樞紐交通需求預(yù)測城市交通樞紐概述交通需求分析概述目錄交

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成4.2交

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布4.3四4.1交通方式劃分4.4交

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配4.5組合優(yōu)化模型4.64.1交通需求分析概述（1）交通需求分析的目的及意義4.1交通需求分析概述交通需求是指人們由于各種經(jīng)濟(jì)、社會活動對交通設(shè)施及其服務(wù)水平的需要程度。具體是指人們對出行活動的安全、方便、舒適、經(jīng)濟(jì)等各項(xiàng)指標(biāo)的要求。

交通供給一般是指基本確定的相關(guān)交通發(fā)展決策，包括設(shè)施提供能力、數(shù)量、服務(wù)水平、空間布局、交通政策以及現(xiàn)狀存在的交通設(shè)施等。無論是對于一般的交通規(guī)劃，還是交通樞紐規(guī)劃，交通需求分析始終都是一項(xiàng)極為重要的基礎(chǔ)性工作，是解決現(xiàn)實(shí)交通問題及開展規(guī)劃的基礎(chǔ)?？梢杂行У刂笇?dǎo)土地利用規(guī)劃和區(qū)域交通發(fā)展政策的制訂，同時(shí)對設(shè)施供給的規(guī)模與能力的決策都具有十分重要的反饋指導(dǎo)意義。（2）預(yù)測的思路與方法4.1交通需求分析概述分析思路了解分析的目的，即基于什么目的開展的什么分析。選擇科學(xué)可行的方法開展交通需求預(yù)測實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的“四階段”交通預(yù)測方法仍是目前最切實(shí)可行的方法。進(jìn)行彈性需求分析，提供合理的分析結(jié)果實(shí)現(xiàn)狀交通改善與未來發(fā)展規(guī)劃雖然分別強(qiáng)調(diào)現(xiàn)實(shí)與未來，但是兩者都有一個(gè)共同的地方那就是都強(qiáng)調(diào)在一定時(shí)期內(nèi)的適應(yīng)性。規(guī)劃方法與技術(shù)路線實(shí)現(xiàn)狀交通改善與未來發(fā)展規(guī)劃雖然分別強(qiáng)調(diào)現(xiàn)實(shí)與未來，但是兩者都有一個(gè)共同的地方那就是都強(qiáng)調(diào)在一定時(shí)期內(nèi)的適應(yīng)性。4.2交

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成（1）原單位法4.2交通生成

原單位法是將每人或每戶平均產(chǎn)生的交通量作為原單位，或以不同用途的土地面積平均發(fā)生的交通量來預(yù)測交通生成

預(yù)測不同出行目的的交通生成量可以采用以下方法:

原單位法預(yù)測的出行生成量除由人口屬性按出行目的不同預(yù)測外,還可以用土地利用或經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來預(yù)測。

（2）增長率法4.2交通生成增長率法是根據(jù)預(yù)測對象(如人口、客貨運(yùn)量、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等)的預(yù)計(jì)增長速度進(jìn)行預(yù)測的方法。

增長率法的關(guān)鍵在于確定增長率，但增長率隨著選擇年限的不同及計(jì)算方法的不同而存在較大的差異。所以，增長率法一般僅適用于增長趨勢穩(wěn)定的情況，其特點(diǎn)是計(jì)算簡單，但預(yù)測結(jié)果粗略，較適用于近期預(yù)測。在交通產(chǎn)生預(yù)測中，由于人口發(fā)展受政策性影響較強(qiáng)，常常應(yīng)用增長率法進(jìn)行人口預(yù)測。（3）聚類分析法4.2交通生成

聚類分析法是建立在各類型家庭的出行率在將來某一時(shí)刻也保持不變的假定的基礎(chǔ)上的，所以，只需知道各類型家庭的出行率和將來時(shí)刻的相應(yīng)的家庭數(shù)，就可以求得預(yù)測值。該研究的基本假定為:(１)家庭規(guī)模的變化很小。(２)一定時(shí)期內(nèi)的出行率是穩(wěn)定的。(３)收入與車輛擁有量總是增長的。(４)每種類型的家庭數(shù)量可用相應(yīng)于該家庭收入、車輛擁有量和家庭結(jié)構(gòu)等資料來估計(jì)。構(gòu)造聚類分析模型的步驟為:(１)家庭的橫向分類。(２)把每個(gè)家庭定位到橫向類別。(３)對其所分的每一類，計(jì)算其平均出行率。(４)計(jì)算各分區(qū)的出行發(fā)生。（4）函數(shù)法4.2交通生成

