1、图图3-1 3-1 交通需求四阶段预测法示意图交通需求四阶段预测法示意图Step1Step2Step3Step4第四章第四章 道路交通网络分析道路交通网络分析 （核心（核心交通分配）交通分配）交通网络分析交通网络分析研究在特定的研究在特定的外部环境外部环境（道路基础设（道路基础设施、交通管理措施、交通控制方案等）和施、交通管理措施、交通控制方案等）和交通需求交通需求（不同交通方式的（不同交通方式的OD表）条件下道路表）条件下道路交通流的分布交通流的分布情况。（情况。（交通供给与交通需求的综合作用交通供给与交通需求的综合作用）通过分析交通规划方案实施所带来的道路交通流的通过分析交通规划方案实施所
2、带来的道路交通流的分布结果，即从整个城市交通网络的角度分析交通分布结果，即从整个城市交通网络的角度分析交通规划、建设与管理方案的效果，规划、建设与管理方案的效果，从而为道路交通基从而为道路交通基础设施的规划、建设与管理方案的制订提供依据础设施的规划、建设与管理方案的制订提供依据。某城市机动车高峰小时路段交通量分布某城市机动车高峰小时路段交通量分布某城市机动车高峰小时交叉口交通量某城市机动车高峰小时交叉口交通量分布分布某城市高峰小时路段自行车交通量分布某城市高峰小时路段自行车交通量分布 应用应用交通质量评价交通质量评价n 交通负荷度：交通负荷度：V/Cn 服务水平等级：服务水平等级：nA级：级：
3、V/C 小于小于0.4，畅行车流畅行车流nB级：级：V/C=0.40.6，稳定车流（延误小）稳定车流（延误小）nC级：级：V/C=0.60.75，稳定车流（延误大），稳定车流（延误大）nD级：级：V/C=0.750.9，接近不稳定车流，接近不稳定车流 nE级：级：V/C=0.91.0，不稳定车流不稳定车流 nF级：级：V/C 大于大于1.0，强制车流强制车流 道路网络规划方案交通质量要求道路网络规划方案交通质量要求 路段 交叉口n 平均交通负荷度：平均交通负荷度：=0.40 =0.60n 平均道路拥挤率：平均道路拥挤率：=0.05 n 平均交叉口延误平均交叉口延误:=30secn 服务水平：服
4、务水平：C 级级 D 级级 道路网络方案调整道路网络方案调整n小规模调整小规模调整:n交叉口类型调整交叉口类型调整n道路等级及宽度调整道路等级及宽度调整n中规模调整中规模调整:n网络结构调整网络结构调整n道路功能调整道路功能调整n大规模调整大规模调整n.n.n交通网络分析是交通网络规划的基础。交通网络分析是交通网络规划的基础。n那么网络中的交通流是怎样产生的？那么网络中的交通流是怎样产生的？p从宏观角度看，我们所看到的道路交通流量是从宏观角度看，我们所看到的道路交通流量是交通需求在既有道路系统和交通管理系统条件下交通需求在既有道路系统和交通管理系统条件下的具体表现；的具体表现；p从微观角度看，
5、道路交通流量是大量出行者对从微观角度看，道路交通流量是大量出行者对出行路径选择的结果。出行路径选择的结果。道路交通流分布是出行者对出行路径选择的结道路交通流分布是出行者对出行路径选择的结果，果，出行者对出行路径选择的分析主要是出行者对出行路径选择的分析主要是通过通过网络交通分配来实现的。网络交通分配来实现的。什么是网络交通分配？什么是网络交通分配？就是把各种出行方式的就是把各种出行方式的OD矩阵按照一定的矩阵按照一定的准则分配到交通网络中的各条道路上，求准则分配到交通网络中的各条道路上，求出各路段（交叉口出各路段（交叉口)的交通流量及相关的的交通流量及相关的交通指标，交通指标，为交通网络的规划
6、设计与评价为交通网络的规划设计与评价提供依据。提供依据。TranStar软件进行交通分配的演示软件进行交通分配的演示交通分配可以归纳为问题形式：交通分配可以归纳为问题形式：已知：已知：1.1.道路交通网络道路交通网络（有向图表示形式）；（有向图表示形式）；2.2.路段特性函数路段特性函数（即路段阻抗函数）；（即路段阻抗函数）；3.3.ODOD矩阵矩阵。求解：求解：道路网络中各路段（交叉口）的交通量及道路网络中各路段（交叉口）的交通量及阻抗值阻抗值。Sheffi Y.Urban transportation networks:equilibrium analysis with mathemati
7、cal programming methods.Englewood Cliffs:Prentice-Hall Inc,1985其中：其中：1.1.道路交通网络的有向图形式道路交通网络的有向图形式是交通网络是交通网络的数学化描述（计算机可识别的表示方法）；的数学化描述（计算机可识别的表示方法）；2.2.路段的阻抗路段的阻抗包含多项内容，如路段行程包含多项内容，如路段行程时间、安全性、费用和舒适程度等，但最主要的时间、安全性、费用和舒适程度等，但最主要的是行程时间；也可以是包含各因素的综合阻抗；是行程时间；也可以是包含各因素的综合阻抗；3.3.各种方式的各种方式的ODOD矩阵矩阵一般从实际一般从实
