交通運(yùn)輸規(guī)劃第八章交通分配

第八章

交通分配1ThefourstepsTrafficGenerationTrafficDistributionTrafficModalSplitTrafficAssignment交通分配是“四階段”的最后一個(gè)階段，也是規(guī)劃方案設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，分配的前瞻性、合理性對(duì)系統(tǒng)規(guī)劃效果有著至關(guān)重要的影響。鑒于系統(tǒng)的復(fù)雜性，交通分配理論研究仍不成熟，因此是交通運(yùn)輸領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題。2第一節(jié)概述第二節(jié)交通分配的程序第三節(jié)交通分配的方法3第一節(jié)概述一、基本概念交通分配、路徑與最短路、交通阻抗“四階段”模型完成二、交通分配的基本原理三、交通網(wǎng)絡(luò)的表示鄰接矩陣、鄰接目錄表、阻抗矩陣4一、基本概念1、交通分配已知各小區(qū)之間的各種交通方式的出行分布量，具體地確定他們所選的出行路線，即把各個(gè)小區(qū)之間的各種交通方式的出行分布量具體地分配到各條路線上去的過(guò)程。具體包括三個(gè)內(nèi)容：（1）現(xiàn)現(xiàn)，分析目前交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行現(xiàn)狀，或?qū)F(xiàn)狀出行量與相應(yīng)路段的分配結(jié)果進(jìn)行比較，檢驗(yàn)“四階段”模型的精確性；5（2）規(guī)現(xiàn)，分析現(xiàn)狀路網(wǎng)在規(guī)劃年的適用性，為未來(lái)交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)提供依據(jù)。（3）規(guī)規(guī)，評(píng)價(jià)交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方案。就交通分配的工作特點(diǎn)包括：（1）固定運(yùn)行線路：集體運(yùn)輸；（2）不固定運(yùn)行線路：個(gè)體運(yùn)輸，出行者自行選擇運(yùn)行線路。6就城市道路網(wǎng)來(lái)說(shuō)需要特別指出的是：（1）出行分布量一般是指以標(biāo)準(zhǔn)小汽車為單位的機(jī)動(dòng)車的分配，人車；（2）不包括固定線路行駛的車輛；（3）以后討論的分配方法同樣適用于出行個(gè)體對(duì)固定線路運(yùn)行的交通線路和工具的選擇。72、路徑與最短路徑（1）路段：交通網(wǎng)絡(luò)上相鄰兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交通線路；（2）路徑：交通網(wǎng)絡(luò)中任意一對(duì)OD點(diǎn)之間，從出行的產(chǎn)生點(diǎn)到吸引點(diǎn)一串連通的路段的有序排列即為該OD點(diǎn)之間的路徑，一對(duì)OD點(diǎn)之間可有多條路徑；（3）最短路徑：一對(duì)OD點(diǎn)之間總阻抗最小的路徑，一對(duì)OD點(diǎn)之間最短路不是唯一的。8

3、路阻函數(shù)（LinkPerformanceFunctions）Amathematicalformularepresentingthetravelimpedance,levelofserviceofthelinkAsknownaslinkcostfunctionTraveltimeisthemeasureusedmostoften.(有時(shí)候會(huì)考慮距離和固定費(fèi)用：linkdistance+fixedcosts)Crucialtotrafficassignment9Expected‘nice’propertiesAconvexfunction－凸函數(shù)Positive,nonlinear,strictlyincreasingfunctionsoflinkflow－是流量的正的，非線性嚴(yán)格遞增的函數(shù)ThemostfamousoneistheBPR(BureauofPublicRoads)function10包括兩兩大類類：（1）路段段上的的交通通阻抗抗a、單交交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，，阻抗抗一般般為出出行時(shí)時(shí)間；；b、時(shí)間間與距距離成成正比比的交交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，，阻抗抗為出出行時(shí)時(shí)間或或距離離；c、時(shí)間與與距離離不成成正比比的交交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，阻抗與流量量有關(guān)關(guān)，比比較復(fù)復(fù)雜。。