《城市交通规划》课程设计说明书-某区交通需求预测

《城市交通规划》课程设计说明书I《城市交通规划》课程设计说明书课程名称:城市交通规划题目:某区交通需求预测专业:交通工程目录1.任务书 11.1课程设计的目的 11.2课程设计的题目 11.3设计的原始资料或已知的技术参数 11.4设计内容及要点 41.5设计要求（包括提交的设计成果） 41.6设计时间安排 51.7设计纪律要求 51.8成绩评定 51.9资料上交日期 61.10指导教师指导时间 62.设计方案的拟定及说明 73.交通生成预测 83.1理论知识 83.2计算过程 83.3计算结果 124.通分布预测 134.1理论知识 134.2计算过程 145.交通方式划分 185.1理论基础 185.2换算基础资料 185.3计算过程 195.4计算结果 196.通分配预测 206.1交通分配预测方法及原理 206.2计算过程 206.3计算结果 217.设计小结 22参考文献 231.任务书1.1课程设计的目的城市交通规划课程设计是交通工程专业的学科基础必修课，学生在掌握交通规划的理论知识之后，在本课程设计中进行模拟规划训练，初步掌握交通规划的基本方法和实施步骤。1、通过城市交通规划课程设计，能够系统全面地掌握交通规划的一般方法和过程；2、通过本课程设计，熟悉并加深交通规划中交通需求预测四步骤的基本理论，培养综合分析及处理实际问题的能力；3、通过城市交通规划课程设计，培养灵活运用理论知识的能力。1.2课程设计的题目某区交通需求预测备注：每位同学的基础数据不同具体见第三部分内容。1.3设计的原始资料或已知的技术参数1、设计对象此次规划的对象为某地区，划分为5个交通小区，如图1所示。图1某地区交通小区划分示意图2、设计年限设定此次交通规划为中长期规划，规划年限为15年，规划基年为2013年，即规划期为2014年到2028年。3、经济社会人口基础资料表1.1规划区域人口历史数据（万人）年份小区A小区B小区C小区D小区E200359.452.250.553.951.8200459.956.955.556.860.6200565.064.561.964.965.8200674.466.770.968.469.9200776.071.979.072.673.9200875.782.175.875.379.3200988.388.988.380.187.5201090.792.485.290.087.6201191.996.695.298.897.6201292.697.796.399.298.5201395+（学号后三位/10）100+（学号后三位/10）100+（学号后三位/10）102+（学号后三位/10）104+（学号后三位/10）表1.2规划区域汽车保有量历史数据（万辆）年份小区A小区B小区C小区D小区E200315.815.415.017.617.9200421.221.122.519.620.2200525.925.626.124.527.0200629.032.832.929.528.8200738.136.035.738.335.8200839.239.040.740.739.2200946.948.747.445.848.8201052.854.454.753.255.3201158.456.858.858.057.3201259.257.359.658.958.4201362+（学号后三位/10）61+（学号后三位/10）63+（学号后三位/10）62+（学号后三位/10）61+（学号后三位/10）表1.3规划区域GDP历史数据（亿元）年份小区A小区B小区C小区D小区E200351.648.649.146.352.7200460.955.957.256.659.0200573.876.969.672.173.7200686.680.478.478.682.8200794.893.1100.891.999.12008107.1115.8107.4105.8115.52009127.8130.5120.3120.5120.52010139.8151.8144.8151.2150.82011160.2161.7169.6162.5158.120121701721801731692013180+（学号后三位/10）182+（学号后三位/10）191+（学号后三位/10）182+（学号后三位/10）173+（学号后三位/10）4、现状OD表表1.42013年现状OD调查结果（万人）DDO小区A小区B小区C小区D小区E合计小区A043526539199小区B520475279230小区C637307359268小区D724257048219小区E367565390215合计22323322122922511315、交通方式选择经调查得知：该地区居民出行方式的比例如表5所示。