第二章 交通枢纽布局

交通枢纽场站布局方法综合交通枢纽场站布局规划优化模型一、交通枢纽场站布局交通枢纽场站布局方法由于交通发生吸引源的分布﹑交通运输网络特点和自然环境因素的影响,使得在同样的地域范围和同样的交通运输网络上,布局不同的交通枢纽场站,会导致不同的运输效率和社会经济效益一、交通枢纽场站布局交通枢纽场站的合理布局——基础:对社会经济发展和交通需求的预测结果——方法:利用交通规划和网络优化理论和方法,综合考虑交通发生吸引源的分布情况﹑交通运输条件以及自然环境等因素——研究对象:对交通枢纽场站的数量﹑地理位置﹑规模和与其它枢纽的相互关系进行优化和调整——目标:运输效率最大化在实践中主要采用的方法传统交通枢纽场站规划布局方法单纯的数学物理模型，如解析重心法、微分法以及交通运输效益成本分析法等；最优化方法，如线性规划、混合整数规划新方法:尝试应用交通规划、交通流理论来反映交通枢纽所在区域交通运输网络的动态变化特性，从枢纽运转机理和枢纽与网络之间动态关系入手，交通规划的四阶段理论+物流学的物流网点选址模型+运筹学在实践中主要采用的方法传统交通枢纽场站规划布局方法优点1.能较好反映枢纽的运转机理2.缺乏从路网整体角度研究枢纽，只从静态的﹑抽象的角度研究枢纽场站的规划与布局,没有考虑枢纽所处交通运输网络的动态变化对枢纽布局带来的影响3.无法反映交通运输网络的节点层(即枢纽)与其它层面(路网和路段)的互动关系,对交通枢纽的不确定性和复杂性缺乏足够认识4.通常只能为定性分析提供参考在实践中主要采用的方法新方法优点1.主要研究区域枢纽与区域交通运输网络的相互关系2.没有涉及与国家交通运输网络的关系3.没有考虑枢纽内不同交通运输方式之间站点的物流和客流的换乘。4.仍处于探索阶段，有待进一步研究。一、交通枢纽场站布局客运交通流与货运交通流货运交通枢纽的布局选址要比客运交通枢纽复杂——客运交通流1）客运交通流的组成要素是单一的人2）运输环节主要以人的空间位移为主——货运交通流1）有货物种类的区别2）其流通过程中还有装卸﹑储存﹑包装﹑配送等环节一元交通枢纽场站布局定义：指在规划的枢纽服务范围内只设置一个站点的布局问题。典型模型：重心法和微分法1.重心法：是一种模拟方法。将运输系统中的交通发生点和吸引点看成是分布在某一平面的范围内的物体系统,各点的交通发生﹑吸引分别看成该点的重量，物体系统的重心就是枢纽场站设置的最佳点。重心法求解方法：用求几何重心的方法来确定交通枢纽场站的最佳位置。根据物理学知识得：n个点(Xi，Yi)每个重量是Mi,则重心是：X=(X1*M1+X2*M2+...+Xn*Mn)/(M1+M2+....+Mn)；Y=(Y1*M1+Y2*M2+...+Yn*Mn)/(M1+M2+....+Mn)重心法设规划区域内有N个交通发生点和吸引点，各点的发生量和吸引量为Wj，坐标为(Xj,Yj)(j=1,2……,n）。需设置枢纽场站坐标为(x,y)，枢纽系统的运输费用为Ｃj．根据平面物体求重心的方法，枢纽场站最佳位置的计算公式如下：一元重心法算例X=3225/625=5.16Y=3237/625=5.18重心法重心法的特点：简单缺点：将纵向和横向坐标视为独立的变量，与实际交通系统的情况相去甚远，求出的解往往是不精确的，只能作为交通枢纽场站布局的初步参考。一元枢纽场站布局的微分法微分法是为了克服重心法的缺点而提出的，它的前提条件与重心法相同，但系统的总费用Ｆ为：对总费用Ｆ取极小值，即分别令Ｆ对x和y的偏微分为０，得到新的极值点，求解公式为：一元枢纽场站布局的微分法X=1014.831/204.363=4.966Y=1028.345/204.363=5.032以重心法计算的结果作为初始值，进行多次迭代直至结果在误差允许范围内成本分析法前提：已经具有一个枢纽场站位置的选择集。