土木工程与力学学院 交通规划课设.docx
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土木工程与力学学院交通规划课设
成绩
土木工程与力学学院交通运输工程系
交通规划课程设计
专业：
交通工程
班级：
1301班
学号：
U201315802
姓名：
郑康康
日期：
2016年8月
一、设计目的
通过课程设计使学生对《城市交通规划》课程的基本概念、基本原理以及模型与方法得到全面的复习与巩固，并且能在系统总结和综合运用本课程专业知识的课程设计教学环节中，掌握和熟悉城市交通规划预测的操作程序和具体方法，从而为毕业设计和将来走上工作岗位从事专业技术工作打下良好的基础。
课程设计是一个重要的教学环节，在指导教师的指导下，训练学生严谨求实、认真负责的工作作风和独立思考、精益求精的工作态度。
二、设计题目
A市城市交通预测与未来路网规划设计方案。
三、设计内容
3.1运用城市交通预测理论与模型，进行道路网交通流量预测
包括：
（1）交通量预测
（2）未来出行分布预测,采用Transcad软件计算出行分布
（3）交通方式划分
（4）未来交通分配预测
3.2在对现在路网进行加载测试的基础上，根据饱和度调整未来路网
包括：
（1）通行能力的提高
（2）路段阻抗的降低
调整路网的具体措施包括提高道路等级、新建道路等。
将调整后的路网重新进行OD分布和流量分配，然后根据调整后的路网饱和度大小决定是否要继续优化道路网络。
最终得到的路网饱和度应在合理范围内。
四、设计成果
4.1说明书
包括设计步骤、说明简图、计算表格。
4.2图纸
（1）未来出行分布（期望线图）；
（2）未来路网流量分配图；
（3）未来路网规划设计方案图。
五、设计资料
5.1A市基本情况
A市规划基年（2014年）城区总人口20万，现状城市建设用地1865.48公顷，人均城市建设用地为81.11平方米/人。
2014年全市生产总值289.8亿元，比上年增长11.8%。
图1-A市国内生产总值
该城市分为8个大区：
金山片区、旧城片区、正和片区、新澄片区、黄沙坪片区、外围片区1、外围片区2、外围片区3。
交通规划调查统计区域的面积为40km2，干道长度约54km，平均道路密度为1.35km/km2。
A市出行总流量为51.31万人次/d。
全市机动车数量为64510辆，其中货车1775辆、客车10311辆、摩托车52224辆。
高峰小时流量比取0.16。
表1：
市区内拥有机动车数量（单位：
辆）
年份
客车数
货车数
出租车数
摩托车数
合计
大
中
小
大
中
小
2010
120
295
1224
104
50
249
100
28035
30177
2011
174
259
4529
432
97
576
100
41513
47680
2012
174
259
6719
459
87
636
100
45357
53791
2013
202
262
8329
488
102
903
100
48771
59157
2014
181
261
9869
495
159
1121
200
52224
64510
5.2A市出行调查资料
A市于2014年进行全市客流出行调查，调查前结合行政区划和道路布局，将整个城市划分为8个片区，如图2所示。
图2分区示意图
根据调查，A市居民出行目的中除回家出行外，以上班出行比例最大，占出行总量的23.08％，娱乐其次，占出行总量的12.55%。
其他出行均在7%以下，说明A市居民的生活相对安定，出行结构较为固定。
表错误!
