02 第二章 公共交通阻抗函数
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.复习题一一、选择题(本题满分20 分,共有10 道小题,每道小题2 分,每题只有一个正确答案)1、以下的哪个模型具有显著的IIA 特性:()A. Probit 模型B. Logit 模型C. Fratar 模型D. 重力模型2、在下面的四种方法中,不能用于出行分布预测的方法是:( )A. 原单位法B. 平均增长系数法C. 佛尼斯法D. 重力模型法3、在下面的四个模型中,以开发费用和交通费用之和为目标函数的土地利用模型是:( )A. 汉森模型B. ITLUP 模型C. 劳瑞模型D. TOPAZ 模型4 、浮动车法不能获得:( )A. 交通量B. 行驶时间C. 出行吸引量D. 行驶车速5 、下面的哪一种城市交通网络结构的形成与城市的自然地理形式相关:()A. 放射式B. 自由式C. 环形放射式D. 方格网式6 、随着出行距离的增加,自行车这种交通方式的分担(或划分)率:()A. 单调升高B. 单调降低C. 先增大后减小D. 先减小后增大7 、以下说法中,()不属于出行生成预测的聚类分析法的假定条件。
A. 一定时期内出行率是稳定的。
B. 每种类型中的家庭数量,可以使用相应于该家庭收入、车辆拥有量和家庭结构等数据资料所导出的数学分布方法来估计。
C. 家庭规模的变化很小。
D. 收入与车辆拥有量总是保持不变。
8、以下哪种分配方法假设路网上没有交通拥挤,路阻是固定不变的( )A. 全有全无分配B. 用户平衡分配C. 随机用户平衡分配D. 动态交通分配9、重力模型q= O D c-γ / ∑ D c-γ ,满足()。
ij i j ij j ijjA.发生约束条件B.吸引约束条件C. 不满足发生吸引约束条件D.发生吸引约束条件均满足10、关于用户均衡分配模型(UE 模型)和随机用户均衡分配模型(SUE 模型)的关系,下面论述正确的是:()A、用户均衡分配模型(UE 模型)和随机用户均衡分配模型(SUE 模型)是完全等价的。
第二章公共交通阻抗函数2.1 交通阻抗的概念传统交通规划由交通调查、交通预测、方案设计和方案评价组成,而交通预测又由四个阶段组成:出行发生预测、出行分布预测、交通方式划分以及交通量分配。
作为四阶段交通预测最后一步的交通量分配,是指将各分区之间的出行分布量分配到交通网络的各条边上去的过程,是网络设计的数据基础。
交通分配一直是交通规划诸问题中被国内外学者研究得最深入、取得研究成果最多的一个问题。
本文研究的重点也即在于公共交通网络的交通量分配和网络设计。
无论对于道路交通网络或公共交通网络,其交通量分配都是以交通阻抗函数为基础的。
现有的交通分配模型大致可以分为两类:均衡模型和非均衡模型。
所谓均衡模型是指基于1952年Wardrop提出的交通网络均衡原理的模型,否则为非均衡模型。
本文所讨论的交通分配和网络设计模型都是建立在该均衡原理基础上的。
Wardrop均衡原理的准确定义是:在交通网络达到均衡时,所有被利用的路径具有相等而且最小的阻抗,未被利用的路径与其具有相等或更大的阻抗。
也就是说交通网络用户总是试图选择阻抗最小的路径,从而造成路段上交通流量的变化,由于路段阻抗和流量有关,流量变化又导致阻抗改变,从而造成网络交通量的重新分布,最终达到一种平衡状态。
可见,交通阻抗函数是进行交通分配和网络设计的基础。
交通阻抗是指交通网络上路段或路径之间的运行距离、时间、费用、不舒适度等因素的综合;为简单起见,也可指其中某个因素。
本章借鉴城市道路网的相关理论,根据公共交通网络的交通特性,建立公共交通的阻抗函数。
2.2城市公共交通网络的阻抗对于城市公共交通网络,其路段上的阻抗包括:乘客乘车或换乘的步行时间、公交车的走行时间、乘客在途中的不舒适程度折算的时间价值,以及公交票价折算的时间价值;其节点阻抗包括乘客乘车前和换乘的等车时间和续乘停车时间组成。
由于阻抗是考虑了各种因素的综合作用,这里的阻抗是没有量纲的。
由于流量的分配取决于各线路之间阻抗的相对大小,因此阻抗无量纲并不会影响分配的进行[22]。