（5）回歸分析法4.2交通生成

4.3交通分布（1）增長系數(shù)法4.3交通分布平均增長系數(shù)模型平均增長系數(shù)模型假設(shè)將來的ＯＤ量按起訖點(diǎn)小區(qū)增長系數(shù)的平均值增長，其分布模型為:為了使觀測的ＯＤ矩陣滿足增長要求，應(yīng)重新確定修正增長系數(shù)。平均增長系數(shù)模型假設(shè)將來的ＯＤ量按起訖點(diǎn)小區(qū)增長系數(shù)的平均值增長。其分布模型為:4.3交通分布Fratar模型考慮了ＯＤ量起點(diǎn)與終點(diǎn)區(qū)之間的吸引強(qiáng)度，預(yù)測結(jié)果優(yōu)于平均增長系數(shù)模型。Fratar模型的具體形式為：

與平均增長系數(shù)模型一樣，F(xiàn)ratar模型也需用前述方法進(jìn)行迭代運(yùn)算，直到修正增長系數(shù)收斂于1為止。（1）增長系數(shù)法Fratar模型4.3交通分布

（1）增長系數(shù)法Furness模型Furness模型是由起點(diǎn)區(qū)所產(chǎn)生的出行量首先取得平衡，隨之吸引到終點(diǎn)區(qū)的出行量再取得平衡。（2）重力模型法4.3交通分布無約束重力模型重力模型法出行分布預(yù)測考慮了兩交通小區(qū)的吸引強(qiáng)度與它們間的阻抗，認(rèn)為兩個(gè)交通小區(qū)間的出行吸引與兩個(gè)交通小區(qū)的出行發(fā)生量、吸引量成正比。與交通小區(qū)之間的交通阻抗成反比。模型形式為：

（2）重力模型法4.3交通分布

（2）空間布局模式的發(fā)展4.3交通分布單約束重力模型烏爾希斯重力模型，即出行產(chǎn)生約束重力模型其表達(dá)式為美國公路局(出行產(chǎn)生受約束)重力模型烏爾希斯重力模型，即出行產(chǎn)生約束重力模型其表達(dá)式為雙約束重力模型（3）插入機(jī)會模型法4.3交通分布

插入機(jī)會模型假定:阻抗參數(shù)相同的每一個(gè)交通吸引點(diǎn)均按指數(shù)分布等概率成為交通的終點(diǎn).而當(dāng)阻抗參數(shù)不同時(shí)，交通總是選擇阻抗參數(shù)最小的交通吸引點(diǎn)作為終點(diǎn)。插入機(jī)會模型主要考慮的是交通阻抗參數(shù)。

用插入機(jī)會模型預(yù)測未來交通分布時(shí)，同樣可能會出現(xiàn)根據(jù)模型計(jì)算出的交通分布量不滿足約束條件的情況。此時(shí)，需用增長率法進(jìn)行迭代計(jì)算使Ｑ′ｒｓ滿足約束條件。（4）最大熵法4.3交通分布

威爾遜在?空間分布模型統(tǒng)計(jì)理論?中首次提出了基于熱力熵極大原理的交通分布設(shè)想，導(dǎo)出了第一個(gè)熵模型。

威爾遜的交通分布熵模型表示為:熵模型的假設(shè)前提比較符合客觀現(xiàn)象。但使用過程非常復(fù)雜、實(shí)用性較差。4.4交通方式劃分4.4交通方式劃分影響交通方式選擇的因素１)出行主體的特性(１)是否擁有小汽車.這一點(diǎn)與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著密切的關(guān)系.(２)家庭結(jié)構(gòu).

如年輕人喜歡使用小汽車?而老年人傾向于選擇公共交通工具?(３)收入.

收入在很大程度上影響著人們對交通方式的選擇.如收入少的人更傾向于使用公共交通工具.(４)其他方面的因素.２)出行特性交通方式選擇在很大程度上受到以下幾個(gè)方面的影響:(１)出行目的.

