土地利用与交通需求 PPT课件版 L6 交通网络均衡分析-概述

交通网络均衡分析——概述杨超土地利用与交通需求分析同济大学email:tongjiyc@1FourStepsNetworkAssignmentModalSplitTripDistributionTripGenerationStep1Step2Step4Step3LandUseFeedback2概述交通网络的平衡分配问题的表述和求解的分析方法和算法

强调用户均衡，与系统最优、随机用户均衡等问题的比较包括线性规划、非线性规划以及网络规划在内的技术内容是关于所有交通方式和所有用户类别的交通网络分析的技术采用的是网络均衡分析方法3主要内容经典网络交通流问题确定性和随机性交通分配问题交通分配问题的扩展交通悖论及网络设计黄海军，城市交通网络平衡分析——理论与实践，人民交通出版社，1994云辉戴香菊译，城市交通网络——用数学规划方法进行网络平衡分析，西南交通大学出版社4/sheffi/www/urbanTransportation.html网络日常生活中网络无处不在，网络对于社会和经济的正常运转也很重要处处可见：商务、科学、社会系统、科技和教育网络为通讯、生产、运输提供了基础设施5交通网络交通网络使我们能跨越空间距离来工作、走亲访友交通网络作为生命线：灾难后的恢复经济效率土地利用和交通运输之间的相互作用环境和社会的可持续性6这个网络在功能上与ORNL高速公路－铁路－内陆和沿海水路网络数据库相连，为允许包括美国大陆桥交通在内的国外的进出口货物运输选择线路。ORNL跨洋水路网络7美国联运网络8ORNL北美卡车－铁路－水路联运网络910其它网络类型通讯网络使我们能跨越区域、国界相互交流，并改变我们生活、工作和进行商务活动的方式能源网络为我们的家庭、学校和商务活动提供能源，并使车辆得以运行电力网络输气管道网络11其它网络类型财务网络物流网络环境网络信息网络社会网络知识网络等等.12网络举例网络系统节点连线流交通运输城市航空铁路交叉口、家、工作地机场铁路广场道路航路航线轨道汽车飞机火车制造业和物流分发点、加工点线路装配线零部件、产品通讯计算机、卫星、电话交换机电缆、无线电电缆、微波讯息、声音讯息、视频能源抽水站工厂管道管道水气、油13物流网络：模拟一个供应链供应商制造商工厂1工厂2工厂3仓库1仓库2仓库3零售商1零售商2零售商3市场分发商ABC零售商14网络问题基本组成：节点、连线、流基本目的是将流从一个节点通过一条最有效率的路径移动到另外一个节点网络问题的研究包括：如何将这些应用问题用数学实体来建模如何分析这些模型的性质如何设计模型求解的算法15网络问题的典型案例最小成本流问题运转问题最短路问题运输问题分配问题最大流问题16如今现实的网络网络拓扑的大型和复杂在芝加哥的区域网络，有12,982个节点，39,018个路段，以及2,297,945个OD对杭州现状模型网络（道路网），3,700多个节点，12,200多个路段，360,000个OD对。公交站点3000多个，线路520多条（单向）。AT&T’s的国内网络有100,000个OD对。在他们的通话详细图形应用中（节点是电话号码，边是通话）：3亿个节点和40亿条边17如今现实的网络（续）拥挤在交通网络中越来越严重：仅仅在美国，交通拥挤每年造成1000亿美元的生产力损失，而欧洲的数据大约是1500亿美元预计小汽车的数量将在2010年增长50%，到2030年翻一倍18如今现实的网络（续）网络用户的可选择行为系统最优vs用户最优(均衡)网络用户之间的相互作用，如不同的交通方式网络之间的相互作用，如交通运输vs电信当今社会的网络受很多重要的政策因素影响19方法：需求和供给平衡交通服务的需求交通服务的供给成本流量成本流量成本流量DS20路网均衡需求等于供给就得到一个“定点”简化静态的,因此不考虑如何或者什么时候作出决定21现实如何均衡？理性行为假设有无论是完美的或是不完美的信息理性行为导致均衡吗？从未达到但接近均衡，趋向均衡，并且仅仅避免改变外部因素来达到均衡22均衡和稳定成本供给需求流量23均衡道路交通价格/成本MCACDBCA福利损失=ABC“过多的道路交通量”交通量24系统和用户最优（均衡）路线1的成本路线2的成本交通流AC2MC2MC1AC1UESO25出行定义起点和迄点出发和停止时间方式目的路线出行者特征（用户组）26OD出行表一个特定的时间段（如一天、一小时等）内出行需求的空间分类措施行代表起点，列代表迄点是交通需求分析的基本输入约定：下标行在前列在后27OD出行表

