第二章布局模型ppt课件.ppt

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1、交通港站与枢纽总体布局规划,第 二 章,P2,一、数学物理模型与效益成本分析法,二、运筹学模型与方法,三、交通规划理论优化布局模型,四、交通港站选址与优化,2.3交通枢纽港站布局方法与优化模型,P3,实践过程中布局方法的演变,数学物理模型,运筹学模型,交通规划理论模型,重心法、微分法、效益成本分析法,混合整数规划、运输规划模型、CFLP法,基于四阶段规划方法的两阶段模型,P4,（1）一元模型简化机理：规划枢纽范围内只设置一个站点，简化多元枢纽港站布局中的变量条件和约束条件。（2）站点的布置 求几何重心的位置 把运输系统中的交通发生点和吸引点看作分布在某一几何平面的物体系统，把各点的发生量和吸引

2、量看作该点的重量，求其重心的位置，即是枢纽港站设置的最佳位置。,一、数学物理模型与效益成本分析法,7,2,4,1,6,5,3,1 一元交通枢纽港站布局的重心法,P5,（3）模型的建立 如图所示：设规划区域内有n个交通发生点和吸引点，各点的坐标为（xj,yj）,发生量和吸引量为Wj,枢纽系统的运输费率为Cj ,则有：,x2,y2,x1,y1,？,x3,y3,xj,yj,xn,yn,W1,W2,W3,Wj,Wn,(x,y),x,y的计算各自独立,x,y,P6,（4）求解算例,发生点坐标、发生量、运输费率表,P7,X=3225/625=5.16,Y=3237.5/625=5.18,求解过程表,P8,

3、（1）模型建立机理：对重心法的改进，克服x,y变量相互独立的缺点；以重心法所得解为初始解，求微分使得系统的总费用最小，反复迭代，不断优化，直至得到最优解。（2）系统的总费用F： （3）迭代条件：F最小，即 （4）求解公式：,2 一元交通枢纽港站布局的微分法,P9,X=102.010/20.249=5.038,Y=102.388/20.249=5.507,求解过程表,x=5.16,y=5.18,P10,（1）前提条件：具有一个枢纽港站位置的选择集；（2）求解目标：枢纽系统的总成本最小。 （3）假定条件： n个交通发生点，发生量集（W1，W2，W3Wn）； m个待选港站（ P1，P2，P3Pm ）

4、； 各港站的建设、运营成本（ R1，R2，R3Rn )； 单位吨千米的运费相同且为F； 各交通点至各港站的距离矩阵Ddij . （4）总费用：,3 成本分析法,总费用=建设运营费用+运输费用,P11,小结1,数学物理模型,重心法、微分法、效益成本分析法,优点简单易行,缺点静态的运输费率，无法反应动态的路网流量的影响,重心法、微分法纯粹的数学解析法，平面几何距离，只可作初始解,成本分析法前提条件是“待选站点初始解”,P12,二、运筹学模型与方法,1 多元枢纽港站布局的混合整数规划法（1）方法的机理：从区域整体的角度进行交通枢纽布局，从货流整体的角度进行规划；（2）假设条件： m个交通发生点Ai，

5、发生量集（a1，a2，a3am）； n个交通吸引点Bi，需求量集（b1，b2，b3bn）； q个备选港站D1 Dk Dq ； 各备选港站的基建投资、中转费用和运输费率为已知；（3）规划目标：总成本F最小,P13,（4）总成本构成： Ai Dk； Dk Bi Ai Bi； Dk处基建费用Fk Dk处中转费用Ck；,1 多元枢纽港站布局的混合整数规划法,1,3,2,4,5,P14,（5）数学模型：约束方程为：,1 多元枢纽港站布局的混合整数规划法,1,2,3,4,5,决策变量,0-1型整数变量混合整数模型,P15,（6）模型求解：方法：分支定界法；求解变量：Xik，Ykj，Zij，Wk；Xik 表

6、示枢纽港站k与发生点的关系， 决定该枢纽k的规模；Ykj表示枢纽k与吸引点的关系， 为区域内枢纽港站的理论数量。,1 多元枢纽港站布局的混合整数规划法,P16,（1）模型机理：忽略港站基建投资（即消除0-1变量） ，化混合整数模型为线性规划模型（2）求解目标：枢纽系统的总成本最小。 （3）数学模型：（4）约束方程：,2 运输规划模型,1,5,2,3,决策变量,P17,总成本构成： Ai Dk； Dk Bi Ai Bi； Dk处基建费用Fk Dk处中转费用Ck；,1,3,2,4,5,P18,（5）模型求解：表上作业法，是一种迭代方法，有三种常用的方法：西北角法；最小元素法；沃格尔（Vogel）法