如上、下班大多選擇公共交通方式,而家庭外出旅行則更多選擇小汽車.(２)出行時(shí)間.

如白天選擇公共交通,而晚上則更多選擇小汽車.4.4交通方式劃分影響交通方式選擇的因素３)交通設(shè)施特點(diǎn)(１)出行時(shí)間.

包括各種交通方式的等車時(shí)間、旅行時(shí)間和步行時(shí)間等.(２)出行費(fèi)用.包括票價(jià)、燃料及直接費(fèi)用.(３)停車及其費(fèi)用.

包括是否有停車場及停車收費(fèi)的高低.(４)舒適度和方便性.如公共交通高峰時(shí)段舒適度較低等.(５)可靠性和準(zhǔn)時(shí)性.如地鐵可靠性和準(zhǔn)時(shí)性較好,而公交車可靠性較差.(６)安全性.

如摩托車、電瓶車受氣候影響大,安全性較差。4.4交通方式劃分影響交通方式選擇的因素除前面介紹的線性模型、logit模型、Prohibit模型外，交通方式劃分模型根據(jù)對象地區(qū)或交通還可分為出行端點(diǎn)模型、全域模型、TI模型等。（１)出行端點(diǎn)模型（2）全域模型全域模型考慮規(guī)劃對象區(qū)域整體的交通方式劃分情況，常用于宏觀交通規(guī)劃.（3）ＴI模型ＴI意味著OD交通量的相互轉(zhuǎn)化，可給出OD表的交通方式劃分率。

通常，模型將各交通方式的利用時(shí)間、費(fèi)用等的比率作為自變量。4.5交通分配4.5交通分配國內(nèi)外已有的交通分配模型通?？梢苑譃槠胶饽Ｐ秃头瞧胶饽Ｐ蛢纱箢?。

平衡分配模型是建立在Wardrop兩個(gè)著名原理基礎(chǔ)上的。Wardrop第一原理也稱用戶最優(yōu)平衡原理可以表述為:在考慮擁擠對行駛時(shí)間影響的網(wǎng)絡(luò)中。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，每個(gè)OD對的各條被使用的徑路具有相等且最小的行駛時(shí)間。沒有被使用的徑路的行駛時(shí)間大于或等于最小行駛時(shí)間。Wardrop

第二原理也稱系統(tǒng)最優(yōu)平衡原理可以表述為:車輛在網(wǎng)絡(luò)上的分配使得網(wǎng)絡(luò)上所有車輛的總出行時(shí)間最少。交通網(wǎng)絡(luò)平衡意味著交通網(wǎng)絡(luò)上的交通需求和交通條件(供應(yīng))達(dá)到某種穩(wěn)定狀態(tài)。4.5交通分配最短路分配步驟是:(１)確定路段行駛時(shí)間。

對現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)，可用實(shí)測的路段長度除以實(shí)測的行駛車速來確定。對規(guī)劃路網(wǎng)可用規(guī)劃路段長度除以該路段的設(shè)計(jì)車速來確定。(２)確定各OD點(diǎn)之間的最短路徑。

目前，用于網(wǎng)絡(luò)最短路計(jì)算的方法已有幾十種。較典型和常用的方法包括矩陣迭代法、Dijkstra算法、Floyd算法、函數(shù)迭代法、策略迭代法等。(３)按各交通區(qū)之間OD量全部分配在路權(quán)最小的路徑上，其余為零的原則。將各OD對間的OD量分配到交通網(wǎng)絡(luò)上。(４)累計(jì)出各路段(交叉口)的交通量。4.5交通分配最短路分配步驟是:(１)確定路段行駛時(shí)間。

對現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)，可用實(shí)測的路段長度除以實(shí)測的行駛車速來確定。對規(guī)劃路網(wǎng)可用規(guī)劃路段長度除以該路段的設(shè)計(jì)車速來確定。(２)確定各OD點(diǎn)之間的最短路徑。

