第4章道路交通网络分析课件.ppt

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1、第第4章道路交通网络分章道路交通网络分析析第1页，此课件共32页哦概述大量工程实践表明，不仅象道路建设这样的基础设施建设会引起整个城市道路交通流的重新分布，新的交通组织与交通控制措施所产生的影响往往也涉及到整个城市的道路交通系统。这就要求我们在研究交通系统的规划、建设与管理方案时，不能只注意方案在空间上所涉及的范围，更应重视由于方案实施所带来的道路交通流的重新分布结果，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。第2页，此课件共32页哦这种交通网络分析的核心内容，是分析在特定的外部环境这种交通网络分析的核心内容，是分析在特定的外部环境（道路基础设施、交通管理措施、交通控制方案

2、等）下，（道路基础设施、交通管理措施、交通控制方案等）下，道路交通流的分布情况道路交通流的分布情况，这是进行道路交通基础设施的规划、建设与管理方案制订的前提和基础。道路交道路交通流分布是出行者对出行路径选择的结果，出行者对出通流分布是出行者对出行路径选择的结果，出行者对出行路径选择的分析主要是通过网络交通流交通分配来实行路径选择的分析主要是通过网络交通流交通分配来实现的。现的。第3页，此课件共32页哦网络交通流交通分配是交通规划的一个重要环节。所谓交通分配就是把各种出行方式的空间OD量分配到具体的交通网络上，模拟出行者对出行路径的选择，通过交通分配所得的路段、交叉口交通量资料是制订交通规划、建

3、设与管理方案以及检验道路规划网络、管理方案是否合理的主要依据之一。第4页，此课件共32页哦交通网络的计算机表示方法实际交通网络分析中的计算量很大，一般通过计算机实现。在处理交通网络时，首先必须把交通网络抽象化，即把交通网络抽象为点（交叉口）与边（路段）的集合，使计算机能够识别、存储与处理。交通网络的计算机表示方法很多，常采用的有邻接矩阵、权矩阵、邻接目录表等方法。其中，采用邻接目录表最为有效。第5页，此课件共32页哦道路网络信息化处理n 道路路段可以抽象为七个等级：nnnnnnn城市高架道路城市快速路城市主干道城市次干道城市支路郊区一般公路郊区高速公路nnnnnnn 交叉口可以抽象为六种类型：

4、信号控制交叉口无控制交叉口环形交叉口立体交叉口交通渠化交叉口优先权交叉口第6页，此课件共32页哦在处理交通网络时，首先必须把交通网络抽象化，即把交通网络抽象为点（交叉口）与边（路段）的集合体。147369258抽象的网络图第一节交通网络表示方法第7页，此课件共32页哦j ji i1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 12 23 34 45 56 67 78 89 90 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 00 01 10 00 00 00 01 10 00 00 01 10 01 10 00

5、 00 01 10 01 10 01 10 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 01 10 00 00 01 10 00 00 01 10 00 00 00 00 01 10 01 10 01 10 00 00 00 00 01 10 01 10 0邻接矩阵邻接矩阵表示点与点之间的一般邻接关系，它的元素l(i,j)0两点之间无边连接或i=jl(i,j)=1两点之间有边连接147369258抽象的网络图邻接矩阵第8页，此课件共32页哦节点节点i iR R（i i）V V（i i，j j）1 12 23 34 45 56 67 78 89 92 23 32 23 34 43

6、 32 23 32 22 2，4 41 1，3 3，5 52 2，6 61 1，5 5，7 72 2，4 4，6 6，8 83 3，5 5，9 94 4，8 85 5，7 7，9 96 6，8 8iij 邻接目录法 该方法采用两组数组表示网络的邻接关系，一组为一维数组R(i)R(i)，表示与 节点相连接 的边的条数，另一组为二维数组V(i,j)V(i,j)，表示与 节点相邻接的第 个节点的节点号。147369258抽象的网络图邻接目录表第9页，此课件共32页哦j ji i1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 12 23 34 45 56 67 78 89 90 02 2 2