8、际ODOD调查，调查，由交通分布预测获取。由交通分布预测获取。教材主要内容：教材主要内容：n1 1、交通网络的计算机表示方法、交通网络的计算机表示方法n2 2、交通阻抗分析方法、交通阻抗分析方法n3 3、交通分配方法、交通分配方法 平衡分配与非平衡分配平衡分配与非平衡分配(?)1 1、道路网络信息化处理、道路网络信息化处理2 2、邻接矩阵、邻接矩阵3 3、邻接目录表、邻接目录表4 4、权矩阵、权矩阵q 一、交通网络的计算机表示方法一、交通网络的计算机表示方法1 1、道路网络信息化处理、道路网络信息化处理将具体道路交通网络（路段和交叉将具体道路交通网络（路段和交叉口）抽象为便于计算机识别和处理口
9、）抽象为便于计算机识别和处理的信息的信息通过对道路和交叉口的分类体现交通过对道路和交叉口的分类体现交通供给条件对交通需求的影响通供给条件对交通需求的影响 城市道路按道路在城市的道路系统中的地位、交通城市道路按道路在城市的道路系统中的地位、交通功能、沿线建筑物及车辆和行人进出的服务频率，以功能、沿线建筑物及车辆和行人进出的服务频率，以及行车速度分为：及行车速度分为：快速路、主干路、次干路、支路快速路、主干路、次干路、支路。交通网络分析中增加了高架、郊区公路和高速公路交通网络分析中增加了高架、郊区公路和高速公路支路 次干路 主干路 快速路服务优先权高低其他机动车公共交通非机动车行人次干路支路主干路
10、快速路城市道路交通规划设计规范城市道路交通规划设计规范网络分析中把网络分析中把E进一步分为无控制和优先权交叉口进一步分为无控制和优先权交叉口TranGIS演示如何设定道路和交叉口属性演示如何设定道路和交叉口属性2 2、邻接矩阵、邻接矩阵 j ji i1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 01 10 0？0 00 00 00 00 02 21 10 01 10 01 10 00 00 00 03 30 01 10 00 00 01 10 00 00 04 4？0 00 00 01 10 01 10 00 05 50 01 10 01 10 00 00 01 10 06
11、60 00 01 10 01 10 00 00 01 17 70 00 00 01 10 00 00 01 10 08 80 00 00 00 01 10 01 10 01 19 90 00 00 00 00 01 10 01 10 01 ij0 ijijl节点 与节点 有边相联否则，节点 与节点 无边相联3 3、邻接目录表、邻接目录表?采用两组数表示网络的邻接关系，采用两组数表示网络的邻接关系，一组为一维数组一组为一维数组R(i)R(i)，表示与，表示与i i节点相连接的节点相连接的边的条数边的条数；另一组为二维数组另一组为二维数组V(i,j)V(i,j)，表示与，表示与i i节点相连接的第
12、节点相连接的第j j个节点的个节点的节点号节点号 4 4、权矩阵、权矩阵相邻）与之间的实际阻抗（不相邻jijijijidijil,0 j ji i1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 10 03 3？2 23 30 03 32 23 33 30 04 44 4？0 03 33 35 52 23 30 03 36 64 42 20 05 57 73 30 04 48 83 34 40 02 29 95 52 20 0TranStar中存储的数据与交通网络图形的互换中存储的数据与交通网络图形的互换练习：写出邻接目录表和权矩阵练习：写出邻接目录表和权矩阵交通分配可以归纳为问题形式
13、：交通分配可以归纳为问题形式：已知：已知：1.1.道路交通网络道路交通网络（有向图表示形式）；（有向图表示形式）；2.2.路段特性函数路段特性函数（即路段阻抗函数）；（即路段阻抗函数）；3.3.ODOD矩阵矩阵。求解：求解：道路网络中各路段（交叉口）的交通量及道路网络中各路段（交叉口）的交通量及阻抗值阻抗值。Sheffi Y.Urban transportation networks:equilibrium analysis with mathematical programming methods.Englewood Cliffs:Prentice-Hall Inc,1985AB40+202
14、030+1010401020+4030+1030出行量出行量T(A-B)=40+30+20+10每一每一OD对之间有很多条路径，对之间有很多条路径，如何将如何将OD量正确、合理量正确、合理地分配到这些路径上？地分配到这些路径上？这是交通分配问题的核心。这是交通分配问题的核心。选择路径行为？选择路径行为？采用何种分配方法？采用何种分配方法？权矩阵在表示交通网络时，就考虑了交通阻抗，权矩阵在表示交通网络时，就考虑了交通阻抗，体现了实际交通状况体现了实际交通状况实际中交通阻抗大，道路越拥堵，路径被选择的实际中交通阻抗大，道路越拥堵，路径被选择的概率就越小概率就越小阻抗是出行者路径选择行为的基础阻抗是
