运输系统规划与设计 课件 第三章 运输系统规划理论与方法

第三章运输系统规划理论与方法交通规划的整体流程框架交通需求模型（四阶段模型）概述交通发生（TripGeneration）交通分布（TripDistribution）方式划分（ModeSplit）交通分配（TrafficAssignment）四阶段模型存在的问题阅读资料目录交通规划（TrafficPlanning）确定公路和城市道路交通建设的发展目标，设计达到这些目标的策略、过程与方案。规划区域交通规划的空间客体，可能是一个城市、一个地区或整个国家。目前主要是城市在进行交通规划，因此交通规划的对象区域大都是城市。规划的基年和规划年当前年就叫作规划的“基年”；未来交通需求量所在的那一年就叫规划的“规划年”，又称作“目标年”。交通规划整体框架交通分区（Zone）交通分区是整个交通规划的基本的单元。地区交通规划中的分区划分一般与行政区划是一致的，但有时也按交通节点的吸引范围来划分。交通规划整体框架国内的规划步骤和框架交通规划整体框架来源：刘灿奇《现代交通规划学》国外的规划流程交通规划整体框架GoalsandobjectivesSurveillanceReappraisalProceduraldevelopmentServiceAnnualreportContinuingelementsPolicyandtechnicaldevelopmentDevelopimmediateactionplanPennDOTMPOsTMAsLDDsLocalgov’tsCitizenparticipationTransportationorganizationsPlanimplementationLanduseTripgenerationTripdistributionModalsplitTrafficassign.CalibratemodelsPopulationLanduseEconomicTrafficRevenuesAreawideforecast=PartoftheSequentialDemandForecastingProcessDevelopalternativesApplymodels Landuse Tripgeneration Tripdistribution Modechoice Trafficassign.Plantesting,evaluation andselectionAnalysisoffuturealternativesystemsPopulationLanduseEconomicactivityTransportationsystemTravelvolumesTerminalandtransfer facilitiesstatus&useFinancialresourcesCommunityvaluesInventoriesanddatacollectionDATAFrom:GEOG111&211A–Fall2004国内外规划的比较流程大致相同，都体现了数据、模型、规划、方案的过程；国外的规划流程，更加注重土地利用和交通的交互；国外的规划流程，更加注重项目实施及保障；交通规划整体框架土地利用和交通规划的关系交通规划整体框架土地利用的变化交通发生的变化出行需求的变化交通设施的变化交通可达性的变化土地价值的变化交通需求模型的输入和输出交通需求模型（四阶段模型）概述研究区域现状出行量现状交通小区属性社会经济数据土地利用数据小区间的阻抗现状道路网络输入规划年路段上的流量规划年不同方式流量规划年公交客流量规划年路段行程时间……输出BlackBox四阶段模型交通需求模型（四阶段模型）概述BlackBox阶段1交通发生阶段2交通分布阶段3方式划分阶段4交通分配社会经济数据交通运输网络方案从出行者选择行为的角度交通需求模型（四阶段模型）概述给定出行目的和时间条件下，是否出行？出行目的地何在？采用什么方式出行？选择那一条道路出行？交通发生交通分布方式划分交通分配交通发生（TripGeneration）交通需求模型（四阶段模型）概述24O24交通发生（TripGeneration）交通需求模型（四阶段模型）概述24D24交通分布（TripDistribution）交通需求模型（四阶段模型）概述方式划分（ModeSplit）交通需求模型（四阶段模型）概述2433Car:T2433Bus:T2433交通分配（TrafficAssignment）交通需求模型（四阶段模型）概述T2433交通需求模型（四阶段模型）概述交通发生输入：家庭社会经济数据、土地利用数据、现状OD或PA矩阵输出：规划年交通分区的产生量和吸引量交通分布输入：现状OD或PA矩阵、规划年产生及吸引量、各分区间阻抗输出：规划年各交通分区之间的出行交换量（OD或PA）方式划分输入：规划年的OD或PA矩阵、出行者属性数据、出行方式属性数据输出：分方式的规划年OD或PA矩阵、出行者对某种方式效用最大化的概率交通分配输入：分方式的规划年OD或PA矩阵输出：日或高峰小时规划年路段上各种方式流量、公交线网上客流量四阶段模型的内在联系起讫点、产生点和吸引点起讫点：与土地利用形态无关。如，就拿住宅用地来说，它既可以是出行的起点（去上班），也可以是出行的讫点（下班回家）。因而从起讫点的概念出发，无法由分区未来的用地模式预测分区的交通出行发生量。对于一次出行，如果它是由家出行，那么它的家庭端点就是该次出行的产生点，非家庭端点是它的吸引点；如果它是非由家出行或货物出行，那么其起点就是该次出行产生点，讫点就是其吸引点。交通发生（TripGeneration）产生量和吸引量交通发生（TripGeneration）HSFGOii分区产生量：4吸引量：2HSFjHj分区产生量：?吸引量：?产生量和吸引量的规律一个分区中，住宅量越多，产生量就越多，而非住宅建筑越多，吸引量就越多。单位时间内，一个分区的产生量不一定等于其吸引量，但对整个对象区域而言，单位时间的产生总量应严格等于单位时间的吸引总量（不计“境内外出行”时），或至少应大致相等（计入“境内外出行”时，但因境内外出行量毕竟较小），否则说明调查和分析有错。交通发生（TripGeneration）模型和方法交通发生（TripGeneration）增长率法（TripRateAnalysis）交叉分类法（Cross-Classification/CategoryAnalysis）回归分析法（RegressionAnalysis）出行产生量预测出行吸引量预测增长率法（简单、直观；粗糙、不精确）交通发生（TripGeneration）i,j——交通分区；x——属性变量（土地利用类别、面积、常住人口、白天人口，工作人口等）；b——某出行目的的平均发生量（出行数/日人）；c——某出行目的的平均吸引量（出行数/日人）。产生量预测——交叉分类法按照家庭属性分类交通发生（TripGeneration）产生量预测——交叉分类法我国某城市的交通规划将家庭分为3*3*3=27类，某个小区出行率和各类家庭比例如下表所示。并预测得出该分区规划年有8000户居民，求出行产生量的预测值？交通发生（TripGeneration）拥有车辆数人口人均收入水平低中高出行率家庭比例出行率家庭比例出行率家庭比例<=1<=22.50.0202.90.0403.10.03033.40.0303.70.0243.90.006>=44.90.0285.00.0125.10.0002<=24.10.0004.80.0455.40.05635.50.0906.10.1706.50.110>=46.90.0407.30.0408.00.010>=3<=25.80.0006.80.0257.50.02436.90.0407.70.0208.10.020>=47.80.0608.40.0309.00.030