（2）交叉叉口處處的交交通阻阻抗11（1）路段段上的的交通通阻抗抗BPRfunction12返回132、交叉叉口處處的交交通阻阻抗（1）不分分流向向：交叉口口各流流向阻阻抗基基本相相同：：（2）分流流向：：右轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)、直直行、、左轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)返回14ThefourstepsTrafficGenerationTrafficDistributionTrafficModalSplitTrafficAssignmentWhether?Where?Whichmode?Whichroad?15ThefourstepsTripgeneration:Determinethenumberoftripsoriginatingandterminatingindifferentzonesofthestudyarea.Output:tripproduction&attraction.Tripdistribution:Describetheallocationoftripsfromapointoforigintothedestinationzones.Output:ODmatrix.16Thefoursteps(cont’’d)Modechoice(Modalsplit):Determinetheportionofthetotalnumberoftripsmadebetweenanoriginanddestinationusingdifferenttransportmodes.Output:modeusagerate（方式劃分分率）.Routechoice(Trafficassignment):AllocateODtripstoroutesinthetransportationnetworktoestimatetheresultingvolume,traveltimeandspeed,etc.Output:trafficflowonthesectionsandpattern(路段上的交交通流量以以及交通方方式).返回17二、交通分分配原理（（PrinciplesTrafficAssignment）ElementsofTrafficAssignment（1）Graphrepresentationofthenetworkcentroids,links,nodes,connectors（2）Linkperformancefunction(s)（3）Principlesofroutechoice18Thefinalstepinthemodelingprocess.Vehicletripsfromonezonetoanotherareassignedtospecifictravelroutesbetweenzones.Thisassignmentisdoneonthebasisofminimumgeneralizedcost(最小的通用用費(fèi)用)oftravelbetweeneachO-Dpairofzones－但并不表表示路徑唯唯一！Thisgeneralizedcostasdefinedearlierisalinearcombinationofthelinkjourneytimeandthelinkdistance+fixedcostssuchasparkingortolls.Whenwearedonewehaveanassignednetwork!19TrafficAssignment201、交通均衡衡問(wèn)題Wardrop第一原理：：在路網(wǎng)的使使用者都知知道網(wǎng)絡(luò)的的狀態(tài)并試試圖選擇最最短路徑時(shí)時(shí)，路網(wǎng)會(huì)會(huì)達(dá)到這樣樣一種均衡衡狀態(tài)，每每對(duì)OD點(diǎn)之間各條條被利用的的路徑的走走行時(shí)間都都相等而且且是最小的的走行時(shí)間間，而沒(méi)有有被利用的的路徑的走走行時(shí)間都都大于或等等于這個(gè)最最小的走行行時(shí)間。