目前，用于網(wǎng)絡(luò)最短路計(jì)算的方法已有幾十種。較典型和常用的方法包括矩陣迭代法、Dijkstra算法、Floyd算法、函數(shù)迭代法、策略迭代法等。(３)按各交通區(qū)之間OD量全部分配在路權(quán)最小的路徑上，其余為零的原則。將各OD對間的OD量分配到交通網(wǎng)絡(luò)上。(４)累計(jì)出各路段(交叉口)的交通量。4.5交通分配多路徑概率分配法各出行路線選用的概率可采用Logit模型的路徑選擇模型計(jì)算:多概率分配模型能較好地反映路徑選擇過程中的最短路因素及隨機(jī)因素.實(shí)際上,若各出行路線路權(quán)相同,則本模型為隨機(jī)分配模型.各路線被選用的概率相同.若某一路線的路權(quán)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其他各線路,則模型成為最短路分配模型.（1）最短路交通分配法4.6組合優(yōu)化模型

最短路交通分配是一種靜態(tài)的交通分配方法.用該分配方法時(shí)路權(quán)(兩節(jié)點(diǎn)間的行駛時(shí)間)為常數(shù)，每個(gè)OD點(diǎn)對的OD量被全部分配在連接該OD點(diǎn)對的最短路徑上。其余路徑不分配交通量，在所有OD點(diǎn)對的OD量全部按上述原則分配到路網(wǎng)上后，可累計(jì)得出各路段、各交叉口的交通量。該方法在進(jìn)行交通分配時(shí)，不考慮路段通行能力的限制，也不考慮過多的交通量將影響行車速度，從而使車輛有可能選擇其他路徑的交通重分配現(xiàn)象。因此被稱為容量非限制分配法或全有全無分配法。最短路分配法的特點(diǎn)是計(jì)算簡單、概念清晰。但是分配結(jié)果不盡合理，交通流在路網(wǎng)上分配不均勻，與實(shí)際情形誤差較大。當(dāng)路段和交叉口交通飽和度較大時(shí)，因?yàn)檐囕v行駛車速不可能保持自由流時(shí)的速度，將行駛時(shí)間作為常數(shù)處理明顯不符合實(shí)際。最短路分配法作為其他分配法的基礎(chǔ)。其分配步驟是:(１)確定路段行駛時(shí)間，對現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)可用實(shí)測的路段長度除以實(shí)測的行駛車速來確定。對規(guī)劃路網(wǎng)，可用規(guī)劃路段長度除以該路段的設(shè)計(jì)車速來確定。(２)確定各OD點(diǎn)之間的最短路徑。目前，用于網(wǎng)絡(luò)最短路計(jì)算的方法已有幾十種?較典型和常用的方法包括矩陣迭代法、Dijkstra算法、Floyd算法、函數(shù)迭代法、策略迭代法等。(３)按各交通區(qū)之間OD量全部分配在路權(quán)最小的路徑上，其余為零的原則，將各OD對間的OD量分配到交通網(wǎng)絡(luò)上。(４)累計(jì)出各路段(交叉口)的交通量。（2）容量限制分配法4.6組合優(yōu)化模型容量限制分配法的主要步驟是:(１)將路網(wǎng)簡化為網(wǎng)絡(luò)，以“零流量”路段行程時(shí)間開始。(２)依次對每個(gè)起點(diǎn)分區(qū)計(jì)算通過路網(wǎng)的最短行程時(shí)間的路徑。(３)按全有全無分配模型，將起訖點(diǎn)的交通量加到路網(wǎng)上。(４)計(jì)算分配到各條路線上的交通量。(５)在流量與行程時(shí)間的關(guān)系中，用分配給路段的交通量計(jì)算路段行程時(shí)間，重新計(jì)算新的時(shí)間最短路徑。(６)按全有全無分配法將原來起訖點(diǎn)的交通量加到由步驟(５)得出的路網(wǎng)的新的時(shí)間最短路徑上。(７)返回到步驟(４)，繼續(xù)分配，直到分配的交通量和行程時(shí)間穩(wěn)定為止。采用容量限制。增量加載分配模型時(shí)，需先將OD表中的每一OD量分解成幾部分，即將原OD表(ｎ×ｎ階，ｎ為出行發(fā)生、吸引點(diǎn)個(gè)數(shù))分解成

ｋ個(gè)OD分表(ｎ×ｎ階)，然后分ｋ次用最短路分配模型分配OD量，每次分配一個(gè)OD分表，并且每分配一次。路權(quán)修正一次。路權(quán)采用路阻函數(shù)修正，直到把ｋ個(gè)OD分表全部分配在網(wǎng)絡(luò)上為止。（2）多路徑概率分配法4.6組合優(yōu)化模型