文档中没有指定样式的文字。
A市居民出行目的结构比例
上班
上学
公务
生活购物
娱乐
探亲访友
看病
回家
其他
23.08%
6.48%
2.43%
4.45%
12.55%
1.21%
1.62%
44.53%
3.64%
图3A市居民出行目的结构比例
图4A市出行方式结构比例
表3A市出行方式结构比例
步行
自行车
摩托车/电动车
公交车
出租车
私人小汽车
单位用车
其他
41.94%
4.44%
24.19%
13.71%
1.61%
9.68%
2.42%
2.02%
5.3出行分布预测
A市客流出行调查经过制定出行调查表格和实地调查，采用电子计算机数据处理，汇总得出全日总客流量OD调查表。
表4客流OD调查表（单位：
万人次/日）
D点
O点
金山
片区
旧城
片区
正和
片区
新澄
片区
黄沙坪片区
外围片区1
外围片区2
外围片区3
出行生成量
金山片区
1.16
3.82
1.04
1.09
1.06
0.45
0.75
0.36
9.73
旧城片区
2.23
3.37
1.36
1.61
1
0.58
0.67
0.75
11.57
正和片区
0.75
1.58
0.95
0.89
0.58
0.37
0.15
0.23
5.5
新澄片区
0.83
2.52
0.75
1.52
0.97
0.09
0.24
0.25
7.17
黄沙坪片区
0.61
1.56
0.44
0.84
0.67
0.23
0.3
0.53
5.18
外围片区1
0.5
0.84
0.71
0.54
0.25
0.75
0.73
0.57
4.89
外围片区2
0.52
0.75
0.23
0.61
0.29
0.73
1.26
0.87
5.26
外围片区3
0.42
0.84
0.29
0.65
0.59
0.52
0.69
0.89
4.89
出行
吸引量
6.82
16.08
5.57
7.55
5.31
3.72
4.69
4.45
54.19
表5区域人口分布表（万人）
片区
金山
片区
旧城
片区
正和
片区
新澄
片区
黄沙坪片区
外围
片区1
外围
片区2
外围
片区3
总计
现状
人口
2.6
6.8
2.1
1..8
1.5
1.3
2.1
1.8
20
未来
人口
5.1
10.5
4.9
4.1
2.9
2.9
4.7
3.9
39
采用原单位法对未来的交通发生量与吸引量进行预测。
再用transcad软件的重力模型的方法预测出未来的交通分布，得到未来的OD。
5.4交通方式划分
交通方式划分是四阶段法中的第三个阶段。
所谓交通方式划分就是出行者出行时选择交通工具的比例，它以居民出行调查的数据为基础，研究人们出行时的交通方式选择行为。
出行方式
自行车
摩托车
公交车
出租车
私人
小汽车
单位用车
平均载客人数
1
2
40
4
4
4
满载率
100%
80%
80%
75%
40%
40%
折算系数
0.2
1
1.5
1
1
1
按照提供的出行比例等相关数据将出行转化为标准交通量，就是用总的出行次数乘以某种出行方式占总出行方式的百分比，除以单车载客量和满载率，然后乘以其车辆折算系数，将不同出行方式折算后的结果求和，即可得到转化后的标准交通量。
5.5未来出行分配
只要求分配城市高峰小时的小汽车交通量，既可以采用户平衡法手算，路段阻抗用软件计算，对于未来出行分配建议采用Transcad软件进行计算，分区之间的路段阻抗矩阵可以采用分区之间的最短时间或最短路长度，若路网中路段长度不合理，可自行决定放大或缩小。
六、规划过程
6.1资料整理
1、在Autocad中将路网处理为能够导入transcad的文件。
图层的建立：
分别建立主干路，次干路，支路等几个图层，大致遵从与主干路连接的为次干路，地域偏远流量较小的地区设置为支路的原则，将相应的道路划分成这三个等级，并画在相应图层上，将所有道路转化为多段线，示意图如下图6-1所示：
图6-1A市路网图
划定8个交通分区：
根据各个小区的主要功能性质、交通出行特性，以及综合考虑自然及人工分隔，将A市划分为以下八个交通小区，括号中的数字为交通小区的小区编号：
金山片区（101）、旧城片区（102）、正和片区（103）、新澄片区（104）、黄沙坪片区（105）、外围片区1（106）、外围片区2（107）、外围片区3（108），8个交通分区如下图所示：
图6-2八个交通小区示意图
2、计算该城市2030年各交通分区的出行生成量和出行吸引量。
