1、 Shanghai Maritime University 钱红波2011.10.24第六章第六章 交通规划交通规划 Shanghai Maritime University 2目目 录录6-1 交通规划的定义类型与程序16-2 交通规划的调查工作26-3交通规划的预测工作36-4交通规划软件及其应用42 Shanghai Maritime University 3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、
2、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。 Shanghai Maritime University 4道路交通规划的目的道路交通规划的目的 Shanghai Maritime University 5 客运交通规划 货运交通规划 道路交通规划 铁路交通规划 港湾交通规划 空港交通规划 交通网络规划 交通节点规划 - 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 - 远期或（远景）战略规划 （2030年甚至50年）- 中长期规划（1020年 ）- 近期建设规划 （35年）交通规划的层次交通规划的层次/ /类型类型
3、Shanghai Maritime University 6城市道路交通系统规划的分类城市道路交通系统规划的分类 Shanghai Maritime University 7城市道路交通发展战略规划城市道路交通发展战略规划 Shanghai Maritime University 8城市道路交通综合网络规划城市道路交通综合网络规划 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 城市交通需求管理规划 城市交通运行组织规划 在相对明确可实现的社在相对明确可实现的
4、社会经济发展目标和方针会经济发展目标和方针指导下，对城市交通运指导下，对城市交通运输网络的规模、结构、输网络的规模、结构、布局、标准等作出系统布局、标准等作出系统的安排或明确的规定，的安排或明确的规定，以指导交通运输设施的以指导交通运输设施的实施建设。实施建设。 Shanghai Maritime University 9城市道路近期治理规划城市道路近期治理规划 Shanghai Maritime University 10交通规划的步骤交通规划的步骤/ /规划的总体设计规划的总体设计 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。首先应明确所规划的交通系统欲达到的性能指标。规划区域内
5、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。 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。四阶段模型预测未来的客货运交通需求。 Shanghai Maritime University 11 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（network design problem，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。 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 。 经过方案
6、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。 Shanghai Maritime University 12交通小区划分交通小区划分 Shanghai Maritime University 13 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100500个小区最为适宜； 小区的规模大小应适宜，小区人口适当，约1000020000人，小区
7、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城市交通规划小区划分的原则 Shanghai Maritime University 14交通规划的调查工作交通规划的调查工作 Shanghai Maritime University 15土地利用调查土地利用调查 Shanghai Maritime University 16起讫点调查起讫点调查v OD （ Origin Destination ） 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。对某一出行起点或吸引
8、点交通单元的流量流向，及其通过路线的调查。v Trip(出行出行): 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。v 出行端点出行端点 出行的出发点和目的地的总称。v 期望线（期望线（desire linedesire line） 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。v 核查线核查线 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。 Shanghai Maritime University 17ODOD调查方法调查方法v家庭访问调查 适用于城市道路规划适用于
9、城市道路规划 可得到居民家庭成员的详细出行情况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、工作量大成本高、费时多、工作量大v路边询问调查法Roadside Overview Survey 适用于公路规划适用于公路规划v发表调查发放调查表，司机填表。 Shanghai Maritime University 18核查线的设置核查线的设置 Shanghai Maritime University 19交通需求预测交通需求预测 Shanghai Maritime University 20四阶段预测模型四阶段预测模型 Shang
10、hai Maritime University 21一、交通生成预测一、交通生成预测v出行发生预测出行发生预测 建立各分区的交通产生量和吸引量交通产生量和吸引量与分区人口、土地利土地利用用、社会经济特征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。 Shanghai Maritime University 22交通生成预测的方法交通生成预测的方法 Shanghai Maritime University 23第一阶段第一阶段 交通生成预测交通生成预测 Shanghai Maritime University 24二、出行分布预测二、出行分布预测定义：交通分布是小区与小区之
11、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。 Shanghai Maritime University 25v 包括平均增长率法、底特律法、弗雷特法等。v 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。v 包括重力模型、机会模型、熵最大化模型等v 根据一系列假设条件，以研究区域内各个分区的发生吸引