产生量预测——交叉分类法按照出行目的分类交通发生（TripGeneration）产生量预测——交叉分类法运用类型分析模型的关键前提是：假定未来规划年各类家庭的出行率as与现在的出行率相比基本不变。因为模型中的as其实是用现实的调查数据求得的，是现年的出行率。为保证模型具有一定的精度，在计算各类家庭的平均出行率时应该抽取足够多的家庭样本。交通发生（TripGeneration）产生量预测——回归分析法交通发生（TripGeneration）b，c——回归系数；xki——区内平均收入、平均汽车保有率、家庭数、人口、就业人数、土地利用面积……产生量预测——回归分析法交通发生（TripGeneration）ZoneIDPOP2010POP2020ResArea2010ResArea2020P20101384638466.66.697032396939698.18.199883248624866.86.88665410749146076.36.312678吸引量预测——交叉分类法（岗位法）在对出行吸引量进行类型分析时不是用“家庭”作为分析单位，而是以“工作岗位”或用地面积为分析单位。交通发生（TripGeneration）吸引量预测——交叉分类法（岗位法）交通发生（TripGeneration）规划年吸引量产生量和吸引量的平衡交通发生（TripGeneration）来源：南海区公共交通规划模型和方法总结交通发生（TripGeneration）增长率法（TripRateAnalysis）交叉分类法（Cross-Classification/CategoryAnalysis）回归分析法（RegressionAnalysis）简单、直观、数据容易获取；粗糙、不精确；实际应用较少。数据类型较为繁杂；为保证精度需要足够样本；出行率保持不变；不适合规模较大交通分区。灵活多变、能充分利用已有社会经济数据；需要进行检验；要求规划年社会经济数据容易预测；实际应用较多。交通规划的整体流程框架交通需求模型（四阶段模型）概述交通发生（TripGeneration）交通分布（TripDistribution）方式划分（ModeSplit）交通分配（TrafficAssignment）四阶段模型存在的问题阅读资料目录PA和OD从理论的严格意义上讲，产生区和吸引区不一定相同，甚至某些分区只是产生区，但不吸引任何出行，因而不是吸引区，如纯住宅区，也可能有某些分区只是吸引区，但不是产生区。交通分区出行的起点数总是等于讫点数，所以基于起讫点的出行量矩阵（OD矩阵）是对称的。由于一个分区的出行产生点和吸引点不一定相等，所以基于产生点、吸引点的出行量矩阵不一定是对称。交通分布（TripDistribution）交通分布（TripDistribution）PA12P13252123A448HSHOFF分区1分区2OD12O13362022D358模型和方法交通分布（TripDistribution）增长率法（GrowthFactorMethod）重力模型法（GravityModel）介入机会模型（Intervening-Opportunities）增长率法——增长函数法交通分布（TripDistribution）增长率法——增长函数法交通分布（TripDistribution）增长率法——增长函数法交通分布（TripDistribution）名称描述特点常增长率法出行交换量的增长仅与分区的产生量增长率有关。由于产生量与吸引量的不对称性，因此这种方法的预测精度不高，是一种最粗糙的方法。平均增长率法增长率函数为产生增长率和吸引增长率的平均值。是一种最常用的方法。在实际运用时，因迭代步数较多，使计算速度稍慢，但在计算机的帮忙下很好用。Detroit法与产生量增长率成正比，而且还与吸引量增长占整个区域吸引量增长的相对比例成正比。该方法是在底特律市1956年规划首次被开发利用，收敛速度较快。Frator法1954年Frator提出，计算比较麻烦，但它的收敛速度快，应用还是比较广泛的。增长率法——增长函数法平均增长率法的演示Frator法的演示基年OD；规划年产生和吸引量；交通小区图。