道路交通網(wǎng)絡(luò)分析

第四章道路交通網(wǎng)絡(luò)分析1整理課件概述大量工程實(shí)踐說(shuō)明，不僅象道路建設(shè)這樣的根底設(shè)施建設(shè)會(huì)引起整個(gè)城市道路交通流的重新分布，新的交通組織與交通控制措施所產(chǎn)生的影響往往也涉及到整個(gè)城市的道路交通系統(tǒng)。這就要求我們?cè)谘芯拷煌ㄏ到y(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)與管理方案時(shí)，不能只注意方案在空間上所涉及的范圍，更應(yīng)重視由于方案實(shí)施所帶來(lái)的道路交通流的重新分布結(jié)果，即從整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的角度分析交通規(guī)劃、建設(shè)與管理方案的效果。2整理課件這種交通網(wǎng)絡(luò)分析的核心內(nèi)容，是分析在特定的外部環(huán)境〔道路根底設(shè)施、交通管理措施、交通控制方案等〕下，道路交通流的分布情況，這是進(jìn)行道路交通根底設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)與管理方案制訂的前提和根底。道路交通流分布是出行者對(duì)出行路徑選擇的結(jié)果，出行者對(duì)出行路徑選擇的分析主要是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交通流交通分配來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3整理課件網(wǎng)絡(luò)交通流交通分配是交通規(guī)劃的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。所謂交通分配就是把各種出行方式的空間OD量分配到具體的交通網(wǎng)絡(luò)上，模擬出行者對(duì)出行路徑的選擇，通過(guò)交通分配所得的路段、交叉口交通量資料是制訂交通規(guī)劃、建設(shè)與管理方案以及檢驗(yàn)道路規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)、管理方案是否合理的主要依據(jù)之一。4整理課件交通網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)表示方法實(shí)際交通網(wǎng)絡(luò)分析中的計(jì)算量很大，一般通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。在處理交通網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先必須把交通網(wǎng)絡(luò)抽象化，即把交通網(wǎng)絡(luò)抽象為點(diǎn)〔交叉口〕與邊〔路段〕的集合，使計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別、存儲(chǔ)與處理。交通網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)表示方法很多，常采用的有鄰接矩陣、權(quán)矩陣、鄰接目錄表等方法。其中，采用鄰接目錄表最為有效。5整理課件道路網(wǎng)絡(luò)信息化處理n①道路路段可以抽象為七個(gè)等級(jí)：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區(qū)一般公路郊區(qū)高速公路nnnnnnn②交叉口可以抽象為六種類型：信號(hào)控制交叉口無(wú)控制交叉口環(huán)形交叉口立體交叉口交通渠化交叉口優(yōu)先權(quán)交叉口6整理課件 在處理交通網(wǎng)絡(luò)時(shí)，首先必須把交通網(wǎng)絡(luò)抽象化，即把交通網(wǎng)絡(luò)抽象為點(diǎn)〔交叉口〕與邊〔路段〕的集合體。

1

4

7

3

6

9

2

5

8

抽象的網(wǎng)絡(luò)圖第一節(jié)交通網(wǎng)絡(luò)表示方法7整理課件

j

i1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

1

0

0

0

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

1

0

鄰接矩陣鄰接矩陣表示點(diǎn)與點(diǎn)之間的一般鄰接關(guān)系，它的元素l(i,j)

ì0

兩點(diǎn)之間無(wú)邊連接或

i

=j

l

(i

,

j

)=í ?1

兩點(diǎn)之間有邊連接

1

4

7

3

6

9

2

5

8

抽象的網(wǎng)絡(luò)圖

鄰接矩陣8整理課件節(jié)點(diǎn)i

R（i）

V（i，j）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

2

3

2

3

4

3

2

3

2

2，4

1，3，5

2，6

1，5，7

2，4，6，8

3，5，9

4，8

5，7，9

6，8

i

i

j

鄰接目錄法

該方法采用兩組數(shù)組表示網(wǎng)絡(luò)的鄰接關(guān)系，一組為一維數(shù)組R(i)

，表示與節(jié)點(diǎn)相連接的邊的條數(shù)，另一組為二維數(shù)組V(i,j)

，表示與節(jié)點(diǎn)相鄰接的第個(gè)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)號(hào)。