7、,2 运输规划模型,依次接近最优解,P19,2 运输规划模型,（6）最小元素法求解示例：,P20,1,2,8000,1-1,4000,3,5500,1-2,4,500,1-3,5,6500,1-4,6,500,1-5,P21,2 运输规划模型,1,2,8000,1-1,4000,1,1-2,P22,2 运输规划模型,1,2,8000,1-1,4000,3,5500,1-3,2,1-2,P23,2 运输规划模型,1,2,8000,1-1,4000,3,5500,1-3,4,500,1-4,3,1-2,P24,2 运输规划模型,1,2,8000,1-1,4000,3,5500,1-3,4,500,

8、1-4,5,6500,1-5,4,1-2,P25,2 运输规划模型,1,2,8000,1-1,4000,3,5500,1-3,4,500,1-4,5,6500,1-5,6,500,1-6,5,1-2,P26,1,2,8000,4000,3,5500,4,500,5,6500,6,500,站场设在F3处的最小费用=8000*7.05+4000*7.15+500*7.80=181865（万元）,P27,2 运输规划模型,3,1,8000,4000,2,5500,4,500,5,7000,F4,站场设在F4处的最小费用=4000*7.08+5500*7.15+500*7.80=182870（万元）【

9、F3】=181865（万元），故站场设置在F3处优于F4处。,P28,3 CFLP法,CFLP（Capacitied Facility Location Problem）（1）基本思想： 交通枢纽的港站布局初始方案； 按照运输规划模型求出各初始港站系统的发生、吸引范围； 在港站的服务范围内移动港站至其它备选地址 寻求各服务范围内总成本最小的新港站位置； 成本是否为最小？ 否,P29,（2）网络结构：,运输成本相同,远距离运输成本差异忽略,P30,（3）基本步骤：,选择港站初始方案,确定各港站的服务范围,寻求网点地址的新方案,新旧方案比较,港站最优布局,新方案成本是否最小？,是,否,P31,数学

10、物理模型与运筹学模型的共同点（1）模型建立的基础：对现实路网的高度抽象与简化；（2）模型的关键参数：运输费用；（3）模型计算所用数据：静态的、固定的数值；（4）模型建立的角度：数学理论的思路；（5）模型包含的交通方式：所有交通方式，未加以区分。,交通网络,枢纽布局,如何互动？,交通方式A枢纽,交通方式B枢纽,相互影响？,小结2,P32,1 模型提出的背景（1）数学物理模型无法满足综合交通枢纽规划的实际需求；（2）由于自然地理条件和历史发展的原因，港站的选址和布局，调整的空间比较小；（3）为实现整体最优的目标，有必要协调各方式的港站布局；（4）选择公路运输系统作为联系其它各方式的纽带，具有现实意

11、义；（5）交通运输规划理论的发展，使“从交通运输的角度建立枢纽布局模型”成为可能。,三、交通规划理论优化布局模型,P33,2 模型的基本思路：两阶段分别建模阶段一：由出发地至枢纽港站，利用城市交通系统完成；阶段二：由港站发往目的地， 利用公路运输系统完成；,港站,1,2,D,城市交通流特征四阶段理论分析得到备选位置,物流中心选址确定站场位置,P34,（1） 基本假设：交通需求者对不同交通方式港站的选择，取决于该次出行的距离；每个交通港站内部的运营管理已经达到最优状态；,3、第一阶段模型,交通生成,交通分布,交通分配,方式划分,P35,（2）基本步骤Step 1 确定综合枢纽的服务范围：上位规划

12、；Step 2 划分综合交通枢纽内部的客货运交通小区：以公路枢纽为基准，结合土地使用特性；Step 3 确定交通路网：现状和规划年的客货运交通干道网；Step 4 公路交通枢纽交通小区的交通量发生、吸引预测；Step 5 交通分布预测：规划年区域机动车OD矩阵；Step 6 客货运交通量分配：把交通量分配到路网；Step 7 初步选定客货运枢纽港站的备选位置。,3、第一阶段模型,P36,（2）基本步骤Step 1 交通小区的运输量的发生、吸引预测；Step 2 确定运输网络：城市主干道和公路主干道；Step 3 确定广义费用矩阵：运输价格+走行时间价格；Step 4 建立模型，确定枢纽站场的理