212、非交通均均衡問(wèn)題返回分類阻抗不變時(shí)阻抗可變時(shí)單路徑最短路（全有全無(wú)）分配阻抗可變單路徑分配多路徑多路徑分配阻抗可變多路徑分配22三、交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的表示示借用“圖論”的基本知知識(shí)：（1）把交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中的出出行生成點(diǎn)點(diǎn)、吸引點(diǎn)點(diǎn)、線路交交叉點(diǎn)看做做是“圖””的節(jié)點(diǎn)，，把任意兩兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之之間的交通通線路看做做是“圖””的邊。（2）如果某條條交通線路路是單向的的，用帶箭箭頭的有向向邊表示，，雙向的用用無(wú)箭頭的的邊表示。。用該數(shù)學(xué)方方法描述交交通網(wǎng)絡(luò)常常用的三種種方法：23（1）鄰接矩陣陣（2）鄰接目錄錄表采用兩組數(shù)數(shù)組表示網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的鄰接接關(guān)系：a、R（i），表示與與i節(jié)點(diǎn)相連接接的邊的條條數(shù)；b、V（i，j），表示與與i節(jié)點(diǎn)相鄰接接的第j個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)節(jié)點(diǎn)號(hào)。24節(jié)點(diǎn)iR(i)V（i，j）123……25（3）阻抗矩陣陣根據(jù)帶阻抗抗的交通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)圖，可可定義阻抗抗矩陣：26167238594333333224425作業(yè)：用上上述三種方方法描述下下面的路網(wǎng)網(wǎng)。27第二節(jié)交交通分配配的程序一、分配目目標(biāo)二、交通分分配過(guò)程中中的基本輸輸入三、交通分分配的步驟驟四、構(gòu)造樹(shù)樹(shù)28一、交通分分配目標(biāo)基本目標(biāo)：1、獲取路網(wǎng)網(wǎng)數(shù)據(jù)；2、估計(jì)特定定需求水平平下出行時(shí)時(shí)間（費(fèi)用用）；3、獲取路段段流量、確確定擁堵路路段。重要目標(biāo)：1、估計(jì)OD對(duì)之間的使使用路段；；2、分析每個(gè)個(gè)OD對(duì)之間出行行路徑的選選擇；3、獲取交叉叉口處車輛輛轉(zhuǎn)彎信息息。29二、交通分分配過(guò)程中中的基本輸輸入1、確定研究究區(qū)域的出出行矩陣；；2、由1確定各路段段時(shí)間—流量曲線；；3、確定交通通流分配準(zhǔn)準(zhǔn)則。三、交通分分配過(guò)程1、構(gòu)造樹(shù)；2、路段流量量分配；3、路網(wǎng)容量量分配。30四、構(gòu)造樹(shù)樹(shù)在交通分配配的過(guò)程中中，首先要要確定各OD對(duì)之間所有有的有可能能吸引出行行者的路徑徑，這一系系列路徑被被確定后儲(chǔ)儲(chǔ)存在一個(gè)個(gè)“樹(shù)”形形的特殊結(jié)結(jié)構(gòu)中，這這個(gè)過(guò)程即即為“構(gòu)造造樹(shù)”的過(guò)過(guò)程。最短路樹(shù)：從出行地地S點(diǎn)出發(fā)到路路網(wǎng)中其他他節(jié)點(diǎn)均是是最短路的的樹(shù)，稱為為S點(diǎn)的最短樹(shù)樹(shù)。返回31第三節(jié)交交通分配配方法把預(yù)測(cè)的OD量按一定方方法分配到到交通網(wǎng)絡(luò)絡(luò)中的過(guò)程程。交通分配模模型通常分分為非平衡模型型：non-equilibriummodels最短路（全有全無(wú)無(wú)）交通分分配法－－shortestpathmethod(alsocalledall-or-nothingmethod)容量限制法法－minimumpathwithcapacityrestraintsmethod多路徑概率率交通分配配法(probabilityofmulti-pathmethod)容量限制－－多路徑分分配平衡模型：：EquilibriummodelsUserEquilibriumSystemOptimization32一、最短路路分配法（（ShortestPathMethod）也叫全有全全無(wú)分配法法，是一種種靜態(tài)的交交通分配方方法；基本假設(shè)：（1）兩點(diǎn)間的的行駛時(shí)間間為常數(shù)；；（2）在分配中中，取路阻（兩交叉口口間的出行行時(shí)間）為為常數(shù)，即即假設(shè)車輛輛的路段行行駛車速、、交叉口延延誤不受路路段、交叉叉口交通負(fù)負(fù)荷的影響響。