第二章布局模型课件

交通港站与枢纽总体布局规划第二章交通港站与枢纽总体布局规划第二章一、数学物理模型与效益成本分析法二、运筹学模型与方法三、交通规划理论优化布局模型四、交通港站选址与优化2.3交通枢纽港站布局方法与优化模型2一、数学物理模型与效益成本分析法二、运筹学模型与方法三、交通

实践过程中布局方法的演变

数学物理模型运筹学模型交通规划理论模型重心法、微分法、效益成本分析法混合整数规划、运输规划模型、CFLP法基于四阶段规划方法的两阶段模型3实践过程中布局方法的演变数学物理模型运筹（1）一元模型简化机理：规划枢纽范围内只设置一个站点，简化多元枢纽港站布局中的变量条件和约束条件。（2）站点的布置求几何重心的位置

把运输系统中的交通发生点和吸引点看作分布在某一几何平面的物体系统，把各点的发生量和吸引量看作该点的重量，求其重心的位置，即是枢纽港站设置的最佳位置。一、数学物理模型与效益成本分析法72416531一元交通枢纽港站布局的重心法4（1）一元模型简化机理：规划枢纽范围内只设置一个站点，简化多（3）模型的建立如图所示：设规划区域内有n个交通发生点和吸引点，各点的坐标为（xj,yj）,发生量和吸引量为Wj,枢纽系统的运输费率为Cj

,则有：x2,y2x1,y1

？x3,y3xj,yjxn,ynW1W2W3WjWn(x,y)x,y的计算各自独立xy5（3）模型的建立x2,y2x1,y1？x3,y3xj,y（4）求解算例交通发生点（吸引点）j发生量（吸引量Wj(担）运输费率Cj（美元、担、英里）坐标xy120000.05038230000.05082325000.07525410000.07564515000.07588发生点坐标、发生量、运输费率表6（4）求解算例交通发生点（吸引点）j发生量（吸引量Wj(担）jxjyjwjcjwjcjwjcjxjwjcjyj13820000.0510030080028230000.05150120030032525000.075187.5375937.546410000.0757545030058815000.075112.5900900合计62532253237.5X=3225/625=5.16Y=3237.5/625=5.18求解过程表7jxjyjwjcjwjcjwjcjxjwjcjyj13820（1）模型建立机理：对重心法的改进，克服x,y变量相互独立的缺点；以重心法所得解为初始解，求微分使得系统的总费用最小，反复迭代，不断优化，直至得到最优解。（2）系统的总费用F：

（3）迭代条件：F最小，即（4）求解公式：2一元交通枢纽港站布局的微分法8（1）模型建立机理：对重心法的改进，克服x,y变量相互独立的X=102.010/20.249=5.038Y=102.388/20.249=5.507求解过程表jwjcjwjcjxjwjcjyjdjwjcj/djwjcjxj/djwjcjyj/dj110030080035.522.8158.44622.5232150120030042.633.51928.1497.0373187.5375937.531.655.92411.84829.62147545030014.485.18031.07720.7185112.590090040.022.81122.48922.489合计20.249102.010102.388x=5.16,y=5.189X=102.010/20.249=5.038Y=102.38（1）前提条件：具有一个枢纽港站位置的选择集；（2）求解目标：枢纽系统的总成本最小。（3）假定条件：n个交通发生点，发生量集（W1，W2，W3…Wn）；

m个待选港站（P1，P2，P3…Pm）；

各港站的建设、运营成本（R1，R2，R3…Rn

)；单位吨千米的运费相同且为F；各交通点至各港站的距离矩阵D{dij}.

（4）总费用：3成本分析法总费用=建设运营费用+运输费用10（1）前提条件：具有一个枢纽港站位置的选择集；3成本分析法小结1数学物理模型重心法、微分法、效益成本分析法优点简单易行缺点静态的运输费率，无法反应动态的路网流量的影响重心法、微分法纯粹的数学解析法，平面几何距离，只可作初始解成本分析法前提条件是“待选站点初始解”11小结1数学物理模型重心法、微分法、效益成本分析法优点缺点重二、运筹学模型与方法1多元枢纽港站布局的混合整数规划法（1）方法的机理：从区域整体的角度进行交通枢纽布局，从货流整体的角度进行规划；（2）假设条件：

m个交通发生点Ai，发生量集（a1，a2，a3…am）；

n个交通吸引点Bi，需求量集（b1，b2，b3…bn）；q个备选港站D1…Dk…

Dq；各备选港站的基建投资、中转费用和运输费率为已知；（3）规划目标：总成本F最小12二、运筹学模型与方法1多元枢纽港站布局的混合整数规划法12（4）总成本构成：

