公路网规划交通需求预测四阶段法

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1、 四阶段法是以1962年美国芝加哥市发表的Chicago Area Transportation Study为标志，交通规划理论和方法得以诞生。 1962年美国制订的联邦公路法规定凡5万人口以上城市，必须制订以城市综合交通调查为基础的都市圈交通规划，方可得到联邦政府的公路建设财政补贴。该项法律直接促成交通规划理论和方法的形成和发展。开始，交通预测只是关于交通发生、交通分布、交通分配三个阶段的预测。第五章 交通需求预测 20世纪60年代后期，日本广岛都市圈的交通规划首次提出了对不同交通方式进行划分这一新的预测内容。此后，交通规划变成了交通发生、交通分布、交通方式划分和交通分配四个步骤，这就是交通

2、规划的四阶段法（也叫四步法）理论。后来人们将交通方式划分与其他三个步骤做了不同形式的结合，相应的得出各类预测方法。这些都归入四阶段法。第五章 交通需求预测 第一第一节节 交通需求交通需求预测预测的基本流程的基本流程 1 1、基本流程、基本流程区域社会区域社会经济经济的的发发展刺激区域运展刺激区域运输输需求的增需求的增长长（1 1）经济经济角度角度（2 2）社会角度）社会角度 预测预测是建立在是建立在对对区域社会区域社会经济经济与土地利用分析与土地利用分析的基的基础础上的上的 流程流程见图见图5-15-1第一节 交通需求预测的基本流程2 2、原、原则则（1 1）系）系统统分析原分析原则则（2 2

3、）政策）政策协调协调原原则则（3 3）定性与定量相）定性与定量相结结合的原合的原则则（4 4）弹弹性原性原则则（5 5）历历史与未来史与未来发发展展结结合原合原则则3 交通需求预测的内容及步骤城市交通需求预测一、城市交通预测的内容：n n1、城市客运交通预测n n包括：城市居民出行预测、城市流动人口出行预测、城市对外及过境客运交通预测等三部分。n n2、城市货运交通预测n n包括城市市内货运交通预测和城市对外及过境货运交通预测两部分。二、城市交通二、城市交通预测预测的步的步骤骤n n1 1、居民出行、居民出行预测预测居民出行生成居民出行生成预测预测，分布，分布预测预测，方式方式预测预测。n n

4、2 2、流、流动动人口出行人口出行预测预测流流动动人口出行生成人口出行生成预测预测，分布分布预测预测，方式，方式预测预测。n n3 3、对对外及外及过过境客运交通境客运交通预测预测对对外及外及过过境客运生境客运生成成预测预测，分布，分布预测预测，方式，方式预测预测。n n4 4、城市市内、城市市内货货运运预测预测城市市内城市市内货货运交通生成运交通生成预预测测，分布，分布预测预测。n n5 5、对对外及外及过过境境货货运交通运交通预测预测对对外及外及过过境境货货运交运交通生成通生成预测预测，分布，分布预测预测，方式，方式预测预测n n6 6、交通分配、交通分配预测预测区域交通需求预测n n客运

5、交通预测n n包括：客运交通生成预测、分布预测、方式预测n n货运交通预测n n包括：货运交通生成预测、分布预测、方式预测n n交通分配预测第二节 交通需求生成预测 交通需求生成交通需求生成预测预测是指根据国民是指根据国民经济发经济发展状况，展状况，对规对规划区划区域及各交通分区的五大运域及各交通分区的五大运输输方式方式交通需求交通需求总总量量的的发发生生进进行行预测预测，通常采用，通常采用专专家法及模型法。家法及模型法。 专专家法是以家法是以专专家系家系统统的的经验为经验为依据，依据，对预测对预测指指标标及其及其预测预测结结果果进进行判断，并根据行判断，并根据专专家意家意见进见进行修正，直至

6、基本行修正，直至基本满满意意为为止。止。 模型法是根据模型法是根据历历史史资资料建立数学模型料建立数学模型进进行行预测预测的方法。模的方法。模型法型法预测结预测结果同果同样样也必也必须须通通过过征求征求专专家意家意见见，进进行判断和行判断和修正，直至基本修正，直至基本满满意意为为止。模型法中的主要方法或模型如止。模型法中的主要方法或模型如下。下。 n n一、集合模型n n基本思想：将集合成区的出行作基本思想：将集合成区的出行作为为研究研究对对象，着象，着眼于研究交通区出行眼于研究交通区出行总总体的出行特征，建模基体的出行特征，建模基础础是各交通区的出行是各交通区的出行总总况。包括况。包括：增：

7、增长长系数模型、系数模型、重力模型。重力模型。n n二、非集合模型n n其核心是效用最大化理其核心是效用最大化理论论，其宗旨是出行者将，其宗旨是出行者将选选择择使其使其获获得最大效用的出行。它着眼于研究出行得最大效用的出行。它着眼于研究出行者个体的出行行者个体的出行行为为。在非集合模型中，效用以出。在非集合模型中，效用以出行的省行的省时时省省钱钱、方便程度等来表达，在理、方便程度等来表达，在理论论上利上利用了用了现现代心理学的成果，引入随机效用的概念。代心理学的成果，引入随机效用的概念。n n三、动力学模型n n其基本思想不是基于分析某一其基本思想不是基于分析某一时间时间的交通状况，的交通状况