1

4

7

3

6

9

2

5

8

抽象的網(wǎng)絡(luò)圖鄰接目錄表9整理課件

ji

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

2

∞2

∞∞∞∞∞

2

0

2

∞2

∞∞∞∞∞2

0

∞∞2

∞∞∞

2

∞∞0

1

∞2

∞∞∞2

∞1

0

1

∞2

∞∞∞2

∞1

0

∞∞2

∞∞∞2

∞∞0

1

∞∞∞∞∞2

∞2

0

2

∞∞∞∞∞2

∞2

0

權(quán)矩陣 點(diǎn)與點(diǎn)之間的數(shù)量關(guān)系通過(guò)權(quán)矩陣〔D

〕來(lái)反 應(yīng)。權(quán)矩陣的元素d〔i,j〕確實(shí)定： 0i=jdij=∞i,j不相鄰ωiji,j之間的實(shí)際阻抗〔i與j相鄰〕

1

4

7

2

5

8

3

6

9

抽象的網(wǎng)絡(luò)圖

距離權(quán)矩陣10整理課件第三節(jié)交通阻抗分析方法n道路交通阻抗函數(shù)〔簡(jiǎn)稱路阻函數(shù)〕是指路段行駛時(shí)間〔交叉口延誤〕與路段〔交叉口〕交通負(fù)荷之間的函數(shù)關(guān)系，它是交通網(wǎng)絡(luò)分析的根底。11整理課件t=t

0[

1

+a

(

V

/

C

)

b]

〔4-3〕式中：t——兩交叉口之間的路段行駛時(shí)間〔min〕；

t0——交通量為0時(shí)，兩交叉口之間的路段行駛時(shí)間〔min〕； V——路段機(jī)動(dòng)車交通量〔輛/h〕； C——路段實(shí)用通行能力〔輛/h〕； a、b——參數(shù)，建議取a=0.15,b=4。該模型只考慮了機(jī)動(dòng)車交通負(fù)荷的影響，使用比較方便，在國(guó)內(nèi)廣泛使用于公路交通網(wǎng)絡(luò)分析，但由于國(guó)內(nèi)城市道路上，除了機(jī)動(dòng)車的交通負(fù)荷外還有非機(jī)動(dòng)車的交通負(fù)荷，因此不適用于城市交通網(wǎng)絡(luò)分析。 一、路段路阻函數(shù)〔1〕美國(guó)聯(lián)邦公路局路阻函數(shù)模型

12整理課件[t

=t

0

1

+k

1

(V

1

C

1

)+k

2

(V

2

C

2

)2

、回歸路阻模型 針對(duì)我國(guó)的交通實(shí)際情況，建立以下回歸關(guān)系 模型作為城市道路的路阻函數(shù)。n

n

V1

、V2

分別為機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車路段交通量。C1

、C2

分別為機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車路段實(shí)用通行能力。]K3

k

4

或t

=t

0

[1

+k

1

(V

1

C

1

)+k

2

(V

2

C

2

)]

13整理課件車速U

當(dāng)交通負(fù)荷很小時(shí)，車流以道路允許的最大速度行駛，此時(shí)車速與交通負(fù)荷無(wú)關(guān)；交通負(fù)荷在超過(guò)某個(gè)值后，車速根本上與交通負(fù)荷〔V/C〕呈線性相關(guān)關(guān)系，車速隨著交通負(fù)荷的增加而線性下降；當(dāng)交通負(fù)荷根本上接近飽和時(shí)，車速已經(jīng)降至很低，車速與交通負(fù)荷〔V/C〕呈以橫軸為漸進(jìn)線的非線性關(guān)系。0.9

0

U

max

自由車流正常車流飽和車流Umin

圖4-4

交通負(fù)荷

V/C

車流速度—交通負(fù)荷關(guān)系模型14整理課件—

0—

1—

2—

n

n

n

n

n

0—

0

3

、根本參數(shù)確實(shí)定零流路段行駛時(shí)間t0

確實(shí)定： t0

=

L

u

L

——路段長(zhǎng)度u0——交通量為零時(shí)的行駛車速

u0

=r

1

×r

2

×r

3

×v

0

r

——自行車影響折減系數(shù)r

——車道寬度影響系數(shù)，r3

——交叉口影響修正系數(shù)v

——路段設(shè)計(jì)車速

15整理課件1〕路段設(shè)計(jì)車速v

0

確實(shí)定 可根據(jù)?城市道路交通規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)?確定2〕自行車影響折減系數(shù)r

