精品公開課 | 東南大學：交通規劃 P41 - 4.1四階段法回顧、交通網絡分析概念

很高興給大家講交通規劃課的今天這一堂 我們今天這一堂是交通規劃裏面四階段方法的最後一步 叫做交通分配 今天的課一共是分為五個小節 大家可以看到 第一個是概述 另外是交通網絡與出行時間 第三節是用戶平衡 第四節是交通分配的求解方法 最後再給大家介紹一下系統最優和brass悖論 這樣一個非常有意思的一個概念 首先我們來一塊回顧一下 第一節回顧一下交通規劃的非常著名的四階段法 大家前面在交通規劃的課裏面 學到了四階段法的一些具體的概念和它的內容 我們在這裏面作為最後一個階段 所以我們把前面幾個步驟先一塊來回顧一下 在回顧的過程中 我覺得大家把握好兩個原則 第一個就是它的名字 它的內容是什麼 第二個就是它的輸入和輸出是什麼 這有利於幫助你們很好的理解每一塊本身的目標 第一個階段叫做交通生成 我們看這幾個圖片裏面的第一個圖片 一個網絡如果把它分成幾個交通小區的話 第一階段它的目的就是來看 每一個小區生成的交通總量是什麼 吸引的交通總量是什麼 所以第一個階段它的輸入和輸出是什麼 它的發生量和每一個小區的總的吸引量 如果我們有n個小區的話 最後我得到的輸出結果 是一個有兩列的這樣的一個表格 是一個n乘2的一個表格這樣的一個形式 第二個階段是交通分佈 那麼交通分佈跟第一個階段是一個承接的關系 上一個階段得到的輸出結果 作為我下一個階段的一個輸入 那麼交通分佈它本身實現的任務是什麼 我要知道每兩個小區之間互相之間的交通量是多少 從一個小區i到另外一個小區j 它互相之間的交通的量是多少 所以這個步驟它的輸入 顧名思義就是上一個步驟的輸出 那麼它的輸出是什麼 是一個OD矩陣 大家在前面的課程當中 肯定是多次接觸過OD矩陣這樣的一個概念 那麼OD矩陣是一個n乘n的表格 所以如果有的時候你混淆了 第一個階段跟第二個階段 它的輸出之間的關系 那麼一個很好的技巧就是 你在腦子裏想了一下 第一個階段的輸出是一個n乘2的 第二個階段的輸出是一個n乘n的 對吧這樣的一個結果 好第三個階段是交通的方式劃分 那麼什麼叫方式劃分 是因為我們交通出行有非常多種不同的出行模式 所以我除了要知道兩個交通小區 i跟j之間的總的OD量之外 我還要知道利用每一個交通方式 它的量是多少 比如說有公交車 有自駕的小汽車 還有公共自行車等等各個方式 所以我要把前面得到一個n乘n的矩陣 變成一個什麼 變成一個每一個出行模式的n乘n的OD矩陣 所以我就得到了多個n乘n的矩陣 那麼到底有多少個 就是取決於我所分析的交通模式有多少個 好這是第三個階段 那麼今天我們的重點是在於最後一個階段 也就是交通分配 那麼交通分配在四個階段當中 它的建模要求是比較高的 它的理論深度相對而言是比較高的 那麼它的輸入是什麼 就是從前面幾個階段得到的OD矩陣 作為它的輸入 往往我們在分析交通分配的時候 我們首先著眼的是小汽車的這樣的出行 也就是說是陸網交通 所以雖然第三步得到了多個模式的這種OD矩陣 往往我們先分析 在早期的交通分佈的發展的歷史上 我們先分析的是小汽車的這樣的OD矩陣 那麼它的輸出是什麼 它最終想得到的是網絡上路段和路徑上面的流量 也就是把我所知道的相對而言比較宏觀的 這樣的一個OD的概念 把它具體的分配到某一個細節的路網的一個路段上 好 交通分配為什麼復雜呢 主要是因為這樣幾個原因 第一個 在路網上有非常多的不同的OD需求 比如說這邊我們舉了一個例子 一個網絡 這是美國的一個城市網絡 在交通路網上 這是歷史上用的最多的一個網絡 最經典的一個網絡 那麼在這個網絡上 以它為例 我們能夠看到有非常多的OD出行 每一個點都有可能是一個OD的始發點 有可能是一個目的地 所以這樣一共有24個節點的路網上 大家想象一共有多少種可能的OD組合 加起來可能有700多種 對吧 所以非常複雜 另外 每一個OD之間都有非常多的路徑可以選擇 比如說我隨便舉一個例子 從一個7.1到另外一個終點16 那麼可以選擇的路徑有多少種 可以說理論上是無數種 因為有的地方 我可以在某一個地方繞一個圈 然後過來 好 這裏面強調一點 我們所真正分配的路網交通 面臨的是無圈的路徑 pass 也就是我不考慮在這裏面有繞行的圈 每一個都是直接一個獨一的這樣的一個軌跡過來 那麼即使這種無圈的路徑 在一個網絡上也是有非常多 所以這樣的幾個問題 就使我們的交通分配問題變得非常的複雜 另外一點 因為路網上存在著一個擁擠效應 跟其他的網絡相比 比如說通訊網絡幾乎是沒有什麼擁擠的 在路網上 大家可以想象 如果一個固定的路段 這樣的一個固定的路段 如果它沒有車的時候 我在這個路段上行駛 那麼它的運行時間 我們叫做free flow travel time 一個自由流的運行時間 時間是非常短的 但是如果它的流量急劇的增加 從零增加到幾千 