采用原单位法对未来的交通发生量与吸引量进行预测。
此处选择用居住人口或就业人口每人平均的交通生成量来进行推算的个人原单位法。
首先计算总的生成交通量，如下表所示：
表6-1预测总成成交通量
出行生成量T：
T=54.19
现状常住人口N：
N=20.0
将来常住人口M:
M=39.0
现状平均出行率T/N：
T/N=54.19/20.0=2.710（出行数/日、人）
将来的生成交通量X:
X=M*（T/N）=39.0*2.710=105.690（万出行数/日）
利用原单位法预测发生与吸引交通量时，首先需要分别计算发生原单位和吸引原单位，然后根据发生原单位和吸引原单位与人口、面积等属性的乘积预测得到发生与吸引交通量的值，分别可用下式表示。
𝑶_𝒊=𝒃𝒙_𝒊,𝑫_𝒋=𝒄𝒙_𝒋
其中：
i,j——交通小区；
x——属性变量（土地利用类别、面积、常住人口、白天人口，工作人口等）；
b——某出行目的的平均发生量（出行数/日人）；
c——某出行目的的平均吸引量（出行数/日人）。
此处利用总量控制法计算，假设生成交通量T是由全人口P与生成原单位p而得到的，则𝑻=𝑷∙𝒑；
如果生成量T与总发生交通量𝑶=∑1_（𝒊=𝟏）^𝒏▒𝑶_𝒊有明显的误差，则可以将𝑶_𝒊修正为：
〖𝑶′〗_𝒊=𝑻/𝑶∙𝑶_𝒊；
为了保证T与总吸引交通量𝑫=∑1_（𝒋=𝟏）^𝒏▒𝑫_𝒋也相等，这样发生交通量之和、吸引交通量之和以及生成交通量三者才能全部相等，为此需将〖𝑫〗_𝒋修正为：
〖𝑫′〗_𝒋=𝑻/𝑶∙𝑶_𝒋；
则记相应八个小区的ID分别为1-8，则将来出行发生于吸引量（调整前如下表6-2所示）
表6-2预测发生量与吸引量（调整前）
则很明显，，则利用总量控制法进行调整，即：
，则调整后的发生与吸引交通量如下表6-3所示：
表6-3预测发生量与吸引量（调整后）
6.2在transcad中对路网和分区进行编码以及属性的输入
6.2.1道路属性输入
道路根据CAD中的图层分类；添加车速、行程时间（小数类型）、通行能力三个主要参数；根据细化程度分车种输入，本试验中只使用小汽车的属性，参照教程中的数据，本次试验我采用了下表6-4中所示的数据进行道路属性的输入：
道路
主干道
次干道
支路
通行能力（pcu/h）
6000
3000
2000
车速（km/h）
50
40
20
表6-4各级道路基本属性参数
首先要添加这三种属性，注意通行能力和行程时间的数据类型均默认的整形数值，但行程时间应为小数类型，即Real（8bytes），如下图6-3所示：
图6-3道路属性参数选择
按照道路等级分别依次增加主、次、支三种线形要素，如下图2-13所示：
图2-13参数添加
车速和通行能力均可按照上表进行输入，而行程时间则需要利用距离除以车速求得，如下图6-4所示：
图6-4行程时间计算过程
由于道路较多，故在此主干道、次干道、支路的属性部分展示在下图6-5中：
图6-5道路属性数据
6.2.2小区编号输入
首先增加小区编号属性，数据类型为默认类型，如下图6-6所示：
图6-6增加小区编号属性
则小区编号输入后如下图6-7所示：
图6-7小区编号输入
6.2.3建立型心连杆
为了把各个小区的出行量分配砸路段上，给各个小区建立型心连杆。
这个过程要在线层和点层中新加元素，且新的元素和旧的元素无差别，通过小区ID连接。
首先在Line-Endpoints图层中加入小区ID属性，如下图6-8所示：
图6-8增加小区ID属性
然后在Line图层也增加小区ID属性，如下图6-9所示：
图6-9增加小区ID属性
然后在Line-Endpoints层中加入小区编号属性。
然后即可建立形心连杆，注意通过小区ID连接，且需要注意的是ID是以小区ID为依据，故应选择IDsfromzonelayer选项，如下图6-10所示：
图6-10参数选择
则自动生成的型心连杆如下图6-11所示：
图6-11自动生成的型心连杆图
然后将小区编号连接到节点的属性中，链接过程如下图2-31所示：
图6-12链接建立过程
在生成的链接表中，Line-Endpoints:
1.小区编号列数值为：
zone:
1小区编号，则小区编号已经被连接到节点的编号中，结果如下图6-13所示：
图6-13链接成果
6.3计算分区阻抗矩阵
既可以用最短出行时间，也可以用最短出行长度作为阻抗矩阵。
首先，生成距离矩阵，此处命名为SPMAT-L.mtx，矩阵如下图6-14所示：
图6-14距离阻抗矩阵