名词解释1智能运输系统:是现代科学技术充分发展进步的背景下产生的,旨在将先进的信息技术、数据通信技术、电子控制技术及计算机处理技术等有效地综合运用于地面交通管理体系,从而建立起一种大范围、全方面发挥作用的,实时、准确、高效的交通运输管理系统。
4服务水平:公路服务水平是交通流中车辆运行的以及驾驶员和乘客所感受的质量量度.亦即公路在某种交通条件下所提供运行服务的质量水平.(讲义:反映道路服务质量与满意度的指标)2交通安全:是指人们在道路上进行活动、玩耍时,要按照交通法规的规定,安全地行车、走路,避免发生人身伤亡或财物损失。
1交通环境:是作用于道路交通参与者的所有外界影响与力量的总和.1绿信比:是某一方向通行效率的指标,它等于一个相位内某一方向下有效通行时间与周期长度之比.1OD调查:指对人、车、货从出发点到目的地移动的全过程的调查4绿波交通:指车流沿某条主干道行进过程中,连续得到一个接一个的绿灯信号,畅通无阻地通过沿途所有交叉口。
1交通工程学:把人、车、路、环境及能源等与交通有关的几个方面综合在道路交通这一个统一体中进行研究,以寻求出行效率最大、交通事故最少、通行速度最快、运输费用最省、环境影响最小、能源消耗最低的交通系统规划、建设与管理方案,从而达到安全、迅速、经济、方便、舒适、节能及低公害的目的。
1停车延误:指刹住车轮及车辆停止不动的时间,等于停车时间。
P60(xxx延误)3道路设计小时交通量系数(DHV):设计小时交通量与年平均日交通量的比值3OD调查核查(查核)线:为校核OD调查成果精度而调查区域内天然、人工障碍设定的调查线,可设一条或多条。
它们将调查区域划成几个部分,用以实测穿越该线的各道路断面的交通量。
230位最高小时交通:指将一年中测得的8760个小时交通量,从大到小按序排列,排在第30位的小时交通量。
1停车密度:1、指停放吸引量大小随时间段变化的程度。
2、对空间分布而言,指不同吸引点停车吸引量的大小程度。
第一部分:交通工程学课后思考题解答第一章:绪论●1—1简述交通工程学的定义、性质、特点、与发展趋势定义:交通工程学是研究交通发生、发展、分布、运行与停住规律,探讨交通调查、规划、设计、监管、管理、安全的理论以及有关设施、装备、法律与法规。
协调道路交通中人、车、路与环境之间的相互关系。
使道路交通更加安全、高校、快捷、舒适、方便、经济的一门工程技术学科。
性质:是一门兼有自然科学与社会科学双重属性的综合性学科。
特点:系统性、综合性、交叉性、社会性、超前性、动态性发展趋势:智能化和系统化●1—2简述我国的交通现状与交通工程学科面临的任务现状:综合运输六点;公路交通三点;城市交通四点任务:即重点研究的那些领域●1-3简述城市交通畅通工程的目标和重点任务目标:提高城市交通建设与管理科学化水平.重点任务:改善道路条件,优化交通结构,强化科学管理,规范交通行为●1-4简述交通工程学科的研究范围、重点及作用.范围:交通特性分析技术、交通调查方法、交通流理论、道路通行能力分析技术、道路交通系统规划理论、交通安全技术、道路交通系统管理技术与管理规划、静态交通系统规划、交通系统的可持续发展规划、交通工程的新理论新方法新技术作用:良好的交通条件与高效的运输系统能促进社会的发展,经济的繁荣,和人们日常生活的正常进行以及城市各项功能的发挥、山区开发、旅游开展。
经济方面能扩大商品市场与原材料的来源,降低生产成本与运输费用,促进工业、企业的发展与区域土地的开发,提高土地价格与城市的活力,交通的发展还可实现运输的专业化、便捷化、批量化与运费低廉化.从而有可能更大的范围内合理配置生产要素,同时也可促进全国或地区范围内人口的合理流动。
第二章:交通特性●2-1交通特性包括那几个方面?为什么要进行分析?意义如何?分析中要注意什么问题?特性:人-车-路基本特性、交通量特性、行车速度特性、交通密度特性、交通流基本特性及其相互关系、交通要素与环境之间的相关关系.分析原因:是交通工程学的基础部分,是进行合理的交通规划、设计、营运、管理与控制的前提。
交通调查(1)地点车速:车俩通过道路某一点或某一断面时的车速,亦成为瞬时车速行程车速:车辆在道路某一区间行驶的距离和时间的比值,亦为区间车速行驶车速:车辆在道理某一区间内的行驶距离和行驶时间的比值。
(行驶时间中扣除停车延误时间)临界车速:驾驶员在天气良好,交通密度较低时所能维持的最高安全车速。