8、，而是基于分析某一而是基于分析某一历历史史过过程的交通状况，程的交通状况，对对将来将来的交通状况的交通状况进进行行预测预测。预测方法 人口人口每人年度乘每人年度乘车车次数次数= =总总的乘的乘车车次数次数 客运量客运量 原原单单位法：原位法：原单单位法是指将每人或每位法是指将每人或每户户平平均均产产生的交通量作生的交通量作为为原原单单位，整个地区的位，整个地区的总总生成生成量即是此原量即是此原单单位与位与总总人口数或人口数或总户总户数相乘而得到数相乘而得到的的结结果。果。 单单位位发发生率法只能考生率法只能考虑单虑单一因素，如人口或用一因素，如人口或用地面地面积积等等对对交通生成的影响，如有多

9、个因素影响交通生成的影响，如有多个因素影响交通，交通，则则生成率法会有生成率法会有较较大的大的误误差，因此，生成差，因此，生成率法只可用于率法只可用于较为较为粗略的交通生成粗略的交通生成预测预测。 类别发类别发生率法是考生率法是考虑对虑对交通交通产产生或吸引影响生或吸引影响较较大的某些因素，如人口、大的某些因素，如人口、职业结职业结构、用地面构、用地面积积、不同性不同性质质用地的用地的结结构等，由构等，由这这些因素些因素组组合成有合成有不同生成率的不同生成率的类别类别，根据，根据现现状状调查资调查资料、料、统计统计不同不同类别单类别单位指位指标标的交通的交通产产生、吸引量，生、吸引量，进进而而

10、进进行交通生成行交通生成预测预测。模型弹性系数： E = i1/i2i1 - 交通运输量增长率i2 - 国民生产总值增长率弹性系数在一定时期内相对稳定 确定各确定各阶阶段国民生段国民生产总值产总值增增长长率率 确定各确定各阶阶段段弹弹性系数性系数 确定各确定各阶阶段交通运段交通运输输量增量增长长率率 确定各确定各阶阶段交通运段交通运输输量量第二节 交通分布预测第二节 交通分布预测 1 1、概念、概念 交通分布交通分布预测预测是指根据是指根据预测预测得到的各交通分区的交通得到的各交通分区的交通发发生、吸引量，确定各交通区之生、吸引量，确定各交通区之间间的交通流量、流向，即的交通流量、流向，即确定

11、确定ODOD矩矩阵阵。2 2、分、分类类 按按时间时间适用性分：适用性分： 两大两大类类：第一：第一类类模型只适用于短期的交通分布研究，模型只适用于短期的交通分布研究，这类这类模型往往比模型往往比较简单较简单，主要，主要应应用于交通网用于交通网络络没有没有发发生重生重大大变变化的短期化的短期预测预测中；另一中；另一类类模型使用了出行的模型使用了出行的广广义费义费用用或其他或其他较较复复杂杂的数学方法，适用于的数学方法，适用于长长期交通分布研究或短期交通分布研究或短期分布中交通情况有期分布中交通情况有较较大大变变化的分布化的分布预测预测。 短期短期预测预测模型与模型与长长期期预测预测模型模型 第

12、二节 交通分布预测按模型的具体算法分按模型的具体算法分 一一类类是增是增长长系数法系数法 ：平均增：平均增长长系数法、系数法、FratarFratar法、法、FurnessFurness法、底特律法等法、底特律法等 一一类类是是综综合方法合方法 ：重力模型法、介人机会模：重力模型法、介人机会模型法、系型法、系统统平衡模型法平衡模型法 第二节 交通分布预测 增增增增长长系系系系数数数数法法法法：完完全全是是基基于于出出行行起起点点与与终终点点小小区区的的交交通通增增长长特特性性，利利用用现现状状的的ODOD分分布布量量推推算算将将来来的的ODOD分分布布量量。它它依依赖赖于于各各节节点点间间的的

13、基基年年分分布布情情况况，并并假假设设区区间间的的出出行行交交通通与与路路网网的的改改变变相相互互独独立立，或或者者在在预预测测年年限限内内交交通通运运输输系系统统没没有有明明显显的的改改变变。这这种种方方法法适适用用于于小小地地区区或或区区域域间间出出行行不不受受空空间间阻阻挠挠因因素素的的影影响响而而只只受受地地区区间间交交通通发发生生、吸吸引引特特性性影影响响的的出出行行空空间间分分布布形形态态，且且这这种种方方法法不不限限于于某某些些个个别别因因素素的的影影响响，着着重重总总的的趋趋势势，适适用用于于交交通通量量的的宏宏观观分分布布预预测测，但但当当基基年年ODOD分分布布稍稍有有偏偏

14、差差时时，对对未未来来影影响响将将会会很很大大。模模型型不不需需标标定定，只只需需满满足足总总量平衡即可。量平衡即可。 第二节 交通分布预测 综合方法合方法: : 相对而言，综合法较复杂，它是将出行空间阻碍因素与地区增长特性一并考虑的模拟分析法。该方法对问题的刻画较详细，但对长期趋势的描述往往过分强调某一因素的影响而忽略了总体趋势的正确性，适用于同时受地区发生、吸引特性及空间阻挠因素影响的出行空间分布形态，模型需要标定。 预测模型一、增长系数法 增增长长系数法假系数法假设设将来的交通区与交通区之将来的交通区与交通区之间间出出行分布模式与行分布模式与现现状的分布模式基本一致，其分布状的分布模式基