同时可生成行程时间矩阵，如下图6-15所示：
图6-15行程时间矩阵
6.4出行分布
根据出行阻抗矩阵和预测的2030年的出行发生量与吸引量，采用transcad中的重力模型计算出行分布。
在excel表格中直接生成，将客流量万人/日转换为人/日如下图6-16所示：
图6-16OD原始数据
导入到TransCAD中的结果如下图6-17所示：
图6-17导入OD
在zone表格中增加P、A属性，如下图6-18所示：
图6-18属性添加
在zone表中添加链接，链接过程如下图6-19所示：
图6-19建立链接
连接表如下图6-20所示：
图6-20链接表
则可得到链接成果如下图6-21所示：
图6-20链接成果
打开阻抗矩阵，并且更改矩阵的索引，首先需要添加索引，索引名为小区ID，然后矩阵的行和列均以小区ID为依据，结果如下图6-21所示：
图6-21以小区ID为索引的时间阻抗矩阵
然后进行交通分配，若迭代不成功，可以增大迭代次数数值，也可适当增大目标收敛范围，交通分配结果如下图6-22所示：
图6-22交通分配结果矩阵
6.5方式划分
将上一阶段计算得到的出行分布矩阵导入到excel表中，按照提供的出行比例等相关数据将出行转化为标准交通量，就是用总的出行次数乘以某种出行方式占总出行方式的百分比，除以单车载客量和满载率，然后乘以其车辆折算系数，将不同出行方式折算后的结果求和，即可得到转化后的标准交通量。
首先，进行标准交通量转化系数的计算，结果如下表6-5所示：
出行方式
自行车
摩托车
公交车
出租车
私人
单位用车
求和
小汽车
平均载客人数
1
2
40
4
4
4
满载率
100%
80%
80%
75%
40%
40%
折算系数
0.2
1
1.5
1
1
1
百分比
4.44%
24.19%
13.71%
1.61%
9.68%
2.42%
标准交通量转化系数
0.00888
0.1511875
0.0064266
0.0053667
0.0605
0.015125
0.2474857
则可知标准交通量转化系数为0.2474857，则用总客流量乘以转化系数即为标准交通量，然后乘以高峰小时流量比0.16即可得到高峰小时流量。
将OD表导出，建立新的索引，即以小区编号为索引，更改索引后的矩阵如下图6-23所示：
图6-23以小区编号为索引的交通分配矩阵
将交通分配矩阵保持为.bin文件，然后将分配结果的一维数据保存为.dbf格式的文件，再保存为OD.xsl格式文件，采用VBA编程语言进行后续的操作。
在转换生成的excel表格中分别添加OD-out表和OD-in表，采用VBA编程语言进行操作，其中OD-out表中编程代码如下图6-24所示：
图6-24OD-out表编程代码
最终生成的成果如下图6-25所示：
图6-25导入到excel的OD矩阵
将OD矩阵中流量数据乘以标准交通量系数以及高峰小时流量比后，如下图所示：
图6-26标准交通量矩阵
然后将标准交通量矩阵数据导入TransCAD中，可以建立新的矩阵，如下图6-27所示：
图6-27导入的标准OD交通量矩阵
6.6画期望线图
画出未来出行量在现状路网的期望线图。
在标准交通量矩阵基础上建立期望线，可得期望线如下图6-28所示：
图6-28期望线图
6.7交通流量分配
用户平衡法将小汽车流量分配到现状路网中，画出饱和度图和流量图。
交通分配预测是指将各个交通分区之间的出行分布量分配到交通网络的各条边上去的工作过程，是交通预测四阶段模型中的最后一个阶段。
交通分配通常采用Wardrop提出的用户平衡模型以及系统最优模型。
本次课程设计中，采用用户平衡模型对交通量进行分配。
打开重力模型分配的OD矩阵，并把矩阵的索引更改为节点的ID,更改后
的矩阵如下图6-29所示：
图6-29以节点ID为索引的OD矩阵
进行交通量分配，然后代开分配后保存的文件，增减VC属性，数据类型为小数型，即Real（8bytes）。
把两个表连接到一起，计算饱和度。
建立链接,如6-30所示：
图6-30链接参数设置
在链接表中计算饱和度V/C，部分数据如下图6-31所示：
图6-31饱和度计算
从而可以绘制出饱和度图如下图6-32所示：
图6-32饱和度图
根据饱和度图可知，很明显较多道路的饱和度甚至超过了1，故而需要进行路网的调整。
6.8路网调整
根据饱和度图，调整现状路网。
具体的措施包括：
提高道路等级和道路通行能力、或者新建道路。