地点车速调查方法:人工测量法;雷达测速法;道路检测器测量法;摄像法区间车速调查方法:拍照法;跟脚法;流动车测速法(2)延误固定延误:由于交通控制装置引起的延误,与交通量大小及交通干扰无关。
主要发生在交叉口处。
运行延误:各种交通组成部分之间相互干扰而引起的延误、停车延误:车辆由于某种原因而处于静止状态产生的延误。
=停车时间,车辆由停止到再次启动驾驶员的反应时间。
行程时间延误:实际行驶的总时间与完全排除干扰后以畅行速度通过调查路段的行驶时间之差。
包括停车延误,因加速产生的加速延误,因减速产生的减速延误。
排队延误:车辆排队通过路段的时间与车辆按自由行驶车速通过的时间之差。
引道延误:引道实际耗时与引道自由行驶时间之差。
主要的OD调查方法(1)类别和内容:居民OD调查;车辆OD调查;货流OD调查(2)方法:路边询问法,表格调查法,家庭访问法,明信片调查法,车辆牌照法OD调查基本概念和术语1,出行:人、货物或作为交通方式的汽车为完成某一目的,由始点到终点之间的一次移动,称为出行。
2,出行端点:包括O点(起点)、 D点(讫点)3,调查区:整个被调查的区域,一般是规划的整个对象区域。
4,调查区域界限:包围整个调查区的一条假象的边界线,又叫境界线。
调查区境界线境界线上出入口要尽量少,以减少调查工作量。
5,分区及其质心:规划时将调查区分成若干个分区(蜘),分区是调查的基本单元,以分区为单位的交通调查又叫起讫点调查。
6,分区重心(质心):代表同一分区内所有出行端点的某一集中点,是交通区交通源的中心。
在每一分区内,选其几何中心或出行量最大约地点作为它的质心,近似地将质心看作是分区内所有出行端点的。
第二章公共交通阻抗函数2.1 交通阻抗的概念传统交通规划由交通调查、交通预测、方案设计和方案评价组成,而交通预测又由四个阶段组成:出行发生预测、出行分布预测、交通方式划分以及交通量分配。
作为四阶段交通预测最后一步的交通量分配,是指将各分区之间的出行分布量分配到交通网络的各条边上去的过程,是网络设计的数据基础。
交通分配一直是交通规划诸问题中被国内外学者研究得最深入、取得研究成果最多的一个问题。
本文研究的重点也即在于公共交通网络的交通量分配和网络设计。
无论对于道路交通网络或公共交通网络,其交通量分配都是以交通阻抗函数为基础的。
现有的交通分配模型大致可以分为两类:均衡模型和非均衡模型。
所谓均衡模型是指基于1952年Wardrop提出的交通网络均衡原理的模型,否则为非均衡模型。
本文所讨论的交通分配和网络设计模型都是建立在该均衡原理基础上的。
Wardrop均衡原理的准确定义是:在交通网络达到均衡时,所有被利用的路径具有相等而且最小的阻抗,未被利用的路径与其具有相等或更大的阻抗。
也就是说交通网络用户总是试图选择阻抗最小的路径,从而造成路段上交通流量的变化,由于路段阻抗和流量有关,流量变化又导致阻抗改变,从而造成网络交通量的重新分布,最终达到一种平衡状态。
可见,交通阻抗函数是进行交通分配和网络设计的基础。
交通阻抗是指交通网络上路段或路径之间的运行距离、时间、费用、不舒适度等因素的综合;为简单起见,也可指其中某个因素。
本章借鉴城市道路网的相关理论,根据公共交通网络的交通特性,建立公共交通的阻抗函数。
2.2城市公共交通网络的阻抗对于城市公共交通网络,其路段上的阻抗包括:乘客乘车或换乘的步行时间、公交车的走行时间、乘客在途中的不舒适程度折算的时间价值,以及公交票价折算的时间价值;其节点阻抗包括乘客乘车前和换乘的等车时间和续乘停车时间组成。
由于阻抗是考虑了各种因素的综合作用,这里的阻抗是没有量纲的。
由于流量的分配取决于各线路之间阻抗的相对大小,因此阻抗无量纲并不会影响分配的进行[22]。
交通阻抗函数是交通分配的基础,公共交通网络的交通阻抗由两部分组成:边上的阻抗和节点处的阻抗。
下面分别进行讨论:2.2.1边阻抗公交线路在任意两节点之间的走行轨迹称之为线路边,乘客由PA 点到起始站点的走行轨迹称之为步行边,乘客在中间站点换乘的步行轨迹称之为换乘边。
三者统称边。
1)边走行时间边走行时间分为:● 乘客由PA 点到起始站点的步行时间,即在PA 边上的步行时间;以及中间站点换乘的步行时间,即在换乘边上的步行时间;● 公交车辆在线路边上的走行时间。