7、 2 2 20 02 2 2 2 2 20 0 2 2 2 2 0 01 1 2 2 2 2 1 10 01 1 2 2 2 2 1 10 0 2 2 2 2 0 01 1 2 2 2 20 02 2 2 2 2 20 0权矩阵点与点之间的数量关系通过权矩阵（D D）来反应。权矩阵的元素d d（i i,j j）的确定：0i=j dij=i,j不相邻 ij i,j之间的实际阻抗（i与j相邻）147258369抽象的网络图距离权矩阵第10页，此课件共32页哦第三节 交通阻抗分析方法n道路交通阻抗函数（简称路阻函数）是指路段行驶时间（交叉口延误）与路段（交叉口）交通负荷之间的函数关系，它是交通网络分

8、析的基础。第11页，此课件共32页哦t=t01+a(V/C)b（4-3）式中：t两交叉口之间的路段行驶时间（min）；t0交通量为 0 时，两交叉口之间的路段行驶时间（min）；V路段机动车交通量（辆/h）；C路段实用通行能力（辆/h）；a、b参数，建议取a=0.15,b=4。该模型只考虑了机动车交通负荷的影响，使用比较方便，在国内广泛使用于公路交通网络分析，但由于国内城市道路上，除了机动车的交通负荷外还有非机动车的交通负荷，因此不适用于城市交通网络分析。一、路段路阻函数（1 1）美国联邦公路局路阻函数模型第12页，此课件共32页哦t=t01+k1(V1C1)+k2(V2C2)2 2、回归路阻

9、模型针对我国的交通实际情况，建立以下回归关系模型作为城市道路的路阻函数。nnV1V1、V2V2分别为机动车、非机动车路段交通量。C1C1、C2C2分别为机动车、非机动车路段实用通行能力。K3k4或t=t01+k1(V1C1)+k2(V2C2)第13页，此课件共32页哦车速U当交通负荷很小时，车流以道路允许的最大速度行驶，此时车速与交通负荷无关；交通负荷在超过某个值后，车速基本上与交通负荷（V/C）呈线性相关关系，车速随着交通负荷的增加而线性下降；当交通负荷基本上接近饱和时，车速已经降至很低，车速与交通负荷（V/C）呈以横轴为渐进线的非线性关系。0.90Umax自由车流正常车流饱和车流Umin图

10、4-4交通负荷V/C车流速度交通负荷关系模型第14页，此课件共32页哦012nn nnn003 3、基本参数的确定零流路段行驶时间t0t0的确定：t0=LuL路段长度u0交通量为零时的行驶车速u0=r1 r2r3 v0r自行车影响折减系数r车道宽度影响系数，r3交叉口影响修正系数v路段设计车速第15页，此课件共32页哦1）路段设计车速v0的确定可根据城市道路交通规划设计规范确定2）自行车影响折减系数r1的确定（11）机非有分隔带（墩），r1=1（22）机非无分隔带（墩），但自行车道负荷不饱和，r1=0.8（33）机非无分隔带（墩），但自行车道负荷超饱和2211Qbic自行车交通量，Qbic每米

11、宽自行车道的实用通行能力，W非机动车道宽，W机动车道r1=0.8-(QbicQbic+0.5-W2)W1第16页，此课件共32页哦（-54+188W0/3-16W20/3）10-2W03.5m车道宽度影响系数r2 2的确定r2=50(W0-1.5)W0 3.5m W0：机动车道宽度当车道宽度为标准宽度3.5m时，r2 2=100%，车道宽度与影响系数之间的变化关系表4-5所示。第17页，此课件共32页哦交叉口影响修正系数的确定：3 3交叉口影响修正系数，主要取决于交叉口控制方式及交叉口间距。交叉口影响修正系数，主要取决于交叉口控制方式及交叉口间距。根据已有的研究成果，交叉口间距从根据已有的研究