以枢纽系统的总成本最小为目标,通过计算选择最佳的位置。该方法假设有N个交通发生点,分别具有发生量(W1,W2,W3,…,Wn)，而且用一定准则已经得到m个待选场站位置（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…，Ｐm)，每个场站的建设﹑运营成本为（Ｒ1，R2，R3…，Rm).假设单位吨公里运费相同且为F,其余运输条件相同,各交通发生点到场站的距离用矩阵D{dij}（i=1，2，3，…，m），（j=1，2，3，…，n）表示.则每个待选站点的总费用为:成本分析法计算出每个场站的总费用,从中选择总运输成本最小的点作为最佳的场站选址。数学物理模型方法的缺点以静态的总费用最小为选优目标,运输费率为固定值,没有考虑实际的路网结构。重心法和微分法为纯粹的数学解析方法,它求解采用的距离是平面上的几何距离,而实际的交通网络并非如此,导致求出解没有实际意义,只能作为下一步分析的最粗略的初始解成本分析法实际只是一个简单的场站选址成本比较法,除了具有上述费用计算的不足外,由于它必须先得到一个待选站点集合,又面临如何合理划分枢纽所在区域的客货流通服务区,如何得到待选站点初始解等问题多元枢纽场站布局的混合整数线性规划多元枢纽场站布局的混合整数线性规划设在一个供需平衡的系统中有m个发生点Ai(i＝1，2，3，…，m)，各点的发生量为αi；有n个吸引点Bj(j=1，2，…，n)，各点的需求量为bj；有q个可能设置的备选场站地址Dk(k=1，2，3，…，q)。发生点发生的交通量可以从设置的场站中转，也可以直接到达吸引点。假定各备选地址设置枢纽场站的基建投资、中转费用和运输费率均为已知，以总成本最低为目标确定枢纽场站布局的最佳方案。多元枢纽场站布局的混合整数线性规划运输规划模型目标函数前布局模型与方法的不足1.都是从数学角度进行分析和建模的，没有区分不同的交通方式。2.不能同时计算不同交通方式的枢纽布局。综合交通枢纽规划：从综合运输系统的角度，最大限度地协调各种交通枢纽的场站布局，使它们在整体最优的目标下有机衔接。通过合理的交通枢纽场站布局，来引导交通需求者和运营者的微观行为，使之符合综合运输系统社会效益最大化的宏观目标。布局规划优化模型思路从寻找一个与其它交通方式联系最为密切﹑可调整余地较大的基本交通方式入手,通过优化这一基本交通方式的枢纽布局,来带动整个综合交通枢纽是优化约束条件把铁路﹑水运﹑航空和管道这几种交通方式的枢纽作为公路场站布局的约束条件,综合考虑交通枢纽布局与交通运输网规划的关系以及城市对外交通网与城市道路网的衔接。方法用“交通发生地—交通场站”和“交通场站—目的地”的两阶段来模拟人们对综合交通枢纽的使用。在优化过程中，使公路站场的布局最大限度地保证交通方式的有机衔接，从而提高综合交通枢纽的运转效率。具体方法第一阶段：在公路交通枢纽服务范围内分别从其客货发生源出发,根据用户平衡原理,选择各自认为最优的路径,到达客货运场站——这个过程是利用城市交通系统完成的,它与城市内部的交通混合在一起,具备城市交通流的相应特性——采用交通规划的四个阶段理论来分析各场站在枢纽内部的分布状况和对路段走行时间﹑运输成本的影响,从而初步确定枢纽的数量和位置第二阶段：旅客或货物到达枢纽的有关场站后,由运输企业根据本企业的运营管理情况,按一定的时间﹑路线和配载方法,把它们运到目的地两个阶段的连接点就是综合交通枢纽的场站一、第一阶段模型假设1：交通需求者对不同交通方式场站的选择，取决于该次出行的距离。