第4章-道路交通网络分析优秀PPT.ppt

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1、第四章道路交通网络分析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限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。这就要求我们在探讨交通系统的规划、建设与管理方案时，不能只留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。这种交通网络分析的核心内容，是分析在特定的外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、交通限部环境（道路基础设施、交通管理措施、交通限制方案等）下，道路交通流的分布状况，这

2、是进制方案等）下，道路交通流的分布状况，这是进行道路交通基础设施的规划、建设与管理方案制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。道路交通流分布是出行者对出订的前提和基础。道路交通流分布是出行者对出行路径选择的结果，出行者对出行路径选择的分行路径选择的结果，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安排来实现的。析主要是通过网络交通流交通安排来实现的。网络交通流交通安排是交通规划的一个重要环节。所谓交通安排就是把各种出行方式的空间OD量安排到具体的交通网络上，模拟出行者对出行路径的选择，通过交通安排所得的路段、交叉口交通量资料是制订交通规划、建设与管理方案以及检验道路规

3、划网络、管理方案是否合理的主要依据之一。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，首先必需把交通网络抽象化，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，常接受的有邻接矩阵、权矩阵、邻接书目表等方法。其中，接受邻接书目表最为有效。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马路郊区高速马路nnnnnnn 交叉口可以抽象为六种类型：信号限制交叉口无限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在

4、处理交通网络时，首先必需把交通网络抽象化，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j ji i1122334455667788991 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 00 01 10 01 10 01 10 01 10 00 00 01 10 01 10 00 00 01 10 00 00 01 10

5、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 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

6、5，7 7，9 96 6，8 8iij 邻接书目法 该方法接受两组数组表示网络的邻接关系，一组为一维数组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)，表示与 节点相邻接的第 个节点的节点号。147369258抽象的网络图邻接书目表j ji i1 12 23 34 45 56 67 78 89 91 12 23 34 45 56 67 78 89 90 02 2 2 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

7、 2 20 0权矩阵点与点之间的数量关系通过权矩阵（DD）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，它是交通网络分析的基础。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路段好用通行实力（辆/h）；a、b参数，建议取a=0

8、.15,b=4。该模型只考虑了机动车交通负荷的影响，运用比较便利，在国内广泛运用于马路交通网络分析，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）美国联邦马路局路阻函数模型t=t01+k1(V1C1)+k2(V2C2)22、回来路阻模型、回来路阻模型针对我国的交通实际状况，建立以下回来关系针对我国的交通实际状况，建立以下回来关系模型作为城市道路的路阻函数。模型作为城市道路的路阻函数。nnV1V1、V2V2分别为机动车、非机动车路段交通分别为机动车、非机动车路段交通量。量。C1C1、C2C2分别为机动车、非机动车路段好用通

9、分别为机动车、非机动车路段好用通行实力。行实力。K3k4或t=t01+k1(V1C1)+k2(V2C2)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4-4交通负荷V/C车流速度交通负荷关系模型012nn nnn0033、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

10、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1）路段设计车速v0的确定可依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，自行车交通量，Qbic每米宽自行车道的好用通每米宽自行车道的好用通行实力，行实力，W非机动车道宽，非机动车道宽，W机动车道机动车道r1=0.8-(QbicQbic+0.5-W2)W1（-54+188W0/3-16W20/3）10-

11、2W03.5m车道宽度影响系数r 22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=100%，车道宽度与影响系数之间的变更关系表4-5所示。交叉口影响修正系数的确定：交叉口影响修正系数的确定：33交叉口影响修正系数，主要取决于交叉口限制方式交叉口影响修正系数，主要取决于交叉口限制方式及交叉口间距。依据已有的探讨成果，交叉口间及交叉口间距。依据已有的探讨成果，交叉口间距从距从200m200m增大到增大到800m800m时，车速及通行实力可以时，车速及通行实力可以提高提高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

12、。交叉口对路段车速及通行实力的影响修正系数可接受下式路段车速及通行实力的影响修正系数可接受下式计算：计算：S0 S0 （l200ml200m）3=3=S0(0.0013l+0.73)(l S0(0.0013l+0.73)(l200m)200m)l:l:交叉口间距交叉口间距 S0 S0：交叉口有效通行时间比，视路段起点交叉口交叉口有效通行时间比，视路段起点交叉口限制方式而定，在信号交叉口即为绿信比。限制方式而定，在信号交叉口即为绿信比。若计算得出若计算得出3 3 1 1，则取，则取3=13=1。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