交通分布（TripDistribution）增长率法的缺陷没有考虑各个分区之间的交通阻抗一般对象区域的交通阻抗都会因交通设施改进或流量的增加而不断变化，这就要求在进行分布预测时，必须加入交通阻抗的因素。重力模型的提出引力模型是Casey1955年提出，受物理学中牛顿万有引力定律的启发，其形式也很象万有引力公式，故因此而得名。交通分布（TripDistribution）重力模型（早期）交通分布（TripDistribution）重力模型（改进）交通分布（TripDistribution）重力模型存在的问题无法满足行约束和列约束，即保证和；内内阻抗为零，出行量趋于无穷大；解决思路：建立阻抗函数，如幂函数、指数函数、复合函数等，以幂函数应用较广：交通分布（TripDistribution）双约束重力模型交通分布（TripDistribution）双约束重力模型在TRANSCAD中的演示交通分布（TripDistribution）模型和方法总结交通分布（TripDistribution）增长率法（GrowthFactorMethod）重力模型法（GravityModel）介入机会模型（Intervening-Opportunities）简单、容易平衡每个分区的产生和吸引量；不能体现分区间阻抗的变化；不适用于变化剧烈的道路网。考虑了分区间和分区内的阻抗；需要进行标定；较为繁琐的迭代过程。不需要OD数据；能更好适应实际交通情况；只能反映分区间时间距离关系的相对变化；理论依据不是很充分，实际应用较少。交通规划的整体流程框架交通需求模型（四阶段模型）概述交通发生（TripGeneration）交通分布（TripDistribution）方式划分（ModeSplit）交通分配（TrafficAssignment）四阶段模型存在的问题阅读资料目录出行者对出行工具的选择方式划分（ModeSplit）客流或货流交通发生交通分布各种交通工具交通设施的承载对象交通设施的规划设计以交通工具为单位的出行量方式划分阶段的位置方式划分（ModeSplit）交通发生交通分布交通分配方式划分方式划分与交通发生的结合产生量与方式划分预测类型分析法回归分析法吸引量与方式划分预测类型分析（岗位法）方式划分（ModeSplit）每个交通分区各种出行方式的产生和吸引量交通生成后的方式划分方式划分（ModeSplit）各交通分区的产生和吸引量方式划分各分区各种方式的产生和吸引量输入输出交通分布和方式划分相结合方式划分（ModeSplit）交通分布不同方式的OD或PA不同方式的阻抗交通分布后的方式划分——分担率曲线方式划分（ModeSplit）华盛顿多伦多分担率曲线的特点转移曲线是从调查观测的数据经统计计算得到的。从这些转移曲线可以看出，选择不同交通方式的比例是由出行者的收入、公共交通/个人交通的行时比、费用比、服务水平比等参数决定的，方式选择比例在坐标系上用曲线的表示出来。这种方法简单直观，但决定参数往往被分成若干离散的等级，比较粗糙。方式划分（ModeSplit）非集计方法——计算过程方式划分（ModeSplit）方式选择建模非集计模型的估计个体和方式属性数据加入影响因素和政策变量模型应用及预测以分区为单位的集计化各个交通分区各种方式的出行分布量理论来源1960年代日本学者提出交通方式划分的“非集计模型方法（dis-aggregatemodelmethod）”概念和模型，借用经济学的效用理论，开创了交通方式划分的非集计模型的研究。随机效用理论DanMcFadden经济学教授、诺贝尔经济学奖获得者/users/mcfadden方式划分（ModeSplit）理论假设假设出行者i，面临J种出行方式(选择枝)的选择，j=1,2,3…J；假设出行者对每种出行方式的“满意程度”都通过“效用”函数来表现；假设出行者在每次出行中都选择效用值最大的选择枝；方式划分（ModeSplit）效用的可观测构成方式划分（ModeSplit）出行者属性变量描述出行者个体特征差异，如年龄、性别、职业、收入、是否单身、是否有小孩等出行方式属性变量描述出行方式的特征差异，如出行时间、出行费用、舒适度、安全性、快捷性等。环境变量描述出行时外部条件的约束，如出发时刻、费用预算、天气、出行类型等。效用的可观测部分效用函数举例方式划分（ModeSplit）