车型分类及车辆折算系数如表6所示。表1.5该地区区居民出行方式（长期保持不变）出行方式自行车公交车出租车单位班车单位小汽车私家车百分比(％)15.940.42.916.42.422平均单车载客量（人）15044044满载率100%80%75%90%51%36%表1.6车型分类及车辆折算系数车型折算系数荷载及功率备注小客车1.0额定座位≤19座机大客车1.5额定座位＞19座汽小型货车1.0载质量≤2吨中型货车1.52吨＜载质量≤7吨包括吊车动大型货车2.07吨＜载质量≤14吨车特大型货车3.0载质量＞14吨拖挂车3.0包括半挂车、平板拖车车集装箱车3.0摩托车1.0包括轻骑、载货摩托车及载货（客）机动三轮车等拖拉机4.0人畜力车畜力车4.0非机动车人力车1.0包括人力三轮车、手推车自行车0.2包括助动车注：交通量换算采用小客车为标准车型。6、城市道路交通网络如图2所示为地区的交通网络示意图，并且已知各路段的相关参数如表7所示。112745638910ACBDE图2交通网络示意图表1.7路段平均行驶时间路段1-21-42-32-53-63-104-54-75-65-86-96-107-88-99-10零流车速(km/h)415243454442532022525446475038交通负荷(V/C)0.660.750.710.760.740.660.910.920.660.670.720.730.680.800.79距离（km）8784678245664651.4设计内容及要点（一）设计内容1、交通现状分析；2、出行产生和吸引预测；3、交通分布预测；4、交通方式划分；5、交通分配预测；6、对预测结果进行分析。（二）计算方法：1、交通量预测（1）交通生成总量的预测可供选择的方法：原单位法、增长率法，或者利用研究对象地区过去的交通量或经济指标等的趋势法和回归分析法。（2）发生与吸引预测：可供选择的方法：原单位法、增长率法等。2、交通分布预测：利用调查的现状交通数据，任选一种方法：平均增长系数法（设定收敛标准）、底特律法（设定收敛标准）、福莱特法（设定收敛标准）、无约束重力模型法并计算未来时段的分布交通量。3、交通方式划分：按照提供的出行比例等相关数据将出行转化为标准交通量（单位：pcu）4、交通分配：采用非平衡模型中的一种。1.5设计要求（包括提交的设计成果）1、相关要求：（1）依据分组情况合理分工，各组均独立、按时、按质、按量完成本课程设计。（2）充分理解并掌握相关理论以及设计流程。（3）完成设计项目后，将任务书、设计说明书书按要求装订成册。2、注意事项：（1）本课程设计要求学生依据分组情况合理分工，各组均独立自主完成，严禁抄袭、抄袭者以零分计。（2）严肃考勤纪律，学生应按指导教师要求时间参加检查，不得无故缺席。3、成果要求成果必须包括各个步骤详细的计算过程；各小区路网流量简图，其中包括各条线路往返两个方向的交通分配结果；设计成果一份同时上交电子版（以学号+姓名命名）。要求：目次分明，内容完整，计算数据准确，步骤清晰，图表规范，公式编号，内容工整、流畅；设计说明书一律采用A4纸打印，格式严格参照模版；成果用订书机装订成册即可。内容必须充实，说明书页数不少于20；排版正确，无错别字。将课程设计任务书及说明书装入档案袋，档案袋内容填写完整，要求两个班级统一采用相同的档案袋，档案袋上注明班级、学号、姓名等信息。1.6设计时间安排《城市交通规划》课程设计时间共1周，时间安排如下：表8时间进度安排序号设计任务时间（天）1布置任务，熟悉课题0.252预测出行生成13交通分布预测14交通方式选择15交通分配16修改整理设计说明书0.75合计51.7设计纪律要求1、设计中要自主完成，杜绝抄袭现象，发现类同者，设计成绩按零分计。2、正常上课期间所有设计学生必须到教室进行设计，上午8：00~12：00，下午2：00~4：00，不得迟到和早退，外出须有请假条。3、设计期间指导教师实行不定期点名制度，每次无故不到者设计成绩降级。缺勤累计达三分之一以上者成绩为不及格。4、若在机房上机，不得做与课设无关的事情，发现一次成绩降低一个档次。1.8成绩评定学生的课程设计成绩由指导老师根据学生在设计期间的设计图纸、设计计算说明书、出勤等情况综合评定。