13、实力S的确定一个进口车道的理论通行实力为：S0=3600b饱和车流车头时距进口车道好用通行实力：S=S0nr1r2n进口车道数，r1自行车影响折减系数r2车道宽度影响系数1.5L+51-YT0=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依据修正的韦伯斯特公式计算：22、其它交叉口延误计算、其它交叉口延误计算无控、环交、立交三类交叉口的延误，应依据交无控、环交、立交三类交叉口的延误，应依据交通量的大小与信号交叉口延误对比分析，以增加各类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。交叉口延误的可比性。+x2T(1-l

14、)2d(i,j)=0.9交通阻抗分析-2交叉口延误预料延误交通负荷三、出行路权的分析城市道路网规划：出行路权为全部路段的行驶时间及所有交叉口的延误之和。马路网规划：可不考虑交叉口延误的影响，出行路权为路段行驶时间。交通安排交通安排分类标准：分类标准：Wardrop Wardrop第一原理指出：网络上的交通以这样一种方式分布，第一原理指出：网络上的交通以这样一种方式分布，就是全部运用的路途都比没有运用的路途的费用小。就是全部运用的路途都比没有运用的路途的费用小。WardropWardrop其次原理认为：车辆在网络上的分布使网络上全其次原理认为：车辆在网络上的分布使网络上全部车辆的总出行时间最少。

15、部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，当网络达到平衡时，每组的网络中，当网络达到平衡时，每组ODOD的各条被利用的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间行时间大于或等于最小出行时间前提：精确完备的信息，理智的选择行为前提：精确完备的信息，

16、理智的选择行为 交通安排交通安排其次原理（系统最优）目标在考虑拥挤对出行时间时空影响的网络中，网络中的交通量应当按某种方式安排以使网络交通量的总出行时间最小。假如假定出行者并不了解网络状态，只是凭借阅历选择路径，则形成了随机交通安排模型。它是为交通管理人员供应了一种决策方法。假如交通安排模型满足Wardrop第一、其次原理，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（User-OptimizedEquilibrium），满足其次原理的称为系统优化平衡模型（System-OptimizedEquilibrium）。假如安排模型不运用Wardrop原理，而是接受模拟方法，则称此模

17、型为非平衡模型。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安安排排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安安排排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探探讨讨。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困困难难，在在实实际际工工程程中中难难

18、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洁洁、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依依据据其其安安排排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）两两类类；依依据据其其安安排排形形态态可可分分为为单单路路径径与与多多路路径径两两类类。表表4-64-6为为非非平平衡衡模模型型的的具具体分类形式。体分类形式。4-6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

19、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 非平衡交通流安排一、全有全无安排方法All-or-Nothing Assignment Method，简称0-1安排法最简洁，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。算法思想：将OD交通量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，使路网中全部路段的流量为0，并求出各路段自由流状态时的阻抗。步骤1 计算路网中每个动身地O到每个目的地D的最短径路。步骤2 将O、D间的OD交通量全部安排到相应的最短径路上。二、增量安排法Incremental Assignment Method，简

20、称IA安排法近似平衡安排方法首先需先将OD表分解成N个分表(N个分层)，然后分N次运用全有全无安排法，每次安排一个OD分表，并且每安排一次，路阻就依据路阻函数修正一次，直到把N个OD分表全部安排到路网上。1、容量限制增量安排算法思想：将OD交通量分成若干份（等分或不等分）；依次将每一份OD交通量安排到网络中；每次安排一份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安排下一份OD交通量。计算步骤：步骤0 初始化。以适当的形式分割OD交通量，即令n=1。步骤1 计算、更新路段费用(行驶时间)。步骤2 用全有全无

21、安排法将第n个分割OD交通量安排到最短径路上。步 骤 3 如 果 n=N，则 结 束 计 算。反 之，令n=n+1返回步骤1。这里，N为分割次数；n为循环次数。安排次数K与每次的OD量安排率（%）K安排次序12110060234678910403450403030202010 51030202520201510151055555交通质量服务水平n交通负荷度：V/CnnnA级：V/C小于0.4，畅行车流nB级：V/C=0.40.6，稳定车流（延误小）nC级：V/C=0.60.75，稳定车流（延误大）nD级：V/C=0.750.9，接近不稳定车流nE级：V/C=0.91.0，nF级：V/C大于1.0，不稳定车流强制车流.交通拥挤度：L(V服务水平：LC 10)