AiDk；DkBiAiBi；

Dk处基建费用Fk

Dk处中转费用Ck；1多元枢纽港站布局的混合整数规划法1324513（4）总成本构成：1多元枢纽港站布局的混合整数规划法1（5）数学模型：约束方程为：

1多元枢纽港站布局的混合整数规划法12345决策变量0-1型整数变量混合整数模型14（5）数学模型：1多元枢纽港站布局的混合整数规划法123（6）模型求解：方法：分支定界法；求解变量：Xik，Ykj，Zij，Wk；Xik

表示枢纽港站k与发生点的关系，决定该枢纽k的规模；Ykj表示枢纽k与吸引点的关系，为区域内枢纽港站的理论数量。1多元枢纽港站布局的混合整数规划法15（6）模型求解：1多元枢纽港站布局的混合整数规划法15（1）模型机理：忽略港站基建投资（即消除0-1变量），化混合整数模型为线性规划模型（2）求解目标：枢纽系统的总成本最小。（3）数学模型：（4）约束方程：2运输规划模型1523决策变量16（1）模型机理：忽略港站基建投资（即消除0-1变量），化混总成本构成：

AiDk；DkBiAiBi；

Dk处基建费用Fk

Dk处中转费用Ck；1324517总成本构成：1324517（5）模型求解：表上作业法，是一种迭代方法，有三种常用的方法：西北角法；最小元素法；沃格尔（Vogel）法2运输规划模型依次接近最优解18（5）模型求解：表上作业法，是一种迭代方法，有三种常用的方法至从P1P2P3P4适站量（t)F18.007.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500F47.087.207.507.45吸引量（t)4000800070006000250002运输规划模型（6）最小元素法求解示例：19至P1P2P3P4适站量（t)F18.00

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280001245001-3565001-465001-520至P1P2P3P4适站量F18.007.807.2运输规划模型

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280001-1400011-2212运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.02运输规划模型

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280001321-2222运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.02运输规划模型

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）400080007000600025000128000134

5001-431-2232运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.02运输规划模型

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280001345001-45

65001-541-2242运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.02运输规划模型

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280001345001-4565001-565001-651-2252运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.0

至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.6512500吸引量（t）4000800070006000250001280004000355004500565006500站场设在F3处的最小费用=8000*7.05+4000*7.15…+500*7.80=181865（万元）26至P1P2P3P4适站量F18.007.807.2运输规划模型至从P1P2P3P4适站量（t）F1

8.00

7.807.707.807000F27.657.507.357.155500F47.087.207.507.4512500吸引量（t）400080007000600025000318000400025500450057000F4站场设在F4处的最小费用=4000*7.08+5500*7.15…+500*7.80=182870（万元）>【F3】=181865（万元），故站场设置在F3处优于F4处。272运输规划模型至P1P2P3P4适站量F18.02828（2）网络结构：运输成本相同远距离运输成本差异忽略29（2）网络结构：运输成本相同远距离运输成本差异忽略29（3）基本步骤：选择港站初始方案确定各港站的服务范围寻求网点地址的新方案新旧方案比较港站最优布局新方案成本是否最小？是否30（3）基本步骤：选择港站初始方案确定各港站的服务范围寻求网点交通方式A枢纽交通网络枢纽布局如何互动？交通方式B枢纽相互影响？小结231交通方式A枢纽交通网络枢纽布局如何互动？交通方式B枢纽相互影1模型提出的背景（1）数学物理模型无法满足综合交通枢纽规划的实际需求；（2）由于自然地理条件和历史发展的原因，港站的选址和布局，调整的空间比较小；（3）为实现整体最优的目标，有必要协调各方式的港站布局；（4）选择公路运输系统作为联系其它各方式的纽带，具有现实意义；（5）交通运输规划理论的发展，使“从交通运输的角度建立枢纽布局模型”成为可能。三、交通规划理论优化布局模型321模型提出的背景三、交通规划理论优化布局模型322模型的基本思路：两阶段分别建模阶段一：由出发地至枢纽港站，利用城市交通系统完成；阶段二：由港站发往目的地，利用公路运输系统完成；港站12D城市交通流特征四阶段理论分析得到备选位置物流中心选址确定站场位置332模型的基本思路：两阶段分别建模港站12D城市交通流特征物（1）基本假设：交通需求者对不同交通方式港站的选择，取决于该次出行的距离；每个交通港站内部的运营管理已经达到最优状态；3、第一阶段模型交通生成交通分布交通分配方式划分34（1）基本假设：3、第一阶段模型交通生成交通分布交通分配方（2）基本步骤Step1确定综合枢纽的服务范围：上位规划；Step2划分综合交通枢纽内部的客货运交通小区：以公路枢纽为基准，结合土地使用特性；Step3确定交通路网：现状和规划年的客货运交通干道网；Step4公路交通枢纽交通小区的交通量发生、吸引预测；Step5交通分布预测：规划年区域机动车OD矩阵；Step6客货运交通量分配：把交通量分配到路网；Step7初步选定客货运枢纽港站的备选位置。3、第一阶段模型35（2）基本步骤3、第一阶段模型35（2）基本步骤Step1交通小区的运输量的发生、吸引预测；Step2确定运输网络：城市主干道和公路主干道；Step3确定广义费用矩阵：运输价格+走行时间价格；Step4建立模型，确定枢纽站场的理论位置和规模；4、第二阶段模型36（2）基本步骤4、第二阶段模型36第二阶段模型：线性规划模型（a）求解目标：枢纽系统的总成本最小。（b）数学模型：（c）约束方程：312537第二阶段模型：线性规划模型312537总成本构成：