① 步行时间:1)-(2/t 0 b v l =式中:l ——步行距离;b v ——步行速度; ② 车辆的运行时间;公交车的边走行时间:)22(-=v st式中:t ——车辆在两节点间的走行时间;s ——车辆在两节点间的走行距离; v ——车辆在两节点间的走行速度;2)乘客不舒适度城市公共交通阻抗的组成因素中应包括舒适度指标。
因为这里的交通单元是乘客,而舒适度对乘客选择出行方式有很大的影响。
下面以乘客人均占有的公交车面积来描述乘客的不舒适情况所产生的“阻抗”。
假定当车辆上乘客数小于座位数时,即每一位乘客均有座位,乘客不会有任何不舒适感,此时单位乘客在单位乘车时间内的阻抗增加系数为1。
当乘客数大于座位数时,由于乘客站立甚至拥挤,就会造成乘客的不舒适感,此时单位乘客在单位乘车时间内的阻抗放大系数为λ(λ>1)。
单位乘客在单位乘车时间的阻抗放大系数用下式表示:⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧-+≥--+≤≤-≤=)32()()()32()()32(1)(01000101000c n A A p x pn x A A b n A A p x pn a pn x x λλφ 式中:x ——轨道交通网络中某路段上的客流量(人次);p ——公交车的发车频率(次/小时);n 0——车辆的座位数(个);A 0——单位公交车可供乘客站立的公交车面积(平方米);A 1——单位乘客站立并可活动自如时占用的公交车面积(平方米)。
当乘客不舒适度小于换乘阻抗时,就会出现多人挤一辆公交车的情形;当乘客不舒适度大于换乘阻抗时,乘客就会放弃异常拥挤的线路,而改乘其他线路。
因此,适当选取式(2-3)中的阻抗放大系数λ的值,可以既允许公交网络有一定的拥挤,又考虑到公交客流容量的限制,使阻抗函数更加符合公交的实际运行情况。
考虑到换乘步行时间使乘客产生的心理阻抗更大,采用放大系数β加以修正步行时间t 0。
城市公共交通的边阻抗可用下式表示:t t x Z ⋅+⋅=φβ0)( (2-4)式中符号同前。
2.2.2节点阻抗节点延误包括在公交站点的续乘延误和换乘延误、交叉口的延误;PA 点的节点延误视为0。
1)续乘节点延误继续乘坐同一辆公交车时,乘客在该节点的阻抗等于公交车在该节点的停车时间。
对于常规公交,车辆在站点停车的时间与上下车的乘客数列有关,可用下式表示:⎩⎨⎧->⋅-≤⋅=)52()52(b x x x a x x x T d s s d s d z ττ 式中:z T ——公交车在站点的停车时间;τ ——单位乘客上(下)车的时间;s x ——上车乘客数量;d x ——下车乘客数量。
2)换乘节点延误设所有公交线路均全程统一收费,将公交票价转化的时间价值在换乘节点延误中进行考虑。
乘客在某节点换乘另一公交线路时,节点阻抗可用下式表示:)62(-⋅+=f t T d h μ 式中:d t ——换乘等车时间;这种情况下节点延误较复杂,有可能因乘客多而不得不等候下一趟车,设平均换乘时间为d t ;μ——时间价值转换系数;f ——公交全程票价。
3)交叉口节点延误为简化计算,设交叉口的节点延误为c T 。
综上所述,公共交通节点处阻抗可用下式表示:7)-(2d 交叉口 换乘时 续乘时⎪⎩⎪⎨⎧=c h z T T T2.2.3 公共交通阻抗函数综合式(2-4)、(2-7),公共交通的阻抗函数可用下式表示:∑+Ωd x Z x )()(= (2-8)式中各符号同前。
2.3公交网络的最短路径2.3.1 公共交通网络的表示本质上讲,交通网络可以用图论中的“图”来描述。
此时,把交通网络中的出行生成点、路线交叉点看作图的节点,把任意两个节点之间的交通线路看作图的边。
对于单向的交通线路,用带箭头的有向边表示,无箭头的边则表示双向的交通线路。
与一般道路交通网络不同的是,公共交通网络有许多节点并非路线交叉点,而只是上下客的站点,对于这类节点,我们也将其作为一般意义上的节点来考虑。
1)节点节点包括:PA 节点(公交出行量的产生和吸引点,即P 点、A 点)、线路节点(公交站点)、结构节点(交叉口等交通性质发生突变的点或为描述路网结构而人为设置的关键点)。
