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1、交通流分配交通流分配（Traffic Assignment）交通流分配是本课程的重点和难点之一。最优化理论、图论、交通流分配是本课程的重点和难点之一。最优化理论、图论、计算机技术的发展，为交通流分配模型和算法的研究及开发计算机技术的发展，为交通流分配模型和算法的研究及开发提供了坚实的基础，通过几十年的发展，交通流分配是交通提供了坚实的基础，通过几十年的发展，交通流分配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部分。多的部分。本章主要讲述交通流分配的基本概念、基本原理和基本方法，本章主要讲述交通流分配的基本概念、基本原理和基

2、本方法，交通流分配的非平衡分配、平衡分配的模型和算法等内容。交通流分配的非平衡分配、平衡分配的模型和算法等内容。就是将预测得出的就是将预测得出的OD交通量，根据已知的道路网交通量，根据已知的道路网描述，按照一定的规则符合实际地分配到路网中描述，按照一定的规则符合实际地分配到路网中的各条道路上去，进而求出路网中各路段的交通的各条道路上去，进而求出路网中各路段的交通流量、所产生的流量、所产生的OD费用矩阵，并籍此对城市交通费用矩阵，并籍此对城市交通网络的使用状况做出分析和评价。网络的使用状况做出分析和评价。交通配流 路径路径n 路径路径1 路径路径2 O D O D 最初的交通流分配研究，多采用最

3、初的交通流分配研究，多采用全有全无全有全无方法。方法。该方法处理的是非常理想化的城市交通网络，即假设该方法处理的是非常理想化的城市交通网络，即假设网络上没有交通拥挤，路阻是固定不变的，一个网络上没有交通拥挤，路阻是固定不变的，一个OD对间的流量都分配在对间的流量都分配在“一条径路一条径路”，即最短径路上。，即最短径路上。但对于既有的城市内部拥挤的交通网络，该方法的结但对于既有的城市内部拥挤的交通网络，该方法的结果与网络实际情况出入甚大。果与网络实际情况出入甚大。交通配流的发展阶段 在在1952年，著名交通问题专家年，著名交通问题专家Wardrop提出了提出了网络平衡分配网络平衡分配的第一、第二

4、定理的第一、第二定理，人们开始采用系统分析方法和平衡分析，人们开始采用系统分析方法和平衡分析方法来研究交通拥挤时的交通流分配。方法来研究交通拥挤时的交通流分配。确定性的平衡配流：其前提是假设出行者能够精确计算出每确定性的平衡配流：其前提是假设出行者能够精确计算出每条径路的阻抗，从而能作出完全正确的选择决定，且每个出条径路的阻抗，从而能作出完全正确的选择决定，且每个出行者的计算能力和水平是相同的。行者的计算能力和水平是相同的。现实中出行者对路段阻抗的掌握只能是估计而得。对同一路现实中出行者对路段阻抗的掌握只能是估计而得。对同一路段，不同出行者的估计值不会完全相同，因为出行者的计算段，不同出行者的

5、估计值不会完全相同，因为出行者的计算能力和水平是各异的。能力和水平是各异的。交通配流的发展阶段 在在1977年，对交通流分配理论研究最积极、活跃的美国加州年，对交通流分配理论研究最积极、活跃的美国加州大学伯克利分校的大学伯克利分校的Daganzo教授及麻省理工学院的教授及麻省理工学院的Sheffi教授教授提出了随机性分配的理论。提出了随机性分配的理论。随机性分配的前提是认为出行者对路段阻抗的估计值与实际随机性分配的前提是认为出行者对路段阻抗的估计值与实际值之间的差别是一个随机变量，出行者会在值之间的差别是一个随机变量，出行者会在“多条路径多条路径”中中选择，同一起迄点的流量会通过不同的径路到达

6、目的地。选择，同一起迄点的流量会通过不同的径路到达目的地。随机性分配理论和方法的提出，在拟合、反映现实交通网络随机性分配理论和方法的提出，在拟合、反映现实交通网络实际的进程中又推进了一大步。实际的进程中又推进了一大步。交通配流的发展阶段 路网上的拥挤性、路径选择的随机性、交通需求的动态性是路网上的拥挤性、路径选择的随机性、交通需求的动态性是同时存在并交互作用的，其机理是纷繁复杂的。同时存在并交互作用的，其机理是纷繁复杂的。真正地符合路网实际情况，还有更重要更基本的交通需求的真正地符合路网实际情况，还有更重要更基本的交通需求的时变性（即动态性）需要反映出来。时变性（即动态性）需要反映出来。需要一