15、本一致，其分布量按某一系数增加。属于增量按某一系数增加。属于增长长系数法系数法类别类别的交通的交通分布分布预测预测模型主要有模型主要有平均增平均增长长系数模型、系数模型、FratarFratar模型和模型和FurnessFurness模型模型。 预测模型预测模型预测模型预测模型底特律法实例 总总的来看，增的来看，增长长系数法分布系数法分布预测预测模型易于理解、模型易于理解、思路明确、思路明确、计计算算简单简单，可，可预测预测全部、全方式全部、全方式ODOD矩矩阵阵，稳稳定性定性较较好，好，对对于分布均匀、增于分布均匀、增长长率率变变化不化不大的地区，大的地区，这类这类模型比模型比较较合理。但合

16、理。但这类这类模型必模型必须须建立在具有完整的建立在具有完整的现现状状ODOD矩矩阵阵的基的基础础上，上，对对于未于未来出行分布与来出行分布与现现状出行分布状出行分布变变化化较较大的地区（如大的地区（如新开新开发发的区域）不适用。的区域）不适用。 特点：1.1.构造构造简单简单，利用，利用现现状状ODOD推算未来的推算未来的ODOD分布量分布量2.2.需要有完整的基准年的需要有完整的基准年的ODOD表，不需要表，不需要标标定参数定参数3.3.预测预测年限内，小区的土地利用状况，交通系年限内，小区的土地利用状况，交通系统统状况状况不能不能发发生生较较大大变变化，否化，否则预测则预测精度下降精度下

17、降（1 1 交通交通设设施新建或改建；施新建或改建；2 2 大大规规模的住宅建模的住宅建设设；3 3商商场场建建设设等）等）预测模型二、重力模型二、重力模型二、重力模型二、重力模型 重力分布模型（重力分布模型（Gravity ModelGravity Model）主要是用来研究当网）主要是用来研究当网络络中出中出现现了比了比较较大的大的变变化化时时，未来年的交通分布，未来年的交通分布预测预测、它、它的理的理论论基基础础源于出行源于出行发发生的行生的行为为会受到外部因素影响的假会受到外部因素影响的假设设。重力模型是国内外交通。重力模型是国内外交通规规划中使用非常广泛的模型，划中使用非常广泛的模型

18、，该该模型模型综综合考合考虑虑了影响出行分布的地区社会了影响出行分布的地区社会经济经济增增长长因素因素和出行空和出行空间间、时间时间阻碍因素，是一种借阻碍因素，是一种借鉴鉴万有引力定律的万有引力定律的空空间间互互动动关系模关系模拟拟分析模型。分析模型。 重力模型的基本假定是：交通区重力模型的基本假定是：交通区i i到交通区到交通区j j的交通分的交通分布量与交通区布量与交通区i i的交通的交通产产生量、交通区生量、交通区j j的交通吸引量成正的交通吸引量成正比，与交通区比，与交通区i i和和j j之之间间的交通阻抗（如两交通区的交通阻抗（如两交通区间间的距离、的距离、时间时间或或费费用等）成反

19、比用等）成反比。第一个比。第一个比较严较严密地提出和使用重密地提出和使用重力模型的人是力模型的人是CaseyCasey（19551955年），他提出了地域内两城年），他提出了地域内两城镇镇间综间综合合购购物出行的一种方法，最初的公式形式物出行的一种方法，最初的公式形式为为：预测模型重力模型实例预测模型 重力模型，特重力模型，特别别是是单约单约束重力模型是束重力模型是现现在广泛在广泛使用的交通分布使用的交通分布预测预测模型，其主要模型，其主要优优点在于考点在于考虑虑的因素的因素较较增增长长系数模型更全面，能敏感地反映交系数模型更全面，能敏感地反映交通阻抗参数的通阻抗参数的变变化，即使没有完整的化

20、，即使没有完整的现现状表也能状表也能进进行推算行推算预测预测；缺点是；缺点是对对短距离出行估短距离出行估计值计值偏大，偏大，因此宜在以交通小区因此宜在以交通小区为单为单位的集合水平上位的集合水平上进进行行标标定定预测预测，并且交通小区的面，并且交通小区的面积积不宜划得不宜划得过过小。重小。重力模型另一个致命的缺陷是当交通阻抗力模型另一个致命的缺陷是当交通阻抗趋趋近于零近于零时时，交通分布量会，交通分布量会趋趋于无于无穷穷大，大，这这在在结结构上构上显显然然是不合理的。是不合理的。 特点：1.不需要完整的OD表也能进行预测2.考虑土地利用对交通的影响3.交通阻抗趋于0时，交通量无限大，与实际不符

21、4.对于内内交通而言，出行时间费用等指标确定比较困难预测模型三、介入机会模型三、介入机会模型 把从某一小区把从某一小区发发生的出行，生的出行，选择选择某一小区作某一小区作为为目目的地的概率的地的概率进进行模型化，属于概率模型范畴行模型化，属于概率模型范畴四、四、熵熵模型模型 概率概率熵熵模型、直接模型、直接熵熵模型模型五、系五、系统统平衡模型平衡模型 以供求平衡理以供求平衡理论为论为基基础础，重点考，重点考虑虑交通状况、工交通状况、工 具、基具、基础设础设施等施等对对交通分布的影响交通分布的影响六、六、ODOD矩矩阵阵的推算模型的推算模型 1 1、意、意义义：节约节约成本，成本，节节省人力物力