成绩分：优、良、中、及格、不及格五个等级。成绩评定标准如下：优：能认真完成设计指导书中的要求，设计过程中，严格要求自己，独立完成设计任务，图纸整洁、绘制标注规范，设计方案合理，思路清晰，设计说明书内容充实工整，应用理论正确，有创新性，设计期间出满勤。良：能较好的完成设计指导书中的要求，能独立完成设计任务，设计思路较清晰，平面布置合理、图纸绘制标注规范、整洁，设计认真，应用理论正确，设计期间出满勤。中：能完成设计指导书中的要求，平面布置基本合理、图纸绘制规范、字体和数字标注较整洁，设计较认真，应用理论基本正确，设计期间出满勤。设计方案基本合理。及格：能基本完成设计指导书中的要求，设计思路欠佳，平面布置欠合理、图纸绘制规范、字体和数字标注欠整洁，应用理论无原则错误，设计期间有缺勤现象。设计图纸一般。不及格：凡有下列情况之一者以不及格论：1）未达到设计指导书的基本要求。2）设计出现原则性的错误，图纸绘制有明显错误、字体和数字标注不整洁，应用理论有原则错误。3）设计缺勤累计达三分之一以上者。1.9资料上交日期截止至设计周结束的下周一。1.10指导教师指导时间王啸啸张蕾秦丹丹表9指导教师排班表时间周一周二周三周四周五上午张蕾王啸啸张蕾王啸啸秦丹丹下午秦丹丹王啸啸张蕾王啸啸秦丹丹

2.设计方案的拟定及说明设计方案的计算思路、流程、各个步骤拟采用的方法如图2.1所示。交通量预测趋势法原单位法增长率法交通量预测趋势法原单位法增长率法回归分析法法设定收敛标准ε=3%交通分布预测平均增长系数法底特律法福莱特法无约束重力模型法交通方式划分出行比例等数据转化为标准交通量交通分配容量限制法多路径法最短路法容量限制—多路径法在这次设计设计方案中，交通生成预测阶段采用原单位法；交通分布预测阶段采用福莱特法；交通方式划分阶段使用表1.6中的数据将交通分布数据换算为标准交通量；交通分配预测阶段采用最短路交通分配方法。

3.交通生成预测3.1理论知识交通生成预测是交通需求四阶段预测中的第一个阶段，是交通需求分析工作中最基本的部分之一，目标是求得对象地区的交通需求总量，即交通生成量，进而在总量的约束下，求出各交通小区的发生于吸引交通量。出行的发生、吸引与土地利用性质和设施规模有着密切的关系。发生于吸引交通量预测精度将直接影响后续预测阶段乃至整个预测过程的精度。交通生成预测的影响因素有：土地利用，家庭规模和家庭成员的构成，年龄和性别，汽车保有率，自由时间，职业和工种，外出率，企业规模、性质，家庭收入等。出行生成包括出行产生和出行吸引。由于两者的影响因素不同，前者以社会经济特性为主，后者以土地利用的形态为主，故有些方法需将出行产生和出行吸引分别进行预测，以求精确，也有利于下一阶段出行分布预测的工作。当社会经济特性和土地利用形态发生变化是，也可用来预测交通需求的变化。而交通生成量通常作为总控制量，用来预测和校核各个小区的发生和吸引交通量，故交通生成量的预测通常又称为交通生成总量。交通生成总量的预测方法主要有：原单位法、增长率法、交叉分类法和函数法。除此之外，还有利用研究对象地区过去的交通量或者经济指标等的趋势法和回归分析等方法。3.2计算过程利用原单位法预测发生与吸引交通量时，首先需要分别计算发生原单位和吸引原单位，然后根据发生原单位和吸引原单位与人口、面积等属性的乘积预测得到发生与吸引交通量的值。在本例的交通生成预测中选用原单位法。原单位是指单位指标，它的计算方法通常有两种：一是用居住人口的或就业人口每人平均的交通生成量来进行推算的个人原单位法；另一种就是以不同用途的土地面积和单位办公面积平均发生的交通量来预测的面积原单位法。不同方法对应选取的原单位指标不同，主要有：1）根据人口属性，以不同出行目地的原单位出行次数为原单位进行预测。2）以土地利用和经济指标为基准的原单位，即以单位用地面积或者经济指标为基准对原单位进行预测。3.2.1交通生成总量的预测本例中根据人口属性进行交通生成总量的预测。如下表3.1为本例中各小区2003年至2013年的居住人口（万人）数据。表3.1规划区域人口历史数据年份小区A小区B小区C小区D小区E200359.452.250.553.951.8200459.956.955.556.860.6200565.064.561.964.965.8200674.466.770.968.469.9200776.071.979.072.673.9200875.782.175.875.379.3200988.388.988.380.187.5201090.792.485.290.087.6201191.996.695.298.897.6201292.697.796.399.298.52013106.8111.8111.8113.8115.8根据已知的数据对将来2028年的各区域人口进行预测，其中进行预测需要的方法是回归分析法。