7、种交通流分配方法能够将路网上交通流的拥挤性、路需要一种交通流分配方法能够将路网上交通流的拥挤性、路径选择的随机性、交通需求的时变性综合集成地刻画反映出径选择的随机性、交通需求的时变性综合集成地刻画反映出来，这是研究交通问题的学者一直积极探索的问题。来，这是研究交通问题的学者一直积极探索的问题。交通配流的发展阶段 两种机制相互作用直至平衡：两种机制相互作用直至平衡：一种机制是：一种机制是：各种车辆试图通过在网络上选择最佳行驶路线各种车辆试图通过在网络上选择最佳行驶路线来达到自身出行费用最小的目标；来达到自身出行费用最小的目标；另一种机制是：另一种机制是：道路上的车流量越大，用户遇到的阻力即对道路

8、上的车流量越大，用户遇到的阻力即对应的行驶阻抗越高。应的行驶阻抗越高。用一定的模型来描述这两种机制及其相互作用，并求解网络用一定的模型来描述这两种机制及其相互作用，并求解网络上交通流量在平衡状态下的合理分布，即交通流分配。上交通流量在平衡状态下的合理分布，即交通流分配。基基 本本 概概 念念(1 1)将现状将现状ODOD交通量分配到现状交通网络上交通量分配到现状交通网络上，以分析目前交以分析目前交通网络的运行状况通网络的运行状况，如果有某些路段的交通量观测值如果有某些路段的交通量观测值，还可还可以将这些观测值与在相应路段的分配结果进行比较以将这些观测值与在相应路段的分配结果进行比较，以检验以检

9、验模型的精度模型的精度。(2 2)将规划年将规划年ODOD交通量预测值分配到现状交通网络上交通量预测值分配到现状交通网络上，以发以发现对规划年的交通需求来说现对规划年的交通需求来说，现状交通网络的缺陷现状交通网络的缺陷，为交通为交通网络的规划设计提供依据网络的规划设计提供依据。(3)将规划年将规划年OD交通量预测值分配到规划交通网络上，以评交通量预测值分配到规划交通网络上，以评价交通网络规划方案的合理性。价交通网络规划方案的合理性。交通流分配的几种模式（1）表示需求的表示需求的OD交通量交通量。在拥挤的城市道路网中通常在拥挤的城市道路网中通常采用高峰期采用高峰期OD交通量交通量，在城市间公路网

10、中通常采用年平均在城市间公路网中通常采用年平均日交通量日交通量（AADT）的的OD交通量；交通量；（2）路网定义路网定义，即路段及交叉口特征和属性数据即路段及交叉口特征和属性数据，同时同时还包括其时间还包括其时间流量函数；流量函数；（3）路段阻抗函数。）路段阻抗函数。交通流分配的基本数据 从交通流分配的特点来说，可以分为两类从交通流分配的特点来说，可以分为两类:交通工具的交通工具的运行线路固定类型运行线路固定类型和和运行线路不固定运行线路不固定类型。类型。线路固定类型有公共交通网和轨道交通网，这些是集体线路固定类型有公共交通网和轨道交通网，这些是集体旅客运输；旅客运输；线路不固定类型有城市道路

11、网、公路网，这一般是指个线路不固定类型有城市道路网、公路网，这一般是指个体旅客运输或货物运输，这类网络中，车辆是自由选择体旅客运输或货物运输，这类网络中，车辆是自由选择运行径路的。运行径路的。交通阻抗（交通费用）交通阻抗或者称为路阻是交通流分配中经常提到的概念，交通阻抗或者称为路阻是交通流分配中经常提到的概念，也是一项重要指标，它直接影响到交通流路径的选择和流也是一项重要指标，它直接影响到交通流路径的选择和流量的分配。量的分配。道路阻抗在交通流分配中可以通过道路阻抗在交通流分配中可以通过路阻函数路阻函数来描述。来描述。所谓所谓路阻函数路阻函数是指路段行驶时间与路段交通负荷，交叉口是指路段行驶时