15、出行者路径选择行为的基础q 二、交通阻抗分析方法二、交通阻抗分析方法阻抗，在交通网络分配中又称为路权阻抗，在交通网络分配中又称为路权交通分配中的交通分配中的路权路权(即两交叉口之间的出行时间即两交叉口之间的出行时间)等于等于路段行驶时间路段行驶时间与与交叉口延误交叉口延误之和之和 T(i,j)=t(i,j)+d(i,j)T(i,j)=t(i,j)+d(i,j)T(i,j)T(i,j)路段路段i,ji,j的路权；的路权；t(i,j)t(i,j)路段路段i,ji,j的行驶时间；的行驶时间；d(i,j)d(i,j)在在i i交叉口与交叉口与j j交叉口相邻进口道上的车辆交叉口相邻进口道上的车辆平均延
16、误平均延误 u路段路阻函数路段路阻函数常用模型常用模型美国联邦公路局路阻函数模型美国联邦公路局路阻函数模型 回归路阻函数模型回归路阻函数模型 )/(1 0CVtt)/()/(1 432221110kkCVkCVktt)/()/(1 2221110CVkCVktt路段路阻函数理论模型路段路阻函数理论模型 9.0/)/4.7/(9.0/)/94.01(00CVCVUCVCVUU32100rrrvUu交叉口延误交叉口延误)1(2)1(2)1(9.0),(22xQxxTjidSxxxxdxTdddd/16)1()1(173)1()1(38.02222121进口道饱和度较小，进口道饱和度较小，Webst
17、er Webster 公式公式进口道饱和度较大，进口道饱和度较大，HCM2000HCM2000阻抗，在交通网络分配中又称为路权阻抗，在交通网络分配中又称为路权交通分配中的交通分配中的路权路权(即两交叉口之间的出行时间即两交叉口之间的出行时间)等于等于路段行驶时间路段行驶时间与与交叉口延误交叉口延误之和之和 T(i,j)=t(i,j)+d(i,j)T(i,j)=t(i,j)+d(i,j)T(i,j)T(i,j)路段路段i,ji,j的路权；的路权；t(i,j)t(i,j)路段路段i,ji,j的行驶时间；的行驶时间；d(i,j)d(i,j)在在i i交叉口与交叉口与j j交叉口相邻进口道上的车辆交叉
18、口相邻进口道上的车辆平均延误平均延误 AB40+202030+1010401020+4030+1030出行量出行量T(A-B)=40+30+20+10每一每一OD对之间有很多条路径，如何将对之间有很多条路径，如何将OD量正确、合理量正确、合理地分配到这些路径上？这是交通分配问题的核心。地分配到这些路径上？这是交通分配问题的核心。选择路径行为？选择路径行为？采用何种分配方法？采用何种分配方法？p显然，对于交通分配的基本要求，就是所得到的道路显然，对于交通分配的基本要求，就是所得到的道路交通量应该最大限度的符合实际交通情况。交通量应该最大限度的符合实际交通情况。p正确的交通分配方法应能较好地再现实
19、际交通状态，正确的交通分配方法应能较好地再现实际交通状态，这种交通状态是出行者路径选择的结果。这种交通状态是出行者路径选择的结果。p因此，出行者因此，出行者路径选择准则路径选择准则成为交通分配问题建模成为交通分配问题建模和求解的前提，这就涉及源于和求解的前提，这就涉及源于路段阻抗和流量相互路段阻抗和流量相互作用关系的平衡概念作用关系的平衡概念。国际上通常把交通分配方法分为国际上通常把交通分配方法分为 平衡模型平衡模型和和非平衡模型非平衡模型两大类两大类划分依据划分依据（？）看是否满足看是否满足Wardrop第一原理、第二第一原理、第二原理原理axaadwwtXZ0)()(minsrfsrqft
20、srskrskrsk,0 ,.afxsrkrskarska ,（式（式1）（式（式2）（式（式3）（式（式4）目标函数是网络中所有弧阻抗函数积分和最小目标函数是网络中所有弧阻抗函数积分和最小 AB40+202030+1010401020+4030+1030出行量出行量T(A-B)=40+30+20+10出行量守恒条件出行量守恒条件aaaaxtxXZ)()(minksrfsrqftsrskrskrsk,0 ,.afxsrkrskarska ,（式（式1）（式（式2）（式（式3）（式（式4）目标函数是网络中所有用户总的阻抗最小目标函数是网络中所有用户总的阻抗最小Sheffi Y.Urban transportation networks:equilibrium analysis with mathematical programming methods.Englewood Cliffs:Prentice-Hall Inc,1985黄海军黄海军.城市交通网络平衡分析城市交通网络平衡分析-理论与实践理论与实践香港理工大学香港理工大学杨海教授杨海教授东南大学东南大学程琳教授程琳教授北京交通大学北京交通大学高自友教授高自友教授北京航空航天大学北京航空航天大学黄海军教授黄海军教授