每一节点都将被赋予一个节点类型属性,以判断其类型。
每一节点相对于整体坐标系有唯一的一对坐标。
2)边边由其起点和终点的节点标号以及两点间的公交线路编号表示,如边i-j-h 表示以节点i 为起点,节点j 为终点,乘坐第h 路公交车;其走行路径为由i 到j ,即边是有方向性的向量。
边的长度可由起点和终点坐标计算得到,,对于曲线路段可利用结构节点简化为多条直线段的组合。
矩阵B =[b ijh ]n ⨯n ⨯m 记录边i-j-h 上的线路信息:⎩⎨⎧=其他连通相邻且直接由线路与,0,1h j i b ijh (2-9)3)建立公共交通网络结构由节点以及节点相连而成的边共同构成公共交通网络。
各小区的OD 量看成是自小区形心(PA 点)发出的,当PA 点与公交站点的距离小于一定值(如300米)时建立PA 边。
边还包括同一线路相邻站点间的连线(线路边)、不同线路的站点间的连线(换乘边),当节点间距离小于一定值(如300米)时建立换乘边。
将“步行”视为特殊的“公交线路”:若公交线路的总数为()1-m ,则可用m 作为步行的编号,在各节点的站点集合的尾部加上一个虚拟站点m 。
对于图的数学表示有多种,针对公共交通网络的特点,这里介绍一种常用的表示方法:阻抗矩阵。
阻抗矩阵C =[c ij ]n ⨯n 是一个n 阶方阵(n 为公共交通网络中的节点数),其中元素:⎪⎩⎪⎨⎧∞==不相邻时,相邻与的路段阻抗,到节点节点时j i, j i j i ,0j i c ij(2-10)2.3.2 最短路径的求解所谓最短路径,是指网络中一对PA 点之间的路径中总阻抗最小的路径。
最短路径算法是交通分配的最基本的算法,几乎所有的交通分配方法都要以它作为一个基本子过程反复调用,本文所提出的公共交通客流量分配模型也不例外。
我们这里模仿Floyd 和Warshall 于1962年设计的Floyd-Warshall 方法[18],求解最小阻抗和最短路径。
定义阻抗函数:三维数组D =[d kgh ] n ⨯m ⨯m ,其中元素d kgh 表示:自乘客乘坐线路g 到达节点k 的瞬时,至乘坐线路h 离开节点k 的瞬时之间的全过程的阻抗,即节点阻抗。
● 当在节点k 无法由线路g 换乘到线路h 时,d kgh = ∞;● 当g = h 时,为续乘;当g ≠h 时,为换乘;● 若节点k 为交叉口:当g = h 时,d kgh 为交叉口延误;当g ≠h 时,d kgh 为∞,即不能在交叉口换乘。
● 节点k 为PA 点时,d kgh = 0。
三维数组Z =[z ijh ] n ⨯n ⨯m ,其中元素z ijh 表示乘客乘坐线路h 离开节点i 的瞬时,至乘坐线路h 到达节点j 的瞬时之间的时间段,即边i-j -h 的边阻抗。
流向i-j -g -h 表示:乘客乘坐线路g 到达节点i 的瞬时,至在节点i 换乘线路h ,并乘坐线路h 到达节点j 的瞬时之间的全过程的阻抗。
四维数组R =[r ijgh ] n ⨯n ⨯m ⨯m ,其中元素r ijgh 表示流向i-j-g-h 的阻抗:包含在节点i 由线路g 到线路h 的节点阻抗d igh ,以及乘坐第h 路公交车到达节点j 的边i-j 的阻抗z ijh 。
如图2-1所示,r ijgh 包含了在节点i 的节点阻抗(图中实心点)和边i-j-h 的阻抗,但不包含在节点j 的节点阻抗(图中空心点)。
初始化流向阻抗:11)-(2 1, ,0⎪⎩⎪⎨⎧∞=+==其他,时ijh igh ijh ijgh b d z j i r各PA 点之间最小阻抗用矩阵C =[c ]p ⨯p 表示(p 为PA 节点数),其中各元素的初始值均赋∞。
计算公交网络的最短路径的方法如下。
图2 流向i-j -g -h 的阻抗示意图算法:对所有的节点k,作:对所有的节点i(i≠k),作:对所有的节点j(j≠i,k),作:对所有的公交车次编号q,作:对所有的公交车次编号g,作:对所有的公交车次编号h,作:若r ijgh >r ikgq+r kjqh ;则r ijgh=r ikgq+r kjqh ;若i、j均为PA节点;若c ij> r ijgh ;则c ij= r ijgh ;算法结束。