12、间与路段交通负荷，交叉口延误与交叉口负荷之间的关系。延误与交叉口负荷之间的关系。交通网络上的路阻（费用），应包含反映出行时间、出行交通网络上的路阻（费用），应包含反映出行时间、出行费用、安全、舒适程度、便捷性和准时性等等许多因素。费用、安全、舒适程度、便捷性和准时性等等许多因素。经过大量的理论分析和工程实践，人们得出影响路阻的主经过大量的理论分析和工程实践，人们得出影响路阻的主要因素是时间，因此要因素是时间，因此出行时间出行时间常常被作为计量路阻的主要常常被作为计量路阻的主要标准。标准。交通阻抗有两部分组成交通阻抗有两部分组成：路段上的阻抗、节点处的阻抗。路段上的阻抗、节点处的阻抗。出行出行时

13、间与流量的关系比较复杂时间与流量的关系比较复杂，可以广义地表达为：可以广义地表达为：即路段即路段a上的费用上的费用 不仅仅是路段本身流量的函数，而且是整不仅仅是路段本身流量的函数，而且是整个路网上流量个路网上流量V的函数。的函数。对于公路网而言对于公路网而言，由于路段比较长由于路段比较长，大部分出行时间是在路大部分出行时间是在路段上而不是在交叉口上段上而不是在交叉口上，费用和流量的关系可以简化为：费用和流量的关系可以简化为：即路段的费用只与该路段的流量及其特性相关。即路段的费用只与该路段的流量及其特性相关。路段阻抗 美国道路局美国道路局(BPRBureau of public road)开发的

14、函数开发的函数，被称被称为为BPR函数函数:：路段：路段 上的阻抗；上的阻抗；：零流阻抗：零流阻抗，即路段即路段 上为空静状态时车辆自由行驶所需上为空静状态时车辆自由行驶所需 要的时间；要的时间；：路段：路段 上的交通量；上的交通量；：路段：路段 的实际通过能力的实际通过能力，即单位时间内路段实际可通过即单位时间内路段实际可通过 的车辆数；的车辆数；：在美国公路局交通流分配程序中，这两个参数的取值分别：在美国公路局交通流分配程序中，这两个参数的取值分别为为 0.15、4。也可由实际数据用回归分析求得。也可由实际数据用回归分析求得。车辆在交通网络节点处主要指在交叉口处的阻抗车辆在交通网络节点处主

15、要指在交叉口处的阻抗。交叉口阻抗与交叉口的型式，信号控制系统的配时，交叉口交叉口阻抗与交叉口的型式，信号控制系统的配时，交叉口的通过能力等因素有关。的通过能力等因素有关。在城市交通网络的实际出行时间中，除路段行驶时间外，交在城市交通网络的实际出行时间中，除路段行驶时间外，交叉口延误占有较大的比重，特别是在交通高峰期间，交叉口叉口延误占有较大的比重，特别是在交通高峰期间，交叉口拥挤阻塞比较严重时，交叉口延误将超过路段行驶时间。拥挤阻塞比较严重时，交叉口延误将超过路段行驶时间。节点阻抗 1958年英国年英国TRRL研究所的研究所的F.V.Webster 等人根据排队论理论，等人根据排队论理论，提出

16、了一个计算交叉口延误的模型。该模型中主要包括两部分：提出了一个计算交叉口延误的模型。该模型中主要包括两部分：一部分是车辆到达率为固定均值时产生的正常相位延误即均匀一部分是车辆到达率为固定均值时产生的正常相位延误即均匀延误；延误；另一部分是车辆到达率随机波动时所产生的附加延误。另一部分是车辆到达率随机波动时所产生的附加延误。T T：信号周期长度；：信号周期长度；：进口道有效绿灯时间与信号周期长度之比，即绿信比；进口道有效绿灯时间与信号周期长度之比，即绿信比；Q Q：进口道的交通流量；：进口道的交通流量；X X：饱和度，：饱和度，X=Q/S X=Q/S，S S为进口道通过能力。为进口道通过能力。交通平衡问题 Wardrop提出的第一原理定义：提出的第一原理定义：在道路的利用者都确切知道网络的交通状态并选择最短径路在道路的利用者都确切知道网络的交通状态并选择最短径路时时，网络将会达到平衡状态网络将会达到平衡状态。在考虑拥挤对行驶时间影响的在考虑拥挤对行驶时间影响的网络中网络中，当网络达到平衡状态时当网络达到平衡状态时，每个每个OD对的各条被使用对的各条被使用的径路具有相等而且最小的行驶时间；