每一OD點(diǎn)對(duì)應(yīng)的OD量被全部分分配在連接接該OD點(diǎn)對(duì)的最短短線路上，，其他道路路上分配不不到交通量量。（3）所有的OD對(duì)的OD量按上述原原則全部分分配在路網(wǎng)網(wǎng)上，累加加各路段的的交通量。。33（4）該分配法法進(jìn)行交通通分配時(shí)，，不考慮路路段通行能能力的限制制；（5）交通量不不會(huì)影響行行車速度。。特點(diǎn)：計(jì)算算簡(jiǎn)單；是是其他分配配方法的基基礎(chǔ)。缺點(diǎn)：交通通量在路網(wǎng)網(wǎng)上分配不不均，出行行的交通量量全部集中中在最短路路上；且網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)總費(fèi)用用值較大。?？傎M(fèi)用＝關(guān)鍵是求最最短路：最最常用的方方法有Dijkstra算法。34最短路交通通分配法的的步驟：確定路段行行駛時(shí)間。。確定各OD點(diǎn)之間的最最短路徑。。各交通區(qū)之之間的交通通量全部放放在路阻最最小的路徑徑上，其余余的路徑上上的交通量量為零。累計(jì)得出各各路段的交交通量。35Example:用最短路法法分配該OD矩陣ODABCDA0200200500B2000500100C2005000250D500100250036解:（1）確定路段段行駛時(shí)間間（已知的））（2）確定A、B、C、D四個(gè)交通區(qū)區(qū)的最短路路徑?？捎糜肈ijkstra的方法求得得：37（3）分配OD量將各OD點(diǎn)對(duì)的OD量分配到與與該OD點(diǎn)對(duì)相對(duì)應(yīng)應(yīng)的最短路徑上上。3839二、容量限限制分配法法把交通量分配配到最小路阻阻的線路上：：考慮了車速與與交通量之間間的關(guān)系，即即考慮了交叉叉口、路段的的通行能力限限制，比較符符合實(shí)際情況況。容量限制分配配法的關(guān)鍵是是路阻的確定定。40課堂作業(yè)：ODABCDA0200200500B2000500100C2005000250D5001002500已知A、B、C、D四OD點(diǎn)間交通量如如下表，各點(diǎn)點(diǎn)之間出行時(shí)時(shí)間如下圖根根據(jù)圖表所給給信息，用最最短路法分配配該OD矩陣。123456789ABCD322435341341容量限制分配配法的步驟：：1.把交通路網(wǎng)表表示為“圖””,以“零流量”路段行程時(shí)間間開(kāi)始；2.依次對(duì)每個(gè)起起點(diǎn)分區(qū)計(jì)算算通過(guò)路網(wǎng)的的最短行程時(shí)時(shí)間的通路；；3.按全有全無(wú)分分配模型,將OD點(diǎn)的交通模式式加到路網(wǎng)；；4.計(jì)算分配到每每條路段上的的交通量；42容量限制分配配法的步驟：：5.考慮流量與行行程時(shí)間的關(guān)關(guān)系，用分配配給路段的交交通量計(jì)算路路段行程時(shí)間間，重新計(jì)算算最短路；6.按全有全無(wú)分分配模型將原原來(lái)OD點(diǎn)的交通模式式加到路網(wǎng)上上,但要用由步驟驟5得出的新的最最短路上；7.返回到步驟4，繼續(xù)分配，，直到分配的的交通量和行行程時(shí)間穩(wěn)定定為止。43容量限制法進(jìn)進(jìn)行分配時(shí)，，需先將OD表中的每一個(gè)個(gè)OD量分解成k部分，即分解解成k個(gè)OD分表，然后分分k次用最短路法法分配，每次次分配一個(gè)OD分表，并且每每分配一次，，路阻修正一一次，直到把把k個(gè)OD分表全部分配配在路網(wǎng)上。。44分配次數(shù)k與每次的OD分配率(%)45三、多路徑概概率分配法出行者希望選選擇效用最大大的路徑出行行－最短路因素但是路網(wǎng)有其其復(fù)雜性和交交通狀況的隨隨機(jī)性，出行行者在選擇出出行路線的時(shí)時(shí)候往往帶有有不確定性－－隨機(jī)因素考慮這兩種因因素的主次地地位，各出行行線路被選用用的概率可用用Logit型的路徑選擇擇模型計(jì)算。。4647多路徑概率分分配法中的有有效路段和有有效出行路徑徑：有效路段：定定義有效路段段[i,j]為路段終點(diǎn)j比路段起點(diǎn)i更靠近出行