由出行者的路徑選擇特性可知，出行者總是希望選擇最合適(最短、最快、最方便等)的路徑出行，稱之最短路因素，

但由于交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及交通狀況的隨機(jī)性，出行者在選擇出行路線時(shí)由于判斷誤差而選擇的路線不一定是最短路。往往帶有不確定性，稱之為隨機(jī)因素。

這兩種因素存在于出行者的整個(gè)出行過程中，兩因素所處的主次地位取決于可供選擇，的出行路線的路權(quán)差(行駛時(shí)間差或費(fèi)用差等)。

因此，各出行路線選用的概率可采用Logit模型的路徑選擇模型計(jì)算。一般來說，交通網(wǎng)絡(luò)都比較復(fù)雜，往往含有百余個(gè)交通節(jié)點(diǎn)。每一OD點(diǎn)對之間具有很多不同的出行路線，尤其是長距離出行。因此，用本模型分配時(shí)，首先必須確定每個(gè)OD點(diǎn)對(ｒ，ｓ)的有效路段及有效出行路線。4.6組合優(yōu)化模型組合優(yōu)化模型4.6組合優(yōu)化模型

針對不同研究項(xiàng)目的不同需要，實(shí)際中已經(jīng)開發(fā)出各種不同形式的組合模型，包括四階段法中交通產(chǎn)生、交通分布、交通方式劃分以及交通分配中任意兩個(gè)或多個(gè)階段的組合。

除了交通方式劃分和交通分配組合模型外，還有交通分布與交通分配的組合模型、交通產(chǎn)生與交通分布的組合模型以及四階段組合模型，見下表所示：交通分布—交通分配組合模型4.6組合優(yōu)化模型

在交通分布—交通分配組合模型中,各個(gè)OD對之間的出行量為變量.而各交通小區(qū)產(chǎn)生的交通量總和是一定且已知的.用公式表示為:

可以證明,上述規(guī)劃問題的一階條件既包含了在路網(wǎng)上以通常意義的走行時(shí)間為基礎(chǔ)的用戶均衡,也包含了以ｕrs-Ａs為基礎(chǔ)的用戶均衡.也就是說,它是一個(gè)出行分布與交通分配的均衡模型.

吸引度(Ａｓ)用來表示每一個(gè)OD分區(qū)ｓ被選擇為出行終點(diǎn)的可能性,建立以ｕｒｓ－Ａｓ為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型.求其最小值可實(shí)現(xiàn)上述的選擇原則.在平衡時(shí),應(yīng)滿足路網(wǎng)上的流量符合用戶最優(yōu)的原則的條件.根據(jù)確定需求模型,可得到此問題的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:交通分布—交通分配組合模型4.6組合優(yōu)化模型

基本路網(wǎng)拓展后的路網(wǎng)

可見,增加的虛設(shè)路段的數(shù)目為實(shí)際出行起點(diǎn)數(shù)與實(shí)際出行終點(diǎn)數(shù)的乘積,在實(shí)際的較大規(guī)模路網(wǎng)中,這個(gè)數(shù)目是很大的.交通分布—交通分配組合模型4.6組合優(yōu)化模型

某一分區(qū)對于不同目的出行者的吸引度是不同的.因此,吸引度概念應(yīng)該表達(dá)為一個(gè)函數(shù),而由此產(chǎn)生的各OD間的出行量ｑrs也必然是一個(gè)變量.這個(gè)變量應(yīng)滿足式提出的條件.對每一個(gè)起點(diǎn)來說,為使方程式與變量的數(shù)目相等,只需使需求函數(shù)的形式能自動滿足式即可.因此,常用的需求函數(shù)的形式為:

與Logit模型相結(jié)合，需求函數(shù)為：組合優(yōu)化模型4.6組合優(yōu)化模型如果在出行分布中使用熵最大的概念，需求函數(shù)為：考慮變需求后的數(shù)學(xué)規(guī)劃表達(dá)式為:方式劃分—交通分布—交通分配組合模型4.6組合優(yōu)化模型

在方式劃分—交通分布—交通分配組合模型中，所有出行方式的總OD量不是常數(shù)，可按下式進(jìn)行計(jì)算：

對于交通方式劃分—交通分布