22、省人力物力 2 2、过过程：数据收集程：数据收集出行路径出行路径选择选择ODOD矩矩阵阵推算推算第四节 方式选择预测1 1、简简介介 让让一个出行与一种交通方式相一个出行与一种交通方式相对应对应，一个地区的全部，一个地区的全部出行数中利用出行数中利用该该种交通方式的人所占的比例叫做种交通方式的人所占的比例叫做该该交通方交通方式的分担，或式的分担，或简简称方式分担（称方式分担（model splitmodel split），其中每个），其中每个交通方式所分担的交通量叫做交通方式所分担的交通量叫做该该交通方式的分担交通量。交通方式的分担交通量。公路交通方式公路交通方式预测预测：（1 1）运）运输输

23、方式的分担量方式的分担量 只有公路只有公路ODOD资资料而无其他运料而无其他运输输方式的方式的资资料（借料（借鉴鉴） 当有比当有比较较完整完整资资料，建立各种运料，建立各种运输输方式的方式的预测预测模模型型（2 2）公路客）公路客货货运不同运不同车车型的分担量型的分担量第四节 方式选择预测2 2、预测预测方法方法一、分担率曲一、分担率曲线线法（法（转转移曲移曲线线法）法） 各种交通方式的分担比例与其影响因素之各种交通方式的分担比例与其影响因素之间间的关系的关系曲曲线线，称，称为为转转移曲移曲线线。影响因素包括交通小区。影响因素包括交通小区间间的距离，的距离，行程行程时间时间，或各交通方式所需的

24、，或各交通方式所需的时间时间差等，利用差等，利用转转移曲移曲线线法可以直接法可以直接查查到各种交通方式在城市交通小区之到各种交通方式在城市交通小区之间间出行量出行量中所占比例，其缺点在于由于中所占比例，其缺点在于由于该该曲曲线线是由是由现现状状调查资调查资料得料得出，无法反映出在未来情况特出，无法反映出在未来情况特别别是影响因素是影响因素发发生生变变化化时时各各种交通方式分担率的种交通方式分担率的变变化。化。预测方法二、二、专专家家经验经验法法 根据根据铁铁路、水路运量与运能的关系，征求路、水路运量与运能的关系，征求专专家意家意见见，确定，确定分担率。分担率。三三 总总量控制法量控制法 步步骤

25、骤： （1 1）建立分担模型）建立分担模型 （2 2）各小区的未来非公路客）各小区的未来非公路客货货运量运量 （3 3）公路客）公路客货货运量运量预测方法四、运输方式分担率法五、车辆效率法六、交通系数法（OD资料不全） 总的来说，方式预测关键在于计算分担率，根据总量计算分担交通量第五节 交通分配 1 1、简简介介 交通分配是指将已交通分配是指将已经预测经预测出的交通量根据出的交通量根据实际实际情情况按照一定的况按照一定的规则规则分配到道路网中的各条道路上，分配到道路网中的各条道路上，并求出各道路的交通流量。并求出各道路的交通流量。 交通分配是公路网交通需求交通分配是公路网交通需求预测预测中的重

26、要中的重要环节环节，由于公路网交通分配由于公路网交通分配过过程是以网程是以网络为络为基基础础的（在的（在现现状路网或状路网或规规划路网上划路网上进进行），因而行），因而这这一一阶阶段的段的工作工作须须与路网与路网规规划方案划方案拟订结拟订结合合进进行。行。 第五节 交通分配 公路网交通分配是把公路网交通分配是把预测预测的各目的各目标标年年ODOD矩矩阵阵（将（将预测预测的客的客货货运运输输量量ODOD矩矩阵转换阵转换成客成客货车辆货车辆ODOD矩矩阵阵）分配到具体）分配到具体的的规规划公路网上。通划公路网上。通过过交通分配，可交通分配，可获获得得规规划公路网中各划公路网中各路段和交叉口的交通量

27、、路段和交叉口的交通量、车车速、流向、速、流向、车车型型组组成等成等资资料，料，这这些些资资料是料是评评价路网方案是否合理、建价路网方案是否合理、建设项设项目是否可行等目是否可行等的直接依据。的直接依据。2 2、分、分类类 对对于交通分配，国内外均于交通分配，国内外均进进行行过较过较多的研究，数学多的研究，数学规规划方法、划方法、图论图论方法及方法及计计算机技算机技术为术为交通分配模型的研究及交通分配模型的研究及应应用奠定了用奠定了坚实坚实的基的基础础。国。国际际上通常把交通分配模型分上通常把交通分配模型分为为平衡模型与非平衡模型两大平衡模型与非平衡模型两大类类，并以，并以WardropWar