12、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交通分布预测的方法 Shanghai Maritime University 26第二阶段第二阶段 交通分布交通分布OD 1 2 3 1 0 25 30 2 25 0 30 3 30 30 0 a 55 55 60 Shanghai Maritime University 27平均增长系数法分布预测平均增长系数法分布预测OD123gG102530556022503055753303006085a555560170A658570220 Shanghai Mar
13、itime University 28 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。 Shanghai Maritime University 29重力模型法分布预测重力模型法分布预测 Shanghai Maritime U
14、niversity 30重力模型法分布预测重力模型法分布预测 Shanghai Maritime University 31v 可以将土地利用对交通发生与吸引的影响考虑进去；可以将土地利用对交通发生与吸引的影响考虑进去；v 对由于交通设施建设导致的小区间出行时间的变化敏感；对由于交通设施建设导致的小区间出行时间的变化敏感；v 模型构造简单，对任何地区都适用；模型构造简单，对任何地区都适用；v 即使没有完整的基年即使没有完整的基年OD表同样可以进行表同样可以进行OD分布预测。分布预测。v 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；物理定理刻画的现象与社会经济活动有相似
15、性，但不完全立足于人的行为分析；v 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；平上进行标定预测，并且交通小区的面积不宜划得过小；v 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；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；v 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；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；v 交通小区之间的行驶时间因交通方式和时间段
16、的不同而异，而重力模型使用了同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；一时间；v 为了满足边际约束，需要用增长率法进行迭代计算。为了满足边际约束，需要用增长率法进行迭代计算。 Shanghai Maritime University 32三、方式划分预测三、方式划分预测 转移曲线法 Logit函数模型法 Shanghai Maritime University 332006年各交通方式转移曲线图-0.1000.0000.1000.2000.3000.4000.5000.6000.7000246810121416距离(公里)分担比步行自行车助力车摩托车公交出
17、租车小汽车三轮车多项式 (步行)多项式 (助力车)多项式 (自行车)多项式 (摩托车)多项式 (小汽车)多项式 (公交)多项式 (出租车)2020年引导型发展模式交通方式转移曲线-0.100.10.20.30.40.50.60.70246810121416出行距离分担比步行自行车电瓶车和助动车摩托车公共汽车出租车小汽车多项式 (步行)多项式 (自行车)多项式 (电瓶车和助动车)多项式 (公共汽车)多项式 (小汽车)多项式 (摩托车)多项式 (出租车)2020年超前型发展模式交通方式转移曲线-0.100.10.20.30.40.50.60.70.80.90246810121416出行距离分担比步
18、行自行车电瓶车和助动车摩托车公共汽车出租车小汽车多项式 (步行)多项式 (自行车)多项式 (电瓶车和助动车)多项式 (公共汽车)多项式 (小汽车)多项式 (摩托车)多项式 (出租车)第三阶段第三阶段 交通方式划分的方法交通方式划分的方法 转移曲线法 Shanghai Maritime University 34四、交通分配四、交通分配 Shanghai Maritime University 35（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
19、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。 Shanghai Maritime University 36 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。 Shanghai Maritime University 3
20、7 WardropWardrop第一原理：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( User Equilibrium，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。 Shanghai Maritime Uni
21、versity 38 WardropWardrop第二原理：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（System Optimization，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。 Shanghai Maritime University 39 换个角
22、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。 Shanghai Maritime University 40 【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： aaqt02. 010bbq
23、t005. 015 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： Shanghai Maritime University 41qqqqqbaba005. 01502. 010则有： 2008 . 0-qqb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。 bq2508 . 0/200qqqqttabba, 0，则22,1400,600babattqq S
24、hanghai Maritime University 42 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。 Shanghai Maritime University 43交通分配方法交通分配方法 Sh