社会经济现象之间的相关关系往往难以用确定性的函数关系来描述，它们大多是随机性的，要通过统计观察才能找出其中规律。回归分析是利用统计学原理描述随机变量间相关关系的一种重要方法。回归分析中，当研究的因果关系只涉及因变量和一个自变量时，叫做一元回归分析；当研究的因果关系涉及因变量和两个或两个以上自变量时，叫做多元回归分析。此外，回归分析中，又依据描述自变量与因变量之间因果关系的函数表达式是线性的还是非线性的，分为线性回归分析和非线性回归分析。回归分析法预测是利用回归分析方法，根据一个或一组自变量的变动情况预测与其有相关关系的某随机变量的未来值。进行回归分析需要建立描述变量间相关关系的回归方程。根据自变量的个数，可以是一元回归，也可以是多元回归。根据所研究问题的性质，可以是线性回归，也可以是非线性回归。非线性回归方程一般可以通过数学方法为线性回归方程进行处理。对各小区人口与年份用一元线性回归进行分析，一元线性回归方程如下；式中：——因变量——自变量a、b——参数检验其相关性，相关系数是反映两变量间是否存在相关关系，以及这种相关关系密切程度的统计量，相关系数用r表示，计算公式为：相关系数反映了变量与之间线性相关的密切程度，|r|越接近于1，就说明与之间的线性相关程度越密切。r值越大，直观地表现为观测点紧密地散布于回归曲线周围，即对回归线的离差小。分别对个小区进行人口预测计算，得出至2028年个小区人口数。表3.2个小区现在的出行发生量和吸引量（单位：万次/日）DDO小区A小区B小区C小区D小区E合计人口（万人）（现在/将来）小区A043526539199106.8/169.8小区B520475279230111.8/194.0小区C637307359268111.8/189.6小区D724257048219113.8/192.4小区E367565390215115.8/192.8合计2232332212292251131560.0/938.6根据上表中的数据可得：现状出行生成量：T=199+230+268+219+215=223+233+221+229+225=1131（万次/日）现状常住人口：N=106.8+111.8+111.8+113.8+115.8=560.0（万次/日）将来常住人口：M=169.8+194.0+189.6+192.4+192.8=938.6（万次/日）常住人口原单位：T/N=1131/560.0=2.020（次/（日·人））将来生成交通量：X=M(T/N)=952.208×(1131/579.8)=1895.637（万次/日）由于人们在对象区域内的出行不受区域内小区划分的影响，所以交通生成量的原单位与发生、吸引的原单位比较，具有时序列稳定的特点。如上所述，将原单位视为不随时间变动的量，而直接使用居民出行调查结果。然而，原单位因交通参数参与者的个人属性不同而变动。3.2.2交通发生量和吸引量的预测1）求出现状发生和吸引原单位小区A的发生原单位：199/106.8=1.863（次/（日·人））小区A的吸引原单位：223/106.8=2.088（次/（日·人））同理，可以计算其他交通小区的原单位，结果如表3.3所示表3.3现状各小区的发生和吸引原单位ODABCDE合计A1.863B2.057C2.397D1.924E1.857合计2..0882.0841.9772.0121.9432）计算各交通小区的将来发生和吸引交通量小区A的发生交通量：169.8×1.863=316.388（万次/日）小区A的吸引交通量：169.8×2.088=354.545（万次/日）同理，小区B、C、D和E区的发生和吸引交通量计算结果如表3.4所示。表3.4各小区未来的出行发生和吸引交通量（万次/日）ODABCDE合计A316.388B399.106C454.497D370.260E357.962合计354.545404.311374.791387.167374.6113）调整计算由上面结果可知，各小区发生交通量之和不等于其吸引量之和，所以，需要进行整计算。调整的目标是使得上述两者相等，即满足下式子：(3.1)调整方法，采用总量控制法，即使各小区发生量之和等于其吸引交通量之和，且都等于将来的交通生成总量1895.637万次/日。根据总量控制法的公式：(3.2)(3.3)推导可得：(3.4)3.3计算结果按上述的计算结果如下：调整后的结果如表3.5所示。表3.5各区未来的出行发生和吸引交通量（万次/日）ODBACDE合计A315.959B398.564C453.880D369.758E357.476合计354.566404.356374.833387.210374.6531895.637由上表可以看出，调整以后，各小区的发生和吸引交通量之和相等，均等于交通生成总量1895.637万次/日。