28、drop第一、第二第一、第二原理作原理作为为划分依据。划分依据。 平衡模型：平衡分配法（数学平衡模型：平衡分配法（数学规规划模型）划模型） 非平衡模型：表非平衡模型：表5-15-1第五节 交通分配分分类标类标准：准： WardropWardrop第一原理指出第一原理指出：网网络络上的交通以上的交通以这样这样一种方式分布，一种方式分布，就是所有使用的路就是所有使用的路线线都比没有使用的路都比没有使用的路线线的的费费用小。用小。WardropWardrop第二原理第二原理认为认为：车辆车辆在网在网络络上的分布使网上的分布使网络络上所上所有有车辆车辆的的总总出行出行时间时间最少。最少。 第一原理（用

29、第一原理（用户户最最优优或平衡）准或平衡）准则则 在道路网的利用者都知道网在道路网的利用者都知道网络络的状的状态态，并，并试图选择试图选择最短路最短路径径时时，网，网络络会达到平衡状会达到平衡状态态，在考，在考虑拥挤对虑拥挤对行走行走时间时间影响影响的网的网络络中，当网中，当网络络达到平衡达到平衡时时，每，每组组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路径具有相等且最小的出行时间时间，没有被利用的路径的出，没有被利用的路径的出行行时间时间大于或等于最小出行大于或等于最小出行时间时间第五节 交通分配 第二原理（系第二原理（系统统最最优优）目）目标标 在考在考虑拥挤对虑拥挤对出

30、行出行时间时时间时空影响的网空影响的网络络中，网中，网络络中的交通中的交通量量应该应该按某种方式分配以使网按某种方式分配以使网络络交通量的交通量的总总出行出行时间时间最小。最小。如果假定出行者并不了解网如果假定出行者并不了解网络络状状态态，只是凭借，只是凭借经验选择经验选择路路径，径，则则形成了随机交通分配模型。它是形成了随机交通分配模型。它是为为交通管理人交通管理人员员提提供了一种决策方法。供了一种决策方法。 如果交通分配模型如果交通分配模型满满足足WardropWardrop第一、第二原理，第一、第二原理，则该则该模模型型为为平衡模型，并且，平衡模型，并且，满满足第一原理的称足第一原理的称

31、为为用用户优户优化平衡化平衡模型（模型（User-Optimized EquilibriumUser-Optimized Equilibrium），），满满足第二原理的称足第二原理的称为为系系统优统优化平衡模型（化平衡模型（System-Optimized EquilibriumSystem-Optimized Equilibrium）。）。如果分配模型不使用如果分配模型不使用WardropWardrop原理，而是采用模原理，而是采用模拟拟方法，方法，则则称此模型称此模型为为非平衡模型。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，通通常常分分为为固固定定需需求求

32、分分配配、弹弹性性需需求求分分配配及及组组合合分分配配三三类类。尽尽管管平平衡衡型型交交通通分分配配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分分配配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研研究究。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复复杂杂，在在实实际际工工程程中中难难以以应应用用。

33、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单单、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根根据据其其分分配配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；根根据据其其分分配配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5-15-1为为非非平平衡衡模模型型的的具具体体分分类类形式。形式。第五节 交通分配一、公路网的数学表达与一、公路网的数学表达与计计算机表示算机表示 如前所述，交通分配是依托路网如前所述，交通分配是依托路

34、网进进行的，而路网一般都比行的，而路网一般都比较较复复杂杂，交通分配，交通分配过过程通常只能借助于程通常只能借助于计计算机才能完成。算机才能完成。因此，按照系因此，按照系统统分析的原理，有必要将多因素的公路网的分析的原理，有必要将多因素的公路网的图图示加以示加以简简化和抽象，以便建立数学模型和利用化和抽象，以便建立数学模型和利用计计算机算机贮贮存及运算。路网的数学表达及存及运算。路网的数学表达及计计算机表示是算机表示是进进行交通分配行交通分配时时关关键键的前期工作，合理的路网数学表达及的前期工作，合理的路网数学表达及计计算机表示方算机表示方法能大大加快交通分配的运算速度，提高分配精度法能大大加

35、快交通分配的运算速度，提高分配精度 。1 1公路网的模型公路网的模型结结构和网构和网络图络图 公路网是由公路网是由结结点（运点（运输输点或交叉口）和点或交叉口）和连连接各接各结结点的点的边边（公路路（公路路线线）所）所组组成的集合成的集合 公路网可抽象成由公路网可抽象成由结结点和点和边边所所组组成的成的线线性加性加权图权图，根据根据图论图论方法，用数学模型来表示路网方法，用数学模型来表示路网组组成元素成元素的相互关系，即：的相互关系，即： G G = =（V V，U U，WW）G G代表公路网；代表公路网；V V代表公路网内代表公路网内节节点（运点（运输输点及交叉点等）点及交叉点等）的集合（点

36、集）；的集合（点集）；U U代表代表结结点点间间的的连线连线 （路段）的集合（路段）的集合（边边 集）；集）；W W公路路段上各种特征公路路段上各种特征变变量的集合量的集合( (权权集集) )，其中，其中包括道路特性包括道路特性( (道路道路长长度、技度、技术术等等级级等等) )、运、运输输特特性（运量、流向等）和交通特性性（运量、流向等）和交通特性( (平均运行平均运行时间时间、运运输费输费用等用等) )。 点集点集V V = 1= 1，2 2，3 3，4 4，55， 边边集集U U = (l= (l，2)2)，(l(l，3)3)，(1(1，4)4)，(2(2，3)3)，(2(2，5)5)，