25、anghai Maritime University 44常用的交通分配法常用的交通分配法全有全无分配法0-1分配法，All-Or-Nothing assignment method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 Shanghai Maritime University 45全有全无分配法全有全无分配法v 从计算费用最少出发，通常以各区矩心之间的行程时间为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。基准。v 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从某一区的矩心出发
26、以最短路径到达其他各区的矩心的一组路线称为组路线称为最短路径。v 当所有当所有ODOD交通量在道路网上都通过交通量在道路网上都通过最短路径，即完成了全，即完成了全有全无分配。有全无分配。v 关键是寻找网络最短路径。常用的算法是迪克斯特拉算法关键是寻找网络最短路径。常用的算法是迪克斯特拉算法（DijkstraDijkstra）和福劳德算法（）和福劳德算法（FloydFloyd） 。 Shanghai Maritime University 46全有全无分配法全有全无分配法 Shanghai Maritime University 47最短路交通分配最短路交通分配AB100100100出行量出行量
27、 T(A-B)=100辆辆 Shanghai Maritime University 48容量限制分配方法容量限制分配方法 Shanghai Maritime University 49容量限制容量限制- -增量加载分配法增量加载分配法v 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。v计算步骤：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
28、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。 Shanghai Maritime University 50最常见的路阻函数最常见的路阻函数BPRBPR函数函数vBureau of Public Road-美国联邦公路局美国联邦公路局 aaaaCvtvt100 0,0tvtaa路段交通量为Va 和接近0时的行驶时间。 aaCv ，路段a交通量和其通行能力。，待定系数。建议值0.15， 4。 Shanghai Maritime University 51容量限制交通分配容量限制交通分配AB40+202030+1010401020+4030+1030出行量出行量T
29、(A-B) = 40+30+20+10 Shanghai Maritime University 52 1234567891012345101006050403020 4030302520 20202015 101510 1010 5 5 5 5 5分配次序K分配次数分配次数K K与每次的与每次的ODOD量分配率（）量分配率（） Shanghai Maritime University 53第四阶段第四阶段 交通分配结果交通分配结果 Shanghai Maritime University 54某城市机动车高峰小时交叉口交通量分布某城市机动车高峰小时交叉口交通量分布 Shanghai Mari
30、time University 55城市道路网络布局规划方案设计城市道路网络布局规划方案设计 Shanghai Maritime University 56制订和选择规划方案的过程制订和选择规划方案的过程规划目标规划目标输入数据输入数据准备方案准备方案交通分配交通分配评价论证评价论证选择方案选择方案 Shanghai Maritime University 57交通交通需求需求交通流交通流重分布重分布道路及交叉道路及交叉口流量预测口流量预测交通网络交通网络质量评价质量评价交通规划方案交通规划方案车辆路径车辆路径选择模拟选择模拟最短路交通分配最短路交通分配容量限制交通分配容量限制交通分配多路径交
31、通分配多路径交通分配多路径多路径-容量限制交通分配容量限制交通分配调整交通管理措施调整交通管理措施O-D矩阵矩阵道路交通网络交通流重分布模拟道路交通网络交通流重分布模拟 Shanghai Maritime University 58宏宏观观交通仿交通仿真真模型模型中中观观交通仿交通仿真真模型模型微微观观交通仿交通仿真真模型模型依据仿真模型对交通系统描述的细节的程度，交通仿真模型可以划分为宏观（Macroscopic）、微观（Microscopic）、中观（Mesoscopic）三种类型。交通仿真模型交通仿真模型 Shanghai Maritime University 59流行的软件包括Tra
32、nsCAD，Cube，EMME2/3，Visum。Travel Demand Modeling使用的是BPR函数来做交通分配，适用于看整个时段的交通分配状况。 Shanghai Maritime University 60流行的中观软件包括Visem，Dynasmart，Dynameq，Vista，Trans Modeler也有中观仿真能力。 Shanghai Maritime University 61当前使用较多的微观交通仿真软件有VISSIM、PARAMICS、TransModeler、AIMSUN、CORSIM、CUBE DYNASIM、TRAFFICWARE等。 Shanghai M
33、aritime University 62TransCAD是第一个供交通专业人员使用而设计的地理信息系统(GIS )，用来储存，显示，管理和分析交通数据。TransCAD把GIS 和交通模型的功能组合成一个单独的平台，以提供其他软件无法与之匹敌的各种功能. TransCAD可用于任何交通模式，任何地理比例尺寸，和任何细节程度。 TransCAD将地理信息系统与交通需求预测模型和方法有机结合，是世界上最流行和强有力的交通规划和需求预测软件。TransCAD在70多个国家有超过7500余用户，在美国25个以上的州是标准的或占主导地位的交通规划软件，被175个美国大都市规划组织(MPO)所使用。 T
34、ransCADTransCAD软件介绍软件介绍 Shanghai Maritime University 63 Shanghai Maritime University 64 Shanghai Maritime University 65 2 2、设 OD之间交通量为q=2000辆，有两条路径a与b。路径a行驶时间短，但是通行能力小，路径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： aaqt02. 010bbqt005. 015 请用 Wardrop第一原理与第二原理分别求解路径a与b上的流量。v1、城市交通需求预测分为哪四个阶段，各阶段的主、城市交通需求预测分为哪四个阶段，各阶段的主要任务。要任务。