1

確實(shí)定 〔11

〕機(jī)非有分隔帶〔墩〕，

r

1

=1

〔22

〕機(jī)非無(wú)分隔帶〔墩〕，但自行車道負(fù)荷不飽和，

r

1

=0.8

〔33

〕機(jī)非無(wú)分隔帶〔墩〕，但自行車道負(fù)荷超飽和—

22

—

11

—

Q

bic

——自行車交通量，[

Q

bic

]

每米寬自行車道的實(shí)用通 行能力，W

——非機(jī)動(dòng)車道寬，W

——機(jī)動(dòng)車道r

1

=0.

8

-(Q

bic

[Q

bic

]+0

.

5

-W

2

)

W

1

16整理課件〔-54+188W0/3-16W20/3〕×10-2W0>3.5m車道寬度影響系數(shù)r

2

確實(shí)定r2

=

50

×(W

0

-1

.

5

)

W

0

￡3

.

5

m

W0：機(jī)動(dòng)車道寬度當(dāng)車道寬度為標(biāo)準(zhǔn)寬度3.5m時(shí)，r

2

=100%，車道寬度與影響系數(shù)之間的變化關(guān)系表4-5所示。17整理課件交叉口影響修正系數(shù)確實(shí)定：γ3交叉口影響修正系數(shù)，主要取決于交叉口控制方式及交叉口間距。根據(jù)已有的研究成果，交叉口間距從200m增大到800m時(shí)，車速及通行能力可以提高80%左右，并根本上呈線性關(guān)系。交叉口對(duì)路段車速及通行能力的影響修正系數(shù)可采用下式計(jì)算：S0〔l≤200m〕γ3=S0(0.0013l+0.73)(l＞200m)l:交叉口間距S0：交叉口有效通行時(shí)間比，視路段起點(diǎn)交叉口控制方式而定，在信號(hào)交叉口即為綠信比。假設(shè)計(jì)算得出γ3＞1，那么取γ3=1。18整理課件二、交叉口延誤分析

1

、信號(hào)交叉口延誤計(jì)算 最正確周期確實(shí)定 最正確周期即為延誤最小時(shí)的信號(hào)周期長(zhǎng)度?！?/p>

—

—

—

進(jìn)口道通行能力S確實(shí)定 一個(gè)進(jìn)口車道的理論通行能力為： S

0=

3600

b

β——飽和車流車頭時(shí)距進(jìn)口車道實(shí)用通行能力：

S=

S

0

×n

×r

1

×r

2

n

——進(jìn)口車道數(shù)，

r1

——自行車影響折減系數(shù)

r2

——車道寬度影響系數(shù)

1

.

5

L

+5

1

-Y

T0=

19整理課件2

(1

-lx

)2

Q

(1

-x

)?進(jìn)口道延誤d(i,j)

確實(shí)定 當(dāng)進(jìn)口飽和度較小時(shí)，各進(jìn)口上每輛車的平均延誤可根據(jù)修正的韋伯斯特公式計(jì)算：

22

、其它交叉口延誤計(jì)算 無(wú)控、環(huán)交、立交三類交叉口的延誤，應(yīng)根據(jù)交 通量的大小與信號(hào)交叉口延誤比照分析，以增加各類 交叉口延誤的可比性。ú+x

2

ù

éT

(1

-l)2d

(

i

,

j

)

=

0

.

9

ê ?20整理課件交通阻抗分析-2交叉口延誤預(yù)測(cè)延誤交通負(fù)荷21整理課件三、出行路權(quán)的分析城市道路網(wǎng)規(guī)劃：出行路權(quán)為所有路段的行駛時(shí)間及所有交叉口的延誤之和。公路網(wǎng)規(guī)劃：可不考慮交叉口延誤的影響，出行路權(quán)為路段行駛時(shí)間。22整理課件23整理課件