37、(3(3，4)4)，(4(4，5)5)，权权集集W W = = W W1212，W W1313，W W1414，W W2323，W W2525，W W3434，W W35 35 。2. 公路网的计算机表示方法 公路网的公路网的计计算机表示包括路网的算机表示包括路网的结结点表示、路段点表示、路段表示、表示、邻邻接关系表示及路接关系表示及路权权表示表示四个方面。四个方面。 （1 1）路网）路网结结点的表示点的表示 路网路网结结点是指有两条或两条以上道路交叉的交点是指有两条或两条以上道路交叉的交叉口、道路几何要素叉口、道路几何要素发发生重大生重大变变化的分界断面、化的分界断面、多条道路交多条道路交汇

38、汇的枢的枢纽纽（或城市、集（或城市、集镇镇）。一般情）。一般情况下，路网况下，路网结结点被抽象点被抽象为为以下六以下六类类： 信号交叉口信号交叉口 环环形交叉口。通形交叉口。通过过中央中央环岛环岛来来调节车调节车流速度流速度及及车车流流转转向的无信号控制交叉口（也有的向的无信号控制交叉口（也有的设设有交有交通信号）通信号） 立体交叉口。立体交叉口。无控制交叉口。没有任何交通管理无控制交叉口。没有任何交通管理设设施的道路交叉口，施的道路交叉口，这这类类交叉口往往交叉口往往设设在低等在低等级级道路的交道路的交汇处汇处。同一条道路在几。同一条道路在几何要素（如道路等何要素（如道路等级级、宽宽度、度、

39、车车道数、道数、设计车设计车速等）速等）发发生生重大重大变变化的断面，可以看作无控制交叉口化的断面，可以看作无控制交叉口 （道路瓶（道路瓶颈颈）道路交通枢道路交通枢纽纽。几条道路相交的交。几条道路相交的交汇处汇处（往往不交于一点）（往往不交于一点），为为了了简简化分析网化分析网络络，可以把道路交通枢，可以把道路交通枢纽纽作作为为一个一个节节点点来考来考虑虑 实际实际上，互通式立体交叉口就是一个小型道路交通枢上，互通式立体交叉口就是一个小型道路交通枢纽纽。值值得注意的是，并非所有的交通枢得注意的是，并非所有的交通枢纽纽都可以作都可以作为为一个一个结结点点来来处处理。在理。在进进行国家主干道路网、

40、省域道路网、市域道路行国家主干道路网、省域道路网、市域道路网网规规划划时时，可将几条道路交，可将几条道路交汇汇的枢的枢纽纽作作为为一个一个结结点，但在点，但在进进行行县县域道路网域道路网规规划、道路工程划、道路工程项项目可行性研究、道路交目可行性研究、道路交通管理研究或其他通管理研究或其他专门专门的交通影响分析的交通影响分析时时，仍需把交通枢，仍需把交通枢纽纽分解分解为为几个交通几个交通结结点来分析，有点来分析，有时时甚至要把立体交叉口甚至要把立体交叉口分解分解为为一一组组无控制交叉口来无控制交叉口来处处理。理。 城城镇镇。同。同样为样为了了简简化公路网，可以把公路网化公路网，可以把公路网范范

41、围围所覆盖的城所覆盖的城镇镇作作为为一个一个结结点来点来处处理，但理，但对对于于不同不同层层次的分析网次的分析网络络，能作，能作为为一个一个结结点来点来处处理的理的城城镇镇也有区也有区别别。对对于全国性国家干于全国性国家干线线网网络络，可将，可将包括大城市在内的各包括大城市在内的各类类城市都作城市都作为为一个一个结结点来点来处处理，不会影响网理，不会影响网络络分析精度；分析精度；对对于省域范于省域范围围的公的公路网，可将市（地）路网，可将市（地）级级城市作城市作为为一个一个结结点，但省点，但省会城市（或非省会大城市）不能作会城市（或非省会大城市）不能作为为一个一个结结点，点，而而应应抽象抽象为

42、为由几条城市主干道由几条城市主干道组组成的局部网成的局部网络络；对对于市（地）域、于市（地）域、县县域范域范围围的公路网或的公路网或专门专门的交的交通影响分析，只能将小城通影响分析，只能将小城镇镇作作为为一个一个结结点，大中点，大中城市城市应应抽象抽象为为一个局部网一个局部网络络来来处处理。理。 （2）路网路段的表示 路网路段是指网路网路段是指网络络中两个中两个节节点之点之间间的路段，用的路段，用路段的特性来表示或反映路段路段的特性来表示或反映路段时时，包括道路特性，包括道路特性和交通特性。和交通特性。道路特性道路特性 道路特性主要是指道路道路特性主要是指道路宽宽度、度、车车道划分、机道划分、

43、机（动车动车道）非（机道）非（机动车动车道）分隔信息、公路技道）分隔信息、公路技术术等等级级、路段距离、路段距离、计计算行算行车车速度、路段通行能力速度、路段通行能力和行程和行程时间时间等，其中以等等，其中以等级级和距离和距离为为基本特性。基本特性。在路网分析中，在路网分析中，认为认为同一路段的道路特性和交通同一路段的道路特性和交通信息（如流量、交通信息（如流量、交通组组成）等都是相同的。通常成）等都是相同的。通常用道路等用道路等级级及其他指及其他指标标来来对对路段路段进进行分行分类类。实际实际应应用用时时可将各种道路特性用矩可将各种道路特性用矩阵阵的形式来表示，的形式来表示，如：路网等如：路

