在全区域一般并非为定值，而重力模型将其视为定值；交通小区之间的行驶时间因交通方式和时间段的不同而异，而重力模型使用了同一时间；为了满足边际约束，需要用增长率法进行迭代计算。31三、方式划分预测交通方式划分就是确定各种交通方式在小区间OD分布量中所承担的比例。建立交通方式化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征。在确定居民出行方式划分预测时，经常是定性与定量相结合。在宏观上依据国家未来的经济政策、交通政策以及相关城市的对比分析来对未来的城市交通结构作出估计，然后在此基础上进行微观预测。交通方式划分的方法转移曲线法Logit函数模型法32现状交通方式划分图规划年交通方式划分图第三阶段交通方式划分的方法转移曲线法33四、交通分配交通分配就是把各种出行方式的空间OD量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依据。34（一）Wardrop平衡原理

如果两点之间有很多条道路而这两点之间的交通量又很少的话，行驶车辆显然会沿着最短的道路行走。随着交通量的增加，最短径路上的交通流量也会随之增加。增加到一定程度之后，这条最短径路的行驶时间会因为拥挤或堵塞而变长，最短径路发生变化，这一部分行驶车辆将会选择新的行驶时间次短的道路。随着两点之间的交通量继续增加。两点之间的所有道路都有可能被利用。

35如果所有的道路利用者(即驾驶员)都准确知道各条道路所需的行驶时间并选择行驶时间最短的道路，最终两点之间被利用的各条道路的行驶时间会相等。没有被利用的道路的行驶时间更长。这种状态被称之为道路网的平衡状态。

1952年著名学者Wardrop提出了交通网络平衡定义的第一原理和第二原理，奠定了交通流分配的基础。

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Wardrop第一原理：在道路的利用者都确切知道网络的交通状态并试图选择最短径路时，网络将会达到平衡状态。在考虑拥挤对行驶时间影响的网络中，当网络达到平衡状态时，每个OD对的各条被使用的径路具有相等而且最小的行驶时间；没有被使用的径路的行驶时间大于或等于最小行驶时间。这条定义通常简称为Wardrop平衡，在实际交通流分配中也称为用户均衡(UserEquilibrium，UE)或用户最优。容易看出，没有达到平衡状态时，至少会有一些道路利用者将通过变换路线来缩短行驶时间直至平衡。所以说，网络拥挤的存在，是平衡形成的条件。

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Wardrop第二原理：在系统平衡条件下，在拥挤的路网上交通流应该按照平均或总的出行成本最小为依据来分配。

Wardrop第二原理，在实际交通流分配中也称为系统最优原理（SystemOptimization，SO）。

与第一原理相比较，第二原理是一个设计原理。第一原理主要是建立每个道路利用者使其自身出行成本（时间）最小化的行为模型，而第二原理则是旨在使交通流在最小出行成本方向上分配，从而达到出行成本最小的系统平衡。第二个原理作为一个设计原理，是面向交通运输规划师和工程师的。

38换个角度来说，第一原理反映了道路用户选择路线的一种准则。按照第一原理分配出来的结果应该是路网上用户实际径路选择的结果。而第二原理则反映了一种目标，即按照什么样的方式分配是最好的。在实际网络中很难出现第二原理所描述的状态，除非所有的司机互相协作为系统最优化而努力。这在实际中是不太可能的。但第二原理为交通管理人员提供了一种决策方法。

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【例题8-4】设OD之间交通量为q=2000辆，有两条径路a与b。径路a行驶时间短，但是通行能力小，径路b行驶时间长，但通行能力大。假设各自的行驶时间（min）与流量的关系是：

这时需要求径路a与b上分配的交通量。根据Wardrop平衡第一原理的定义，很容易建立下列的方程组：

40则有：

显然只有在非负解时才有意义，即也就是说，当OD交通量小于250时，所有OD都沿着径路a走行，当OD交通量大于250时，两条径路上都有一定数量的OD走过。当q=2000时，平衡流量为即平衡时两条径路的行驶时间均为22min。

41用相同的思路可以求解Wardrop平衡下所有OD对间各条径路的分配流量。但是问题在于除了示例这种非常简单的情形下，用代数方法求平衡解是不可能的，需要研究其他的方法。目前，在交通流分配理论的中，以Wardrop第一原理为基本指导思想的分配方法比较多。国际上通常将交通流分配方法分为平衡分配和非平衡分配两大类。对于完全满足Wardrop原理定义的平衡状态，则称为平衡分配方法；对于采用启发式方法或其他近似方法的分配模型，则称为非平衡分配方法。

42交通分配方法平衡分配法如果分配模型满足WARDROP第一、第二原理，则该方法为平衡分配法。非平衡分配法如果采用模拟方法进行分配称之为非平衡分配法。43常用的交通分配法全有全无分配法

0-1分配法，All-Or-Nothingassignmentmethod

服从最短路径分配原则容量限制－增量加载分配法 服从最短路径分配原则多路径概率分配法－符合时间比分配原则容量限制－多路径概率分配法 符合时间比分配原则44全有全无分配法从计算费用最少出发，通常以各区矩心之间的行程时间为基准。从某一区的矩心出发以最短路径到达其他各区的矩心的一组路线称为最短路径。当所有OD交通量在道路网上都通过最短路径，即完成了全有全无分配。关键是寻找网络最短路径。常用的算法是迪克斯特拉算法（Dijkstra）和福劳德算法（Floyd）。45

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。全有全无分配法46最短路交通分配

AB100100100出行量T(A--B)=100辆47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，比较符合实际情况。

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。48容量限制-增量加载分配法按照现状的车速、交通量与通行能力之间的关系来解决分配问题，使具有一定通行能力的干道分配到与之相适应的交通量，达到行程时间最少。计算步骤：1.把路网表示为网络图，从‘零流量’行程时间开始计算；2.依次对各起点分区计算通过路网的最短路径。3.按全有全无分配模型，将部分OD交通量的分配到路网上。4.计算此时各路段分配到的交通量；5.用分配给路段的交通量修改路段行程时间。6.分配完毕否，若未完成，则返回到步骤2，重新计算。49最常见的路阻函数－BPR函数BureauofPublicRoad-美国联邦公路局路段交通量为Va

和接近0时的行驶时间。路段a交通量和其通行能力。待定系数。建议值α＝0.15，β＝4。50

容量限制交通分配AB40+202030+1010401020+4030+1030出行量T(A--B)=

40+30+20+1051

1234567891012345101006050403020

4030302520

20202015

101510

1010

5

5

5

5

5分配次序K分配次数K与每次的OD量分配率（％）52第四阶段交通分配结果53某城市机动车高峰小时交叉口交通量分布54城市道路网络布局规划方案设计城市道路交通网络规划的一般原理1、在现状评价的基础上，参考城市总规拟定一个初始的网络方案；2、将预测的各出行方式的OD量分配至路网方案上，预测每一交叉口，路段的交通量及路段平均车速及交叉口平均延误等指标；3、分析，评价每一路段、交叉口的交通负荷服务水平及网络总体评价指标4、根据评价结果对路网初始方案进行调整，返回步骤2，直到方案可行，合理。55制订和选择规划方案的过程规划目标输入数据准备方案交通分配评价论证选择方案56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57