首先可以路网调整应该从问题比较大的路段着手，上图中深红色的几条路段基本上承担着连接外围3个片区到中心城区的客流量，但由于外围片区到中心城区只有一条道路，故首先要考虑的是要新建道路。
同时，在城区内部道路网密度已经较大的地方，新建道路可能性不大，故可以考虑提高道路等级和道路的通行能力。
七、路网优化过程
若路网饱和度在合理范围内，不必再继续调整路网；若仍有部分路网饱和度过大，则仍需继续优化道路网络。
（由于只是分配小汽车交通量，考虑还有其他交通方式在道路上的分配，因此小汽车的最大的饱和度最好不要超过0.8）。
此次试验总共经过3次优化才
各个参数满足要求，下面只展示最后一次优化的主要过程及截图。
7.1提高道路等级及通行能力
而在提高道路等级方面，由于已知道路的道路等级最高已经是主干路，故考虑将最高等级提升到快速路，各级道路的通行能力也进行相应的提升，即设置四种道路等级，对应的规格如下表7-1所示：
道路
快速路
主干道
次干道
支路
通行能力（pcu/h）
10000
8000
4000
2000
车速（km/h）
60
50
40
20
表7-1各级道路基本属性参数
7.2完善路网结构
则根据饱和度图对路网进行多次调整，最终的路网示意图如下图7-1所示：
图7-1路网图（最终优化版本）
7.3建立型心连杆
为了把各个小区的出行量分配到路段上，给各个小区建立型心连杆。
由于之前只利用了软件自生成的型心连杆，故而交通小区的客流量无法均匀分配到路网的各个节点，导致流量分配不均衡，因此这次尽可能人工添加一下型心连杆，同时型心连杆的等级选择一般等级。
建立的信心连杆如下图7-2所示：
图7-2型心连杆图（最终优化版本）
7.4生成阻抗矩阵
由软件生成的距离阻抗矩阵和时间阻抗矩阵分别如下图7-3和图7-4所示：
图7-3距离阻抗矩阵（最终优化版本）
图7-4行程时间矩阵（最终优化版本）
7.5生成期望线图
经过出行分布以及出行方式划分以后，可利用软件绘制期望线图如下图7-5所示：
图7-5期望线图（最终优化版本）
7.6交通流量分配
且最终通过交通流量分配，可得到各等级道路的饱和度数据如下图7-6，7-7所示：
图7-6快速路饱和度数据
图7-7主干路饱和度数据
图7-8主干路饱和度数据
图7-9次干路饱和度数据
图7-10次干路饱和度数据
图7-11次干路饱和度数据
且可基于饱和度数据绘制饱和度图如下图7-12所示：
图7-12饱和度图
则由各等级道路的饱和度数据以及饱和度图可知，所有已知道路的饱和度均小于0.8，即在合理范围内，故而满足要求。
七、课设总结
虽然上个学期我们学过TransCAD软件，并且进行了实际的操作，但在脱离教学视频进行软件操作是，我仍然遇到了困难，还需要时不时翻看以前的教学内容，这说明学过的东西一定要多去用，才能够真正熟练地掌握。
课程设计是培养学生综合运用所学知识、发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
经过本次课程设计的制作，A市城市交通预测与未来路网规划设计方案，让我学到了TransCAD操作运用知识。
在课程设计的过程中，我遇到了很多问题。
首先对于未来出行产生量和吸引量的预测就遇到了很大的问题。
课程设计任务书中明确指出用原单位法来进行预测，但提到原单位法，我的感觉却是一头雾水，完全没有印象。
翻看了之前的教学讲义也没有找到。
但我想既然这是课程设计的内容，之前一定会涉及到的。
终于在教学PPT中找到了原单位法的具体过程。
然后我利用了excel表格对数据进行了处理。
而在进行交通量分配的时候，最后产生的路网饱和度远远超过预期，甚至达到了10以上，让我顿时陷入了困境，这么严重的问题单纯地通过增加道路通行能力甚至提升道路等级是不行的，后来我才恍然大悟，原来我没有将标准小汽车交通量转化为高峰小时交通量，而是使用一天的交通量进行计算，因为我没有注意到任务书中已经很清楚地说明了高峰小时流量比为0.16。
在进行后期的路网优化调整中，通过增加道路等级以及增加通行能力等，我发现后期的流量走向基本上没有改变，进行了2次调整都不行，后来我才意识到自主建立型心连杆的重要性，只有将流量导向不同的节点，车辆才会像路网各个可能的方向分流。
而在第一次自主增加型心连杆的优化过程中，最终的计算交通流量分配的过程却无法实现，在网上查了原因才知道是型心连杆的属性没有添加完整，而
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