4.通分布预测4.1理论知识交通分布预测是交通规划四阶段预测模型的第二步，是把交通的发生和吸引量预测获得的各小区的出行量换算成小区之间的空间OD量，即OD矩阵。交通分布预测要解决的问题是在目标年各交通小区的发生和吸引交通量一定的条件下，求出各小区之间将来的OD交通分布量。求得的OD交通量也是一个二维OD表，满足下式约束条件：(4.1)(4.2)交通分布预测是交通规划的主要步骤之一，是交通设施规划和交通政策立案不可缺少的资料。交通分布预测的方法一般可以分为两类：一类是增长系数法，一类是综合法。前者假定将来OD交通量的分布形式和现有的OD表的分布形式相同，在此假定的基础上预测对象区域目标年的OD交通量，常用的方法包括增长系数法、平均增长系数法、底特律法、福莱特法和佛尼斯法等；后者从交通分布量的实际分析中，刨析OD交通量的分布规律，并将此规律用数学模型表现，然后用实测数据标定模型参数，最后用标定的模型预测交通分布量，其方法包括重力模型法、介入机会模型法、最大熵模型法等。由上述可知，增长系数法的应用前提是要求被预测区域有完整的现状OD表。对于增合法来说，如果模型已经标定完毕，则不需要现状OD表。结合本例情况，选用福莱特法进行交通分布预测，增长系数法——福莱特法的原理是，假设在现状交通分布量给定的情况下，预测将来的交通分布量。该方法的算法步骤如下：1）令计算次数m=0。2）给定现状OD表中、、、及将来OD表中的、、。3）求出各小区的发生于吸引交通量的增长率。(4.3)(4.4)4）求第m+1次交通分布量的近似值。(4.5)(4.6)5）收敛判别。(4.7)(4.8)(4.9)(4.10)式中：——将来OD表中的发生交通量；——将来OD表中的吸引交通量；——将来OD表中的交通生成量；——小区的第m次计算发生增长系数；——小区的第m次计算吸引增长系数；——任意给定的误差常数。4.2计算过程结合本例情况，选用福莱特法进行交通分布预测，假设i,j小区间交通分不量的增长系数与i小区出行发生量和j小区的吸引量增长系数之积成正比，与全规划区出行生成总量的增长系数成反比，即：(4.11)1）求发生交通量增长系数和吸引交通量增长系数。2）求和同理可得：3）求同理，按此方法计算的出其余交通量计算后得表4.1表4.1第一次迭代计算OD表(万人)OD小区A小区B小区C小区D小区E合计小区A070.61083.259103.76760.890318.526小区B85.398083.02391.584136.086396.091小区C100.795128.8390125.25899.014453.906小区D115.17274.11098.073080.538367.893小区E65.062149.315126.22275.5100416.109合计366.427422.874390.577396.119376.5281895.6374）重新计算发生的交通量增长系数和吸引交通量增长系数由于和的误差并不全在3％之内，因此需要继续迭代计算。计算方法与第一次计算时相同，计算结果如下表：表4.2第二次迭代计算OD表(万人)OD小区A小区B小区C小区D小区E合计小区A069.55582.259103.35760.912316.083小区B85.111081.96392.263137.682397.019小区C99.860127.8770125.70999.780453.226小区D114.92174.08298.120081.760368.883小区E55.652127.945108.25165.4280357.276合计355.544399.459370.593386.757380.1341895.637再次计算和的误差，结果误差值全在3%之内，因此不需要继续迭代，表4.2即为最终所求的分布交通量表。可以看出，福莱特法较平均增长系数法收敛速度快，在满足相同的精度条件下迭代次数也少，因此在实际中广泛应用。但其计算过程比较复杂，因此一般通过计算机编程实现或通过专门的交通规划软件计算。

