1、,第四章 道路交通網(wǎng)絡(luò)分析,概述,大量工程實踐表明，不僅象道路建設(shè)這樣的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè) 會引起整個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城市的道路 交通系統(tǒng)。這就要求我們在研究交通系統(tǒng)的規(guī)劃、建設(shè)與 管理方案時，不能只注意方案在空間上所涉及的范圍，更 應(yīng)重視由于方案實施所帶來的道路交通流的重新分布結(jié) 果，即從整個城市交通網(wǎng)絡(luò)的角度分析交通規(guī)劃、建設(shè)與 管理方案的效果。,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（道路基礎(chǔ)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)行道路交通基礎(chǔ)設(shè)施的規(guī)劃、建設(shè)與管理方案制訂的前提和基礎(chǔ)。

2、道路交通流分布是出行者對出行路徑選擇的結(jié)果，出行者對出行路徑選擇的分析主要是通過網(wǎng)絡(luò)交通流交通分配來實現(xiàn)的。,網(wǎng)絡(luò)交通流交通分配是交通規(guī)劃的一個 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，模擬出行者對出行路徑的選擇， 通過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。,交通網(wǎng)絡(luò)的計算機表示方法,實際交通網(wǎng)絡(luò)分析中的計算量很大，一般通過 計算機實現(xiàn)。在處理交通網(wǎng)絡(luò)時，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（交 叉口）與邊（路段）的集合，使計算機能夠識 別、存儲與處理。

3、交通網(wǎng)絡(luò)的計算機表示方法很多，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。,道路網(wǎng)絡(luò)信息化處理,n, 道路路段可以抽象為七個等級：,n n n n n n n,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,n n n n n n n, 交叉口可以抽象為六種類型： 信號控制交叉口 無控制交叉口 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,在處理交通網(wǎng)絡(luò)時，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（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

4、法,鄰接矩陣 鄰接矩陣表示點與點之間的一般鄰接關(guān)系，它 的元素l(i,j) 0兩點之間無邊連接或i= j l(i, j) = 1兩點之間有邊連接,1 4 7,3 6 9,2 5 8 抽象的網(wǎng)絡(luò)圖,鄰接矩陣,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)點相鄰接的第 個節(jié)點的節(jié)點號。,1 4 7,3 6 9,2 5 8 抽象的網(wǎng)絡(luò)圖,鄰接目錄表,權(quán)矩陣 點與點之間的數(shù)量關(guān)系通過權(quán)矩陣（D）來反 應(yīng)。權(quán)矩陣的元素d（i,j）的確定： 0 i=j dij= i,j不相鄰 ij i,j之間的

5、實際阻抗（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,第三節(jié) 交通阻抗分析方法,n,道路交通阻抗函數(shù)（簡稱路阻函數(shù)）是 指路段行駛時間（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)分析的基礎(chǔ)。,t = t0 1+ a(V /C)b ,（4-3）,式中：t兩交叉口之間的路段行駛時間（min）； t0交通量為 0 時，兩交叉口之間的路段行駛時間（min）； V路段機動車交通量（輛/h）； C路段實用通行能力（輛/h）； a、b參數(shù)，建議取a=0.15,b=4。 該模型只考慮了機動車交通負(fù)荷的影響，使用比較方便， 在國內(nèi)廣泛使用于公路交通網(wǎng)絡(luò)分

6、析，但由于國內(nèi)城市 道路上，除了機動車的交通負(fù)荷外還有非機動車的交通 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）美國聯(lián)邦公路局路阻函數(shù)模型,t= t0 1+ k1(V1 C1) + k2(V2 C2),2、回歸路阻模型 針對我國的交通實際情況，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分別為機動車、非機動車路段交通 量。 C1、C2分別為機動車、非機動車路段實用通 行能力。,K3 k4,或t= t01+ k1(V1 C1) + k2(V2 C2),車速U,當(dāng)交通負(fù)荷很小時，車流以道路允許的最大速度行駛，此時車速 與交通負(fù)荷無關(guān)；交通負(fù)荷在超過某個值后

7、，車速基本上與交通 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)荷基本上接近飽和時，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,Umax,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,0 ,1 ,2 ,n n n n n,0 ,0,3、基本參數(shù)的確定 零流路段行駛時間t0的確定： t0 =L u,L路段長度 u0交通量為零時的行駛車速 u0 = r1 r2 r3 v0 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)計車速,1）路段設(shè)計車速v0

8、的確定 可根據(jù)城市道路交通規(guī)劃設(shè)計規(guī)范確定 2）自行車影響折減系數(shù)r1的確定 （11）機非有分隔帶（墩），r1 =1 （22）機非無分隔帶（墩）， 但自行車道負(fù)荷不飽 和， r1 =0.8 （33）機非無分隔帶（墩）， 但自行車道負(fù)荷超飽和,22 11 ,Qbic自行車交通量，Qbic每米寬自行車道的實用通 行能力，W非機動車道寬，W機動車道,r1 = 0.8- (Qbic Qbic+ 0.5- W2)W1,（-54+188W0/3-16W20/3）10-2 W0 3.5m,車道寬度影響系數(shù)r2的確定,r2 =,50 (W0 - 1.5) W0 3.5m,W0：機動車道寬度,當(dāng)車道寬度為標(biāo)準(zhǔn)寬