假设2：每个交通场站内部的运营管理已经达到最优状态。两阶段模型第一阶段：计算步骤步骤1:确定综合交通枢纽的服务范围：客货流通区步骤2:以公路交通枢纽为基准，根据土地使用特性划分综合交通枢纽内部的客货运交通小区步骤3:确定交通路网确定规划区的现状客货运交通干道网在现状交通网的基础上,根据已有的道路建设规划,确定规划年的客货交通干道网,作为交通流分配的基础步骤4:公路交通枢纽交通小区的交通量发生﹑吸引预测步骤5:交通分布预测对公路网中的机动车进行现状0D调查，分别得到规划区域的区域间全日或高峰小时的机动车出行0D距阵，客﹑货运0D距阵，并调查客流﹑不同货种的主要流向在现状机动车0D距阵的基础上，预测规划年份的区域机动车0D距阵步骤6:客货运交通量分配把预测得到的客运﹑货运0D交通量在路网上进行分配，得到每个路段上的客﹑货运交通流量步骤7:初步确定客货运枢纽场站的备选位置根据交通分配结果，选择那些连接路线多﹑通过交通量大的节点作为第二阶段公路交通枢纽站场布局优化的备选位置第二阶段：计算步骤步骤1:综合交通枢纽交通小区的运输量的发生﹑吸引预测调查每个客﹑货运交通小区的主要客货源点的分布和现状发生吸引强度,确定小区的客货运输量的发生量和吸引量,预测未来各交通小区的客货运发生量和吸引量不考虑区域内部的出行步骤2:确定运输网络运输网络的边由各发生点到转运点的城市主干道和由转运点到吸引点的公路主干道组成1）转运点:即交通枢纽,由第一阶段得到的站场备选集合构成,其流入量等于流出量2）发生点:由规划区域内部的各小区构成3）吸引点:由规划区域外的各大区构成步骤3:确定广义费用距阵调查综合交通枢纽所在城市的客货运输市场，综合考虑社会定价和实际运价，确定一个合理的客货运价格函数把运输价格与走行时间价格加总，得到每一条路径上的广义费用，作为运转模型优化计算的费用标准步骤4:客货运枢纽站场理论位置和规模的计算以运输成本最小化为目标,总发生量不超过生产规模﹑总吸引量不小于需求规模﹑总发生量等于总吸引量为约束条件，利用运输模型的求解方法，从第一阶段得到的备选方案中，选择合适的枢纽站点综合交通枢纽场站布局规划优化模型注意问题1、一旦交通网络中出现了新的站场,交通网络的物理结构和交通流分布形态上就可能发生新的改变1）返回第一阶段,重新确定增加了站场的交通网络,再分配一次2）经较前后两次分配的路段交通流的偏差,如果满足一定的准则,则接受所得的站场集合,否则再循环进行第一﹑二阶段的计算,直至前后两次交通量分配结果的偏差满足要求2、综合交通枢纽的规划是一个受多种因素影响和约束的过程,上述的理论计算结果是经过多次抽象后得到的,不能完全代表实际情况作业1、比较交通枢纽场站布局各类量化计算模型的基本思想及局限性2、综合交通枢纽场站布局优化模型的基本思路是什么?3、设某区域有交通发生点2个,分别为P1、P2，吸引点3个,分别为M1、M2、M3。各点的货物流量和运输费率以及坐标见下表,现需要在该区域设置一个枢纽1）用重心法找出需设置枢纽的大致位置2）用微分法找出需设置枢纽的较佳位置(自学“表上作业法”）4、若有4个交通吸引点P1,P2，P3，P4，现有2个货运站F1、F2为其提供服务。由于吸引点需求的不断增加，需再设一个货运站场。可提供的备选点是F3、F4。试在其中选一个最佳站场位置。根据资料分析得出的各站场到各吸引点的总费用如下表：P1P2P3P4适站量（t）F18.007.807.707.807000F27.657.507.357.155500F37.157.057.187.5612500F47.087.207.507.54吸引量（t）400080007000600025000