5.交通方式划分5.1理论基础交通方式划分是四阶段法中的第三个阶段。所谓交通方式划分就是出行者出行时选择佳通工具的比例，他以居民出行调查数据为基础，研究人们出行时的交通选择行为，建立模型从而预测基础设施或交通服务水平等条件时交通方向间交通需求的变化。交通方式划分模型的建模思路有两种：其一是在假设历史的变化情况将来继续延续下去的前提下，研究交通需求的变化，其二是从城市规划的角度，为了视线所期望的交通方式划分，如何改扩建各种交通设施引导人们的出行制定各种交通管理规则等。5.2换算基础资料已知该地区居民出行方式的比例如表5.1所示。表5.1该地区居民出行方式出行方式自行车公交车出租车单位班车单位小汽车私家车百分比(％)15.940.42.916.42.422平均单车载客量（人）15044044满载率100%80%75%90%51%36%已知车型分类及车辆折算系数如表5.2所示。表5.2车型分类及车辆折算系数表车型折算系数荷载及功率备注小客车1.0额定座位≤19座机大客车1.5额定座位＞19座汽小型货车1.0载质量≤2吨中型货车1.52吨＜载质量≤7吨包括吊车动大型货车2.07吨＜载质量≤14吨车特大型货车3.0载质量＞14吨拖挂车3.0包括半挂车、平板拖车车集装箱车3.0摩托车1.0包括轻骑、载货摩托车及载货（客）机动三轮车等拖拉机4.0人畜力车畜力车4.0非机动车人力车1.0包括人力三轮车、手推车自行车0.2包括助动车注：交通量换算采用小客车为标准车型。5.3计算过程由第二步交通分布得预测小区出行交通量为1889.525（万人）。按照公式：(5.1)式中：—小区标准交通量；—小区出行量。令则根据上表可算得5.4计算结果根据上面的计算过程，最终将出行交通量转换为标准交通量如下表5.3所示。表5.3各小区标准出行交通量OD表（万辆）OD小区A小区B小区C小区D小区E合计小区A020.62825.03829.65318.62593.944小区B24.167020.69521.69834.505101.065小区C29.19431.938030.37125.694117.198小区D31.77317.50423.831019.90893.017小区E16.95033.34228.99616.486095.774合计102.085103.41398.56098.20898.732500.998

6.通分配预测6.1交通分配预测方法及原理1）最短路径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，假设车辆的平均行驶车速不受交通负荷的影响。每一OD点对的OD量被全部分配在连接该OD点对的最短路线上，其他道路上分配不到交通量。这种分配方法的优点是计算相当简便，其致命缺点是出行量分布不均匀，出行量全部集中在最短路上。这种分配方法是其它各种交通分配方法的基础。6.2计算过程本例采用最短路径交通分配方法，已知城市道路交通网络如图6.1所示。112745638910ACBDE图6.1OD交通网络示意图已知路段的平均行驶时间如表6.1所示。路段1-21-42-32-53-63-104-54-75-65-86-96-107-88-99-10零流车速(km/h)202252544647503841524345444253交通负荷(V/C)0.910.920.660.670.720.730.680.800.790.660.750.710.760.740.66长度（km）245664658784678表6.1路段的平均行驶时间分别计算各条路径的路权值，为最短路径的交通分配量提供依据，计算结果如下图所示：图6.2各路径路权6.3计算结果将各OD点对的OD量分配到OD点对相应的最短路线上，并进行累加，得到如图6.3所示的分配结果图6.3交通量分配图

7.设计小结城市交通规划是指根据特定交通系统的现状与特征，用科学的方法预测交通系统交通需求的发展趋势及交通需求发展对交通系统供给的要求，确定特定时期交通供给的建设任务、建设规模及交通系统的管理模式、控制方法，以达到交通系统交通需求与交通供给之间的平衡，实现交通系统的安全、畅通、节能、环保的目的。城市交通规划是对城市范围内各种交通作出长期的全面合理安排的计划，城市交通规划同城市布局形式、城市功能分区、城市土地利用、城市道路系统等有密切关系。城市交通