9、度3.5m時， r2 =100%，車道寬度 與影響系數(shù)之間的變化關(guān)系表4-5所示。,交叉口影響修正系數(shù)的確定：3 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，車速及通行能力可以提高80%左右，并基本上呈線性關(guān)系。交叉口對路段車速及通行能力的影響修正系數(shù)可采用下式計算： S0 （l200m） 3= S0(0.0013l+0.73) (l200m) l: 交叉口間距 S0： 交叉口有效通行時間比，視路段起點交叉口控制方式而定，在信號交叉口即為綠信比。 若計算得出3 1，則取3 =1。,二、交叉口延誤分析 1、信號交叉口延誤計算

10、 最佳周期的確定 最佳周期即為延誤最小時的信號周期長度。,進(jìn)口道通行能力S 的確定 一個進(jìn)口車道的理論通行能力為： S0 =3600 b 飽和車流車頭時距 進(jìn)口車道實用通行能力： S = S0 n r1 r2 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),1.5L + 5 1- Y,T 0 =,2(1- lx),2Q(1- x),進(jìn)口道延誤d(i,j)的確定 當(dāng)進(jìn)口飽和度較小時，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算 ：,22、其它交叉口延誤計算 無控、環(huán)交、立交三類交叉口的延誤，應(yīng)根據(jù)交 通量的大小與信號交叉口延誤對比分析，以增加各類 交叉口延誤的可比性。,+

11、,x2 ,T(1- l )2 d(i, j)=0.9 ,交通阻抗分析-2,交叉口延誤預(yù)測,延誤,交通負(fù)荷,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)為路段行駛時間。,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有使用的路線的費用小。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間最少。 第一原理（用戶最優(yōu)或平衡）準(zhǔn)則 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，網(wǎng)絡(luò)會達(dá)到平衡狀態(tài)，在考慮擁擠對行

12、走時間影響的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到平衡時，每組OD的各條被利用的路徑具有相等且最小的出行時間，沒有被利用的路徑的出行時間大于或等于最小出行時間 前提：準(zhǔn)確完備的信息，理智的選擇行為,交通分配,第二原理（系統(tǒng)最優(yōu)）目標(biāo) 在考慮擁擠對出行時間時空影響的網(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)驗選擇路徑，則形成了隨機交通分配模型。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，則該模型為平衡模型，并且，滿足第一原理的稱為用戶優(yōu)化平衡模型（User-Optimized Equilibrium

13、），滿足第二原理的稱為系統(tǒng)優(yōu)化平衡模型（System-Optimized Equilibrium）。如果分配模型不使用Wardrop原理，而是采用模擬方法，則稱此模型為非平衡模型。,平衡模型的發(fā)展已有幾十年的歷史，盡管平衡型交通分配方法種類繁多，但絕大部分平衡分配模型都可歸結(jié)為一個維數(shù)很大的凸規(guī)劃問題或非線性規(guī)劃問題。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，但計算仍很復(fù)雜，在實際工程中難以應(yīng)用。相比之下，非平衡模型具有結(jié)構(gòu)簡單、概念明確、計算簡便等特點，因而在工程實踐中得到了廣泛應(yīng)用，效果良好。非平

14、衡模型根據(jù)其分配手段可分為無迭代（靜態(tài)）與有迭代（動態(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。,4-6,第五節(jié) 非平衡交通流分配,一、全有全無分配方法,All-or-Nothing Assignment Method，簡稱0-1 分配法,最簡單，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。,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)中各路段流量的過程。 計算步驟：,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)時的阻抗。,步驟1 計算路網(wǎng)中每個出發(fā)地O到每個目的地D的最短 徑路。,步驟2 將

15、O、D間的OD交通量全部分配到相應(yīng)的最短徑 路上。,二、增量分配法,Incremental Assignment Method，簡稱IA分配法 近似平衡分配方法,首先需先將OD表分解成N個分表(N個分層)，然后分 N次使用全有全無分配法，每次分配一個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OD分表全部分配到路網(wǎng)上。,1、容量限制增量分配,算法思想：,將OD交通量分成若干份（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；每次均計算、更 新各路段的行駛時間，然后按更新后的行駛時間 重新計算最短徑路；下一循環(huán)中按更新后的最短 徑路分配下一份OD交通量。,計算步驟：,步驟0 初始化。以適當(dāng)?shù)男问椒指頞D交通量 ，即令n=1。,步驟1 計算、更新路段費用(行駛時間)。 步驟2 用全有全無分配法將第n個分割OD交通 量分配到最短徑路上。,步 驟 3 如 果 n=N， 則 結(jié) 束 計 算 。 反 之 ， 令 n=n+1返回步驟1。,這里，N為分割次數(shù)；n為循環(huán)次數(shù)。,分配次數(shù)K與 每次的OD量分配率（%）,K 分配次序 1 2,1 100 60,2 3 4 6 7 8 9 10 40,3 4,50 40,30 30