12、成果，交叉口间距从200m200m增大到增大到800m800m时，车速时，车速及通行能力可以提高及通行能力可以提高80%80%左右，并基本上呈线性关系。交叉口对左右，并基本上呈线性关系。交叉口对路段车速及通行能力的影响修正系数可采用下式计算：路段车速及通行能力的影响修正系数可采用下式计算：S S0 0 （l200ml200m）3=3=S S0 0(0.0013l+0.73)(l(0.0013l+0.73)(l200m)200m)l:l:交叉口间距交叉口间距 S0S0：交叉口有效通行时间比，视路段起点交叉口控制方式而定，交叉口有效通行时间比，视路段起点交叉口控制方式而定，在信号交叉口即为绿信比。

13、在信号交叉口即为绿信比。若计算得出若计算得出3 1 1，则取，则取3 3=1=1。第18页，此课件共32页哦二、交叉口延误分析1、信号交叉口延误计算最佳周期的确定最佳周期即为延误最小时的信号周期长度。进口道通行能力S S 的确定一个进口车道的理论通行能力为：S0=3600b饱和车流车头时距进口车道实用通行能力：S=S0 n r1 r2n n进口车道数，r1 r1自行车影响折减系数r2r2车道宽度影响系数1.5L+51-YT0=第19页，此课件共32页哦2(1-lx)2Q(1-x)进口道延误d(i,j)的确定当进口饱和度较小时，各进口上每辆车的平均延误可根据修正的韦伯斯特公式计算：22、其它交叉

14、口延误计算无控、环交、立交三类交叉口的延误，应根据交通量的大小与信号交叉口延误对比分析，以增加各类交叉口延误的可比性。+x2T(1-l)2d(i,j)=0.9第20页，此课件共32页哦交通阻抗分析-2交叉口延误预测延误交通负荷第21页，此课件共32页哦三、出行路权的分析城市道路网规划：出行路权为所有路段的行驶时间及所有交叉口的延误之和。公路网规划：可不考虑交叉口延误的影响，出行路权为路段行驶时间。第22页，此课件共32页哦第23页，此课件共32页哦 交通分配交通分配分类标准：分类标准：WardropWardrop第一原理指出第一原理指出：网络上的交通以这样一种方式分布，就是网络上的交通以这样一

15、种方式分布，就是所有使用的路线都比没有使用的路线的费用小。所有使用的路线都比没有使用的路线的费用小。WardropWardrop第二原第二原理认为理认为：车辆在网络上的分布使网络上所有车辆的总出行时间最少。车辆在网络上的分布使网络上所有车辆的总出行时间最少。第一原理（用户最优或平衡）准则第一原理（用户最优或平衡）准则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，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，网络会达到平衡状态，在考虑拥挤对行走时间影响的网络中，网络会达到平衡状态，在考虑拥挤对行走时间影响的网络中，当网络达到平衡时，每组当网络达到平衡时，每组ODOD的各条被利

16、用的路径具有相等且最小的各条被利用的路径具有相等且最小的出行时间，没有被利用的路径的出行时间大于或等于最小出行时的出行时间，没有被利用的路径的出行时间大于或等于最小出行时间间前提：准确完备的信息，理智的选择行为第24页，此课件共32页哦 交通分配交通分配第二原理（系统最优）目标第二原理（系统最优）目标在考虑拥挤对出行时间时空影响的网络中，网络中的交通量应该在考虑拥挤对出行时间时空影响的网络中，网络中的交通量应该按某种方式分配以使网络交通量的总出行时间最小。如果假定出按某种方式分配以使网络交通量的总出行时间最小。如果假定出行者并不了解网络状态，只是凭借经验选择路径，则形成了随机行者并不了解网络状