第i个出行者对第j种方式的效用效用函数举例方式划分（ModeSplit）

第j种方式的常数项效用函数举例方式划分（ModeSplit）

第j种方式的常数项费用和等待时间都是出行方式的属性效用函数举例方式划分（ModeSplit）

年龄是出行者的属性效用函数举例方式划分（ModeSplit）

效用的随机项效用函数举例方式划分（ModeSplit）

效用的系统部分或可观测部分效用的随机部分或不可观测部分Logit模型Logit模型的TRANSCAD演示方式划分（ModeSplit）用stata中的Clogit模型进行方式划分——RP调查方式划分（ModeSplit）Clogit的预测方式划分（ModeSplit）集计的方法方式划分（ModeSplit）NaïveAggregation计算每个交通分区解释变量的均值；对每种出行方式计算效用均值；根据LOGIT模型公式计算每个分区各种方式的概率。MarketSegmenation将分区内的出行者划分为均匀的群体；应用NaveAggregation计算每个群体对于不同方式的概率；将各群体的出行概率均匀集计或权重集计为分区出行概率。CompleteEnumeration计算每个出行者对每一种出行方式的选择概率；计算每个分区出行者选择各种出行方式概率的均值。集计方法举例方式划分（ModeSplit）交通规划的整体流程框架交通需求模型（四阶段模型）概述交通发生（TripGeneration）交通分布（TripDistribution）方式划分（ModeSplit）交通分配（TrafficAssignment）四阶段模型存在的问题阅读资料目录交通分配是指将各分区之间出行分布量分配到交通网络的各条边上去的工作过程。交通分配（TrafficAssignment）现状PA规划PA现状交通网络规划交通网络分配1分析目前交通网络的运行状况，如果有某些路段的交通量观测值，还可以将这些观测值与在相应路段的分配结果进行比较，以检验四阶段预测模型的精度。分配1：交通分配是指将各分区之间出行分布量分配到交通网络的各条边上去的工作过程。交通分配（TrafficAssignment）现状PA规划PA现状交通网络规划交通网络分配1发现对规划年的交通需求来说，现状交通网络的缺陷，为后面交通网络的规划设计提供依据。分配2：分配2交通分配是指将各分区之间出行分布量分配到交通网络的各条边上去的工作过程。交通分配（TrafficAssignment）现状PA规划PA现状交通网络规划交通网络分配1评价交通网络规划方案的优劣。分配3：分配2分配3交通分配的目标估计交通分区之间的出行时间、费用、阻抗等；获取路段流量；分析OD点对之间的路径；获取关键交叉口的转向流量。交通分配（TrafficAssignment）路阻函数交通分配（TrafficAssignment）交通流量交通流量线性关系非线性关系自由流时间通行能力路段行程时间BPR函数交通分配（TrafficAssignment）BPR函数交通分配（TrafficAssignment）交通分配模型的发展交通分配（TrafficAssignment）1952年Wardrop提出道路网络均衡的概念和定义1956年Bechmann等提出了描述均衡问题的数学模型1975年LeBlanc等设计出了求解Bechmann模型的算法现在交通分配理论的基础Wardrop的道路网交通均衡定义(Wardrop第一原理)在道路网的利用者都知道网络的状态并试图选择最短路径时，网络会达到这样一种均衡状态，每对PA点之间各条被利用的路径的走行时间都相等而且是最小的走行时间，而没有被利用的的路径的走行时间都大于或等于这个最小的走行时间。Wardrop'sfirstprinciple

Thejourneytimesinallroutesactuallyusedareequalandlessthanthosewhichwouldbeexperiencedbyasinglevehicleonanyunusedroute.

Eachusernon-cooperativelyseekstominimizehiscostoftransportation.Thetrafficflowsthatsatisfythisprincipleareusuallyreferredtoas"userequilibrium"(UE)flows,sinceeachuserchoosestheroutethatisthebest.Specifically,auser-optimizedequilibriumisreachedwhennousermaylowerhistransportationcostthroughunilateralaction.交通分配（TrafficAssignment）Wardrop,J.G.;Whitehead,J.I.(1952)."Correspondence.SomeTheoreticalAspectsofRoadTrafficResearch".

ICEProceedings:EngineeringDivisions

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