44、网等级级矩矩阵阵、路网距离矩、路网距离矩阵阵、路网、路网时间时间矩矩阵阵、路网速度矩、路网速度矩阵阵、路网通行能力矩、路网通行能力矩阵阵等。等。 交通特性 在公路网的抽象模型中，路段（及路网）的交通特性由各路段的交通阻抗来表示。路段的交通阻抗是运输工具沿路段行驶的难易程度的量化指标，一般可用行程时间、行程费用或两者的某种组合作为衡量标准。路网中各路段的交通阻抗随着路段的交通量或路段的运输特性而变化，路网规划中可用速度与流量关系或时间与流量关系的数学函数式加以模拟。 美国的交通规划中广泛使用BPR曲线。BPR曲线的数学关系式为： （3 3）路网）路网邻邻接关系的表示接关系的表示 路网的路网的邻邻

45、接关系主要是指公路网中各接关系主要是指公路网中各节节点和路段点和路段间间的的空空间联间联系，可用系，可用连连通矩通矩阵阵ADJADJ表示：表示：ADJ=ADJ=a aijij，其中：，其中： aij=0 aij=0，当，当节节点点i i，j j之之间间无公路直接相无公路直接相连时连时 aij=1 aij=1，当，当节节点点i i，j j之之间间有公路直接相有公路直接相连时连时 连连通矩通矩阵为阵为 ： 在在计计算机中，算机中，这这种关系可以用二种关系可以用二维维数数组组利利ADJ=ADJ=a aijij来来贮贮存，称存，称为邻为邻接矩接矩阵阵法，亦可以用法，亦可以用边边目目录录法或法或邻邻接目

46、接目录录法法贮贮存。存。边边目目录录法使用两个一法使用两个一维维数数组组：B B1(I)1(I)和和B B2(I)2(I)，若第，若第I I条路段条路段邻邻接接节节点点为为J J和和K K时时， 令令B B1(I)= 1(I)= J J，B B2(I)= 2(I)= K K； 由于公路网是无向网由于公路网是无向网络络， 也可也可记为记为：B B1(I)= 1(I)= K K，B B2(I)= 2(I)= J J。 以以图图 5-6 5-6为为例，例， 可得表可得表5-35-3所列的公路网所列的公路网边边目目录录 贮贮存方法。存方法。 邻邻接目接目录录法也使用两个数法也使用两个数组组： 一个一一

47、个一维维数数组组NADJNADJ（I I），）， 表示与表示与节节点点I I相相邻邻的的节节点数；点数； 另一个二另一个二维维数数组组NEARNEAR（I I，J J），）， 表示与表示与节节点点I I相相邻邻的第的第J J个个节节点。点。 仍以仍以图图5-65-6所示的公路网所示的公路网为为例，例， 可得表可得表5-45-4所列的公路网所列的公路网邻邻接接 目目录贮录贮存表。存表。 公路网公路网总总是在原有基是在原有基础础上不断上不断扩扩建而形成，公建而形成，公路路段的改建，一般路路段的改建，一般对对全路网的几何特性影响不全路网的几何特性影响不大；而公路新建（开辟新大；而公路新建（开辟新线线

48、），会），会导导致全路网几致全路网几何特性的何特性的变变化。用化。用邻邻接目接目录录法表示公路网的几何法表示公路网的几何特性特性时时，设设路网路网G G1 1新建路段（新建路段（I I，J J），），则则新路网新路网G G2 2对对G G1 1的的变变化部分化部分为为： 选择选择何种何种贮贮存方式，主要是根据两方面的需要存方式，主要是根据两方面的需要而定。一是根据而定。一是根据对对特定目的特定目的检查较检查较易完成，例如易完成，例如当需要判当需要判别别各各结结点点间间的直接的直接联联系系时时，以采用，以采用邻邻接接目目录录法法为为宜。二是要考宜。二是要考虑计虑计算机的使用方便，例算机的使用方便

49、，例如需要如需要贮贮存具有存具有10001000个运个运输输点和不超点和不超过过20002000条路条路段的路网数据段的路网数据时时，用，用边边目目录录法法仅仅需需40004000个个单单元；元；如果采用如果采用邻邻接矩接矩阵阵法，法，则则需要需要贮贮存存 1000 X l000 1000 X l000106106个个单单元；而用元；而用邻邻接目接目录录法法则则大大约约需要需要35000500003500050000个个单单元。元。对对于大型网于大型网络络，用，用边边目目录录法法贮贮存存虽虽然占用内存然占用内存较较少，但少，但计计算机判算机判读读路网几何路网几何关系相当困关系相当困难难。因此，

50、一般采用。因此，一般采用邻邻接目接目录录法既能法既能有效有效节节省内存，又能快速方便地省内存，又能快速方便地进进行几何信息行几何信息处处理。理。 （4 4）路网路）路网路权权的表示的表示 路网路网经过经过抽象后（抽象后（图图5-95-9），各路段的路），各路段的路权权（各种几何信息、交通信息、交通阻抗等）都是（各种几何信息、交通信息、交通阻抗等）都是以网以网络邻络邻接目接目录录表所表所规规定的定的顺顺序表示的，如表序表示的，如表5-55-5所示。所示。 分配方法二、最短路交通分配方法（全有全无、二、最短路交通分配方法（全有全无、0-10-1分配）分配） 1 1、简简介介 最短路交通分配是一种静