交通分配分類標(biāo)準(zhǔn)：Wardrop第一原理指出：網(wǎng)絡(luò)上的交通以這樣一種方式分布，就是所有使用的路線都比沒(méi)有使用的路線的費(fèi)用小。Wardrop第二原理認(rèn)為：車輛在網(wǎng)絡(luò)上的分布使網(wǎng)絡(luò)上所有車輛的總出行時(shí)間最少。第一原理〔用戶最優(yōu)或平衡〕準(zhǔn)那么在道路網(wǎng)的利用者都知道網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，并試圖選擇最短路徑時(shí)，網(wǎng)絡(luò)會(huì)到達(dá)平衡狀態(tài)，在考慮擁擠對(duì)行走時(shí)間影響的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)到達(dá)平衡時(shí)，每組OD的各條被利用的路徑具有相等且最小的出行時(shí)間，沒(méi)有被利用的路徑的出行時(shí)間大于或等于最小出行時(shí)間前提：準(zhǔn)確完備的信息，理智的選擇行為24整理課件

交通分配第二原理〔系統(tǒng)最優(yōu)〕目標(biāo)在考慮擁擠對(duì)出行時(shí)間時(shí)空影響的網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)中的交通量應(yīng)該按某種方式分配以使網(wǎng)絡(luò)交通量的總出行時(shí)間最小。如果假定出行者并不了解網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，只是憑借經(jīng)驗(yàn)選擇路徑，那么形成了隨機(jī)交通分配模型。它是為交通管理人員提供了一種決策方法。如果交通分配模型滿足Wardrop第一、第二原理，那么該模型為平衡模型，并且，滿足第一原理的稱為用戶優(yōu)化平衡模型〔User-OptimizedEquilibrium〕，滿足第二原理的稱為系統(tǒng)優(yōu)化平衡模型〔System-OptimizedEquilibrium〕。如果分配模型不使用Wardrop原理，而是采用模擬方法，那么稱此模型為非平衡模型。25整理課件26整理課件27整理課件平衡模型的開(kāi)展已有幾十年的歷史，盡管平衡型交通分配方法種類繁多，但絕大局部平衡分配模型都可歸結(jié)為一個(gè)維數(shù)很大的凸規(guī)劃問(wèn)題或非線性規(guī)劃問(wèn)題。在理論上，這類模型結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、思路明確，比較適合于宏觀研究。但由于維數(shù)大、約束條件多，這類模型的求解比較困難。盡管人們提出了一些近似方法，但計(jì)算仍很復(fù)雜，在實(shí)際工程中難以應(yīng)用。相比之下，非平衡模型具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、概念明確、計(jì)算簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，因而在工程實(shí)踐中得到了廣泛應(yīng)用，效果良好。非平衡模型根據(jù)其分配手段可分為無(wú)迭代〔靜態(tài)〕與有迭代〔動(dòng)態(tài)〕兩類；根據(jù)其分配形態(tài)可分為單路徑與多路徑兩類。表4-6為非平衡模型的具體分類形式。4-628整理課件

分配形態(tài)分配方式固定路阻變化路阻單路徑全有全無(wú)容量限制多路徑靜態(tài)多路徑容量限制多路徑第五節(jié)非平衡交通流分配一、全有全無(wú)分配方法All-or-NothingAssignmentMethod，簡(jiǎn)稱0-1分配法最簡(jiǎn)單，不考慮路網(wǎng)的擁擠效果。在芝加哥城交通規(guī)劃中，首次獲得應(yīng)用。29整理課件算法思想：將OD交通量q加載到路網(wǎng)的最短徑路上，從而得到路網(wǎng)中各路段流量的過(guò)程。計(jì)算步驟：步驟0初始化，使路網(wǎng)中所有路段的流量為0，并求出各路段自由流狀態(tài)時(shí)的阻抗。步驟1計(jì)算路網(wǎng)中每個(gè)出發(fā)地O到每個(gè)目的地D的最短徑路。步驟2將O、D間的OD交通量全局部配到相應(yīng)的最短徑路上。30整理課件二、增量分配法IncrementalAssignmentMethod，簡(jiǎn)稱IA分配法近似平衡分配方法首先需先將OD表分解成N個(gè)分表(N個(gè)分層)，然后分N次使用全有全無(wú)分配法，每次分配一個(gè)OD分表，并且每分配一次，路阻就根據(jù)路阻函數(shù)修正一次，直到把N個(gè)OD分表全局部配到路網(wǎng)上。1、容量限制—增量分配31整理課件算法思想：將OD交通量分成假設(shè)干份〔等分或不等分〕；依次將每一份OD交通量分配到網(wǎng)絡(luò)中；每次分配一份OD交通量到相應(yīng)的最短徑路上