AiDk；DkBiAiBi；

Dk处基建费用Fk

Dk处中转费用Ck；1324538总成本构成：1324538交通规划理论优化布局模型

思考题1综合交通枢纽规划中，为何选取公路站场作为协调各交通方式的纽带？2第一阶段模型中，站场初选位置确定的依据是什么？3公路与其它交通方式的衔接在规划中如何实现的？4第一阶段模型本质上是成本决定法？流量决定法？第二阶段模型本质上是成本决定法？流量决定法？39交通规划理论优化布局模型1综合交通枢纽规划中，为何选四、交通港站选址与优化一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类1枢纽的分类：已定型、全定型、半定型对象网络：目前正选择枢纽位置的交通网络称为对象网络网先城市：先于对象网络而建成或存在的城市，如首都；网先建筑：先于对象网络而建成或存在的火车站、机场等网先枢纽：网先城市和网先建筑，已定型，无须选址！40四、交通港站选址与优化1枢纽的分类：已定型、全定型、半定型1枢纽的分类：已定型、全定型、半定型全定型：对象网络已存在，枢纽的选址全部或主要由对象网络本身的特征及其上交通流量的分布情况而决定；半定型：对象网络已存在，枢纽的选址在一定程度上依靠对象网络的结构特征和社会经济因素；流量决定法成本决定法一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类411枢纽的分类：已定型、全定型、半定型全定型：半定型：流量一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类2流量决定法（1）原理：在网络节点中挑选客货流量大的节点作为枢纽点；流量决定法（2）思路：一个节点是否能够成为枢纽点是由途径它的交通流的大小决定的；（3）关键问题：交通流在线路上的分配；（4）交通流分配方法：阻抗不变的多路径分配方法；42（1）原理：在网络节点中挑选客货流量大的流量决定法（2）思

一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类2流量决定法3成本决定法（1）原理：在备选地点中挑选运输成本最小的点作为枢纽点；成本决定法（2）思路：所选的位置要使交通成本和相关的位置成本最小；（3）关键问题：各个备选点交通费用的计算；43（1）原理：在备选地点中挑选运输成本最小成本决定法（2）

一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类2流量决定法3成本决定法成本决定法（4）选址步骤：确定枢纽的服务范围；确定枢纽的备选位置；划分小区并确定小区的中心；交通量（客、货）调查与预测；阻抗与地皮费用计算；选择费用最小的点作为枢纽的位置；多套选址方案设计、实地调整；方案选优，确定方案44成本决定法（4）选址步骤：44

一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1枢纽的分类2流量决定法3成本决定法4公路客运枢纽“先模糊定位、再精确选址”的布局方法“先模糊定位、再精确选址”的布局方法适用范围：大城市公路客运枢纽土地利用强度大道路结构复杂、城市对外出入口较多；45“先模糊定位、再精确选址”的布局方法适用范围：大城市公路客模糊定位－无轨大城市

（1）公路客运枢纽服务区域的划分

总体需求规模：大城市公路客运枢纽服务区域的划分必须在掌握了公路客运枢纽总体需求规模的基础上进行。

服务半径：服务半径的大小是确定公路客运枢纽模糊分区的面积和数量的重要参考依据。根据国内一些大城市公路客运枢纽的发展历史及现状分析，公路客运枢纽站点的服务半径一般为3～5公里。46模糊定位－无轨大城市（1）公路客运枢纽服务区域的划分模糊定位－无轨大城市

（1）公路客运枢纽服务区域的划分

城市出入口：公路客运枢纽的模糊分区应尽量以城市出入口为依托，保证公路客运枢纽具有良好的对外交通条件，以便对外客运车辆能够快速出城。

客运流量流向：在城市用地、交通配套等条件可满足的条件下，选择公路客运枢纽可依托的城市出入口时，应尽可能选择对外客运比例较大出入口方向。

47模糊定位－无轨大城市（1）公路客运枢纽服务区域的划分（2）公路客运枢纽位置可选范围拟定公路客运枢纽应尽量靠近城市外围区域，避免设于城市核心区；公路客运枢纽不宜远离城市出入口，应尽量将到达出入口时间控制在半小时以内；尽量避免与城市总体规划中的对外交通用地范围不一致。48（2）公路客运枢纽位置可选范围拟定48