51、最短路交通分配是一种静态态的交通分配方法，在的交通分配方法，在该该方方法中，取路法中，取路权权（两（两结结点点间间的行的行驶时间驶时间）为为常数，即不考常数，即不考虑虑车辆车辆的行的行驶车驶车速和路段交通速和路段交通负负荷等荷等对对路路权权的影响。的影响。这这种分种分配方法的配方法的优优点是点是计计算算简简便，其缺点是出行量分布不均匀，便，其缺点是出行量分布不均匀，即出行量全部集中在最短路上，而非最短路即出行量全部集中在最短路上，而非最短路线线上的路段上的路段则则分配不到交通量。分配不到交通量。2 2、步、步骤骤（1 1）计计算网算网络络中每个出中每个出发发点点O O到达每个目的地到达每个目的

52、地D D的最短路径的最短路径（费费用、用、时间时间最小）最小）（2 2）将）将ODOD间间的交通量全部分配到相的交通量全部分配到相应应的最短路径上的最短路径上3、特点（1 1）计计算算简单简单，不考，不考虑拥挤对虑拥挤对出行出行时间时间的影响的影响（2 2）分配不均匀，出行量全部集中在最短路径上，）分配不均匀，出行量全部集中在最短路径上，非最短路非最短路线线上的交通量上的交通量为为0 0 最短路分配方法是其他交通分配方法的基最短路分配方法是其他交通分配方法的基础础。对对于最短路机矩于最短路机矩阵计阵计算，国算，国际际上采用比上采用比较较多的是多的是DijkstraDijkstra算法，即算法，

53、即标标号法。但号法。但DijkstraDijkstra算法算法计计算算速度速度较较慢，而采用矩慢，而采用矩阵阵迭代法迭代法计计算最短路算最短路权权矩矩阵阵则则可大大提高可大大提高计计算速度。最短路交通分配方法算速度。最短路交通分配方法计计算机通用程序框算机通用程序框图图如如图图5-l0 5-l0 所示。所示。 三、容量限制增量加载交通分配方法 1、简介 该该方法考方法考虑虑了交通阻抗与出行了交通阻抗与出行时间时间的关系的关系2、步骤A A 将将ODOD量分解成若干份（量分解成若干份（5 5级级分配：分配：30% 25% 20% 30% 25% 20% 15% 10%15% 10%）B B 初始

54、化网初始化网络权络权重重C C 求最短路径求最短路径D D 将分解的将分解的ODOD量加量加载载到最短路径上到最短路径上E E 更新交通阻抗更新交通阻抗F F 重新重新计计算最短路径算最短路径G G 分配分解分配分解ODOD量量H H 重复直到分配完成重复直到分配完成四、多路径交通分配方法1、简介 认为认为交通量是以不同的概率分配到各条道路上，交通量是以不同的概率分配到各条道路上，按此模型分配的按此模型分配的结结果不是少数几条路段果不是少数几条路段垄垄断全部断全部交通量，而是大部分路段都交通量，而是大部分路段都负负担着多少不等的交担着多少不等的交通流量通流量2、Dial多路径概率分配方法 3、

55、节点分配法（1）模型形式（2）网络处理计算最短路径（3）分配参数确定（4）网络节点的分配顺序（5）多路径交通分配的节点分配快速算法五、多路径五、多路径容量限制交通分配方法容量限制交通分配方法 由于由于实际实际的路段行的路段行驶时间驶时间与路段交通与路段交通负负荷有关，荷有关，此模型考此模型考虑虑了路了路权权与交通与交通负负荷之荷之间间的关系及交叉的关系及交叉口、路段通行能力的限制，克服了多路径交通分口、路段通行能力的限制，克服了多路径交通分配模型中将路段行配模型中将路段行驶时间驶时间定定为为常数的缺陷，使分常数的缺陷，使分配配结结果更加合理。采用多路径果更加合理。采用多路径容量限制方法容量限制

56、方法分配交通量分配交通量时时，需先将原，需先将原ODOD量表（量表（n n n n阶阶）分）分解成解成 k k个个 OD OD分表（分表（n n n n阶阶），然后分），然后分 k k次用多次用多路径分配模型分配路径分配模型分配 OD OD量，每次分配一个量，每次分配一个ODOD分表，分表，并且每分配一次路并且每分配一次路权权修正一次；直到把修正一次；直到把k k个个ODOD分表分表全部分配到网全部分配到网络络上。在用此方法分配上。在用此方法分配时时，路段交，路段交通量不断通量不断变变化，因而路化，因而路权权被不断修正，其分配被不断修正，其分配过过程是一个不断的反程是一个不断的反馈过馈过程。多路径程。多路径容量限制容量限制交通分配方法的程序交通分配方法的程序执执行框行框图图如如图图5-13 5-13 所示。所示。 结论：在确定性的分配中，流量的微小变化带来的出行时间改变可能使分配结果完全不同的这种现象是不合理的，因此，采用多路径概率模型能抑制流量对微小变化的敏感性