17、态，只是凭借经验选择路径，则形成了随机交通分配模型。它是为交通管理人员提供了一种决策方法。交通分配模型。它是为交通管理人员提供了一种决策方法。如果交通分配模型满足如果交通分配模型满足WardropWardrop第一、第二原理，则该模型为平衡第一、第二原理，则该模型为平衡模型，并且，满足第一原理的称为用户优化平衡模型（模型，并且，满足第一原理的称为用户优化平衡模型（User-User-OptimizedEquilibriumOptimizedEquilibrium），满足第二原理的称为系统优化平衡模型），满足第二原理的称为系统优化平衡模型（System-OptimizedEquilibriumS

18、ystem-OptimizedEquilibrium）。如果分配模型不使用）。如果分配模型不使用WardropWardrop原理，而是采用模拟方法，则称此模型为非平衡模型。原理，而是采用模拟方法，则称此模型为非平衡模型。第25页，此课件共32页哦第26页，此课件共32页哦第27页，此课件共32页哦 平平衡衡模模型型的的发发展展已已有有几几十十年年的的历历史史，尽尽管管平平衡衡型型交交通通分分配配方方法法种种类类繁繁多多，但但绝绝大大部部分分平平衡衡分分配配模模型型都都可可归归结结为为一一个个维维数数很很大大的的凸凸规规划划问问题题或或非非线线性性规规划划问问题题。在在理理论论上上，这这类类模模

19、型型结结构构严严谨谨、思思路路明明确确，比比较较适适合合于于宏宏观观研研究究。但但由由于于维维数数大大、约约束束条条件件多多，这这类类模模型型的的求求解解比比较较困困难难。尽尽管管人人们们提提出出了了一一些些近近似似方方法法，但但计计算算仍仍很很复复杂杂，在在实实际际工工程程中中难难以以应应用用。相相比比之之下下，非非平平衡衡模模型型具具有有结结构构简简单单、概概念念明明确确、计计算算简简便便等等特特点点，因因而而在在工工程程实实践践中中得得到到了了广广泛泛应应用用，效效果果良良好好。非非平平衡衡模模型型根根据据其其分分配配手手段段可可分分为为无无迭迭代代（静静态态）与与有有迭迭代代（动动态态

20、）两两类类；根根据据其其分分配配形形态态可可分分为单路径与多路径两类。表为单路径与多路径两类。表4-64-6为非平衡模型的具体分类形式。为非平衡模型的具体分类形式。4-6第28页，此课件共32页哦分配形态分配形态分配方式分配方式固定路阻固定路阻变化路阻变化路阻单路径单路径全有全无全有全无容量限制容量限制多路径多路径静态多路径静态多路径容量限制多路径容量限制多路径第五节 非平衡交通流分配一、全有全无分配方法All-or-Nothing Assignment Method，简称0-1分配法最简单，不考虑路网的拥挤效果。在芝加哥城交通规划中，首次获得应用。第29页，此课件共32页哦算法思想：将OD交

21、通量q加载到路网的最短径路上，从而得到路网中各路段流量的过程。计算步骤：步骤0 初始化，使路网中所有路段的流量为0，并求出各路段自由流状态时的阻抗。步骤1 计算路网中每个出发地O到每个目的地D的最短径路。步骤2 将O、D间的OD交通量全部分配到相应的最短径路上。第30页，此课件共32页哦二、增量分配法Incremental Assignment Method，简称IA分配法近似平衡分配方法首先需先将OD表分解成N个分表(N个分层)，然后分N次使用全有全无分配法，每次分配一个OD分表，并且每分配一次，路阻就根据路阻函数修正一次，直到把N个OD分表全部分配到路网上。1、容量限制增量分配第31页，此课件共32页哦算法思想：将OD交通量分成若干份（等分或不等分）；依次将每一份OD交通量分配到网络中；每次分配一份OD交通量到相应的最短径路上；每次均计算、更新各路段的行驶时间，然后按更新后的行驶时间重新计算最短径路；下一循环中按更新后的最短径路分配下一份OD交通量。第32页，此课件共32页哦