Origin

Destination123456

123456

t11t12t13t14t15t16t21t22t23t24t25t26t31t32t33t34t35t36t41t42t43t44t45t46t51t52t53t54t55t56t61t62t63t64t65t6628术语1234567123456节点=顶点边=弧线图=网络有指向的弧：单向无指向的弧：双向有指向的路网无指向的路网29术语：路径一条从节点i0到ip的路径是一串弧

(i0,i1),(i1,i2),...(ip-1,ip)，每段弧的起始节点是前一段弧的终止节点12345612345是否30术语：回路一条回路是一条封闭路径其中i0=ip.123456举例：(1,2),(2,5),(5,6),(6,4),(4,3),(3,1)31术语：连通的路网连通的路网：如果在任意一对节点之间有至少一条路径，那么这个路网就是连通的123456123456是否32术语：生成树路网的生成树：一个连通的子路网，它包括路网中的所有节点，并且不包含回路123456733路网组成路段（弧线或边）节点（顶点）网络（有指向或没有指向的图形）路线（路径或链）树形心形心连接线34交通网络表达2164255313471433352735交通网络表达36杭州现状模型网络37路网分辨率需要将每条街道和路口（交叉口）都表达出来吗？需要将一个路口内的每一个活动都表达出来吗？答案取决于研究对象和小区分辨率38一个四路交叉口NESW1234将交叉口表达为一个节点详细的交叉口表达39一个苜蓿叶形高速公路立交路口40城市快速路立交高架及地面道路如何表达？41两个交叉口的路网路口（或交叉口）流向42路网表达低详细度没有排队没有转向禁止没有行人43路网表达中详细度排队

没有转向禁止没有行人44路网表达高详细度排队禁止转弯（没有右转）45交通网络类型线性网络（如铁路线）不能选择路线网格网络（如城市道路系统）有大量可选择路径公共交通网络和hyper-paths多模式交通网络46公共交通网络从任何节点到终点的最佳路径取决于起点（由于换乘penalties）有换乘连接各层的分层路网47分层路网路线1路线2换乘连接48多模式路网49一个多模式路网示例50超级连接直接从一个起点到一个迄点，很可能不匹配任何物理设施可以表示需求弹性（超级连接上的出行是没有实现的出行）可以表示公共交通51弹性需求起点超级连接迄点52停车换乘起点超级连接迄点P&R53超级路网一个由高于现实网络的节点、路段和交通流组成的路网可以有虚拟和物理路段可以有多层可以有附加节点、路段和路径来作为决策选择可以包括面对不同标准的决策54mi1k11jno

i=1…m公司

(制造工厂)

j=1…n零售商k=1…o需求市场第1层:第2层:第3层:模型开发中采用的三层供应链表达55*来源:Nagurney,Ke,Cruz,Hancock&Southworth,2001,“DynamicsofSupplyChains:AMultilevel(Logistical/Informational/Financial)NetworkPerspective”供应链决策模拟器的多层网络结构流为商品流通（由上而下，供应驱动）i1k11jmno物流网络q11qmnqno财务网络流为价格（由下往上，市场驱动支付）i1k11jmnop11p1ip1mp2np3op31信息网络流为关于价格和流通的信息

（双向）56物理运输网络工厂原料来源零售市场工厂分发中心原料来源零售市场物流网络（产品供应链）

财务网络交易费用信息需求或订单信息旅行时间信息意外因素信息信息网络具体决策者之间的双向信息交换供应链–运输超级网络表达

57一个货物联运的路线示例58当地铁路支线路线阻抗=模线程旅行成本+站内中转成本

+跨运营（线路间）成本+当地路网进出成本+路网到终点站的当地进入成本铁路#1铁路#2起点迄点联营中转站