到甚至上萬 那麼這個時候大家都知道 它會變得非常的擁堵 擁堵的狀況下的時間 跟原來的時間差別是非常大的 所以這些原因導致了交通分配問題變得非常困難 那麼出行者在路網上 如何進行出行的路徑選擇 是我們分析的一個重點問題 好 在這裏給大家幾個概念的表述 那麼第一個是從宏觀的角度來看 大家在區分這兩個概念的時候 要注意兩個詞 一個是宏觀 一個是微觀 那麼從宏觀的角度來看 它是路網交通分配 是交通需求在既有的道路系統和交通管理系統下面 得到的一個具體表現 那麼除了宏觀之外 我後面還綴了一個詞叫做機機 那麼大家在看課本的時候 可能對這個詞是非常混淆的 那麼在這裏我們就給大家點一下 機機 你可以簡單的理解 我是從宏觀的角度來出發來考慮的 好 另外一個跟它相對 就是從微觀的角度來看 那麼道路交通量是大量的出行者 對於自己的出行路徑選擇最後所得到的一個結果 對吧 在微觀層面有一個詞叫做非機機 所以下次你看到這兩個詞的時候 你自然就反映到 它一個是宏觀 一個是微觀 那麼這裏面大家能看到 我對兩個詞也分別進行了標宏 一個叫做交通分配 一個叫做路徑選擇 那麼這也是今天我們這第四個階段的兩個名字 如果在宏觀機機層面 我們把它稱為交通分配 如果在微觀非機機層面 這個問題被稱為路徑選擇 這樣的一個問題 那麼底下是從課本上 我們有的這樣的一個本質的描述 是OD需求矩陣 以一定的規則分配到路段上 大家所以之後可以結合著我們的這本教材 來深入的理解這一部分的內容 好 最後來舉一個應用的例子 來給大家分析一下 為什麼交通分配 在我們的路網交通規劃這門課當中要談到 為什麼交通分配 對交通規劃是一個重要的步驟和內容 那麼這裏面舉的例子就是 如果未來大家作為一個規劃師 交通規劃師 要分析一個交通路網的出行報告 要分析路網的交通質量評價 那麼我們應該怎麼辦 我們應該對於我們所提出來的路網 得到相應的流量 我要知道我這樣一個路網 到底最後所得到的流量是怎麼樣的 那麼這個流量要獲得的話 就要通過交通分配最終來獲取 這裏面有兩個值 一個是V V的英文是什麼 Volume 一個是C C的英文是什麼 Capacity 所以這兩個詞就組成了 我們交通路網上的一個重要的指標 叫做VC比 大家聽過這個的話 那麼這兩個值結合在一起 就可以來定義 我交通路網上面的服務水平 那麼服務水平 我根據VC比的不同 把它分成了從A級到F級 最小的VC比 自然代表了車流量很少 這個時候它的服務水平是高的 最大的VC比代表了車很多 很堵 所以它的服務水平是很低的 對吧 所以這是服務水平 那麼如果要得到服務水平 來進行交通質量評價的話 自然我要知道這兩個量的值是多少 好 這兩個量哪一個比較好獲取 自然是C比較好獲取 為什麼 因為它是路網的屬性之一 當我把一個路網設計好了之後 我自然就可以結合著它的車道數 把它實際的容量得到 好 所以比較困難的是V V為什麼比較難 如果是一個現實的路網 我來實際調查的話很難 動態調查都很難 如果是一個規劃20年之後的交通問題 那麼網絡在現實當中不存在 所以我無法通過交通調查來獲取V 對 那麼怎麼辦 就是我們這堂課 馬上要介紹的交通分配裏面的任務 來得到V 從而結合著VC比來進行交通質量評價 所以這樣的一個任務 讓大家更好地理解了交通分配 這個任務本身它的一個目的 好 簡單總結一下 那麼交通分配可以歸納為的問題形式 我剛才給了大家一個建議 在分析每一個環節的時候 如果你腦子裏對於某一個細節比較混淆的話 那麼你先回過頭來想一下 這個環節它的輸入和輸出是什麼 有利於幫助你 知道我們這個環節要實現什麼樣的目的 那麼對於交通分配問題 我的輸入是要有道路交通網絡 要有路段的阻抗函數 阻抗這個詞大家如果是第一次接觸的話 沒問題 也不用被它嚇到 那麼阻抗簡單來說 就可以認為是交通出行時間 有的時候在一些復雜的情況下 我可能把費用等等 其他的一些也考慮在內 變成一個廣義的阻抗 那麼最後一塊 我要知道OD矩陣 它是第二步和第三步的一個輸出結果 作為第四步的這樣的一個輸入 好 輸出也就是這個步驟所要實現的一個任務 就是要得到每個路段上的交通量 及它的出行時間 在交通分配這個領域 可以說是四階段當中 歷史最悠久的一個領域 真正追溯它的歷史可以追溯到1870年 非常早的 有100多年的一個歷史 那麼在這個領域所產生的科研論文和科研結論 也是我們整個交通網絡分配裏面 最廣闊的一個領域 在這樣的一個領域裏面 比較經典的教材和作品還是非常多的 那麼這裏推薦給大家 在交通分配領域 非常著名的一本書 MIT的大教授 Joseph Chaffee所寫的 Urban Transportation Networks 這是非常好讀的一本書 推薦給大家 好 這堂課第一節就結束了 我們的一個思考題是 傑克前面介紹的內容 大家來考慮一下 掌握交通網絡分配 主要應該完成什麼樣的任務