13、论位置和规模；,4、第二阶段模型,P37,第二阶段模型：线性规划模型（a）求解目标：枢纽系统的总成本最小。 （b）数学模型：（c）约束方程：,3,1,2,5,P38,总成本构成： Ai Dk； Dk Bi Ai Bi； Dk处基建费用Fk Dk处中转费用Ck；,1,3,2,4,5,P39,交通规划理论优化布局模型 思考题,1 综合交通枢纽规划中，为何选取公路站场作为协调各交通方式的纽带？,2 第一阶段模型中，站场初选位置确定的依据是什么？,3 公路与其它交通方式的衔接在规划中如何实现的？,4 第一阶段模型本质上是 成本决定法 ？流量决定法？ 第二阶段模型本质上是 成本决定法 ？流量决定法？,P

14、40,四、交通港站选址与优化,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类,1 枢纽的分类：已定型、全定型、半定型,对象网络：目前正选择枢纽位置的交通网络称为对象网络,网先城市：先于对象网络而建成或存在的城市，如首都；,网先建筑：先于对象网络而建成或存在的火车站、机场等,网先枢纽：网先城市和网先建筑，已定型，无须选址！,P41,1 枢纽的分类：已定型、全定型、半定型,全定型：对象网络已存在，枢纽的选址全部或主要由对象网络本身的特征及其上交通流量的分布情况而决定；,半定型：对象网络已存在，枢纽的选址在一定程度上依靠对象网络的结构特征和社会经济因素；,流量决定法,

15、成本决定法,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类,P42,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类2 流量决定法,（1）原理：在网络节点中挑选客货流量大的节点作为枢纽点；,流量决定法,（2）思路：一个节点是否能够成为枢纽点是由途径它的交通流的大小决定的；,（3）关键问题：交通流在线路上的分配；,（4）交通流分配方法：阻抗不变的多路径分配方法；,P43,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类2 流量决定法3 成本决定法,（1）原理：在备选地点中挑选运输成本最小的点作为枢纽点；,

16、成本决定法,（2）思路：所选的位置要使交通成本和相关的位置成本最小；,（3）关键问题：各个备选点交通费用的计算；,P44,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类2 流量决定法3 成本决定法,成本决定法,（4）选址步骤：确定枢纽的服务范围；确定枢纽的备选位置；划分小区并确定小区的中心；交通量（客、货）调查与预测；阻抗与地皮费用计算；选择费用最小的点作为枢纽的位置；多套选址方案设计、实地调整；方案选优，确定方案,P45,一、数学物理模型二、运筹学模型三、交通规划理论模型四、选址与优化1 枢纽的分类2 流量决定法3 成本决定法4 公路客运枢纽“先模糊定位、再精

17、确选址”的布局方法,“先模糊定位、再精确选址”的布局方法,适用范围：大城市公路客运枢纽 土地利用强度大 道路结构复杂、 城市对外出入口较多；,P46,模糊定位无轨大城市,（1）公路客运枢纽服务区域的划分 总体需求规模：大城市公路客运枢纽服务区域的划分必须在掌握了公路客运枢纽总体需求规模的基础上进行。 服务半径：服务半径的大小是确定公路客运枢纽模糊分区的面积和数量的重要参考依据。根据国内一些大城市公路客运枢纽的发展历史及现状分析，公路客运枢纽站点的服务半径一般为35公里。,P47,模糊定位无轨大城市,（1）公路客运枢纽服务区域的划分 城市出入口：公路客运枢纽的模糊分区应尽量以城市出入口为依托，保

18、证公路客运枢纽具有良好的对外交通条件，以便对外客运车辆能够快速出城。 客运流量流向：在城市用地、交通配套等条件可满足的条件下，选择公路客运枢纽可依托的城市出入口时，应尽可能选择对外客运比例较大出入口方向。,P48,（2）公路客运枢纽位置可选范围拟定 公路客运枢纽应尽量靠近城市外围区域，避免设于城市核心区； 公路客运枢纽不宜远离城市出入口，应尽量将到达出入口时间控制在半小时以内； 尽量避免与城市总体规划中的对外交通用地范围不一致。,P49,某城市划分为A、B、C、D四个大区，并以A区为例 E城市核心区；F出入口半小时范围；G城规用地； HA区内公路客运枢纽可选区域。,H,P50,模糊定位有轨大城

19、市,(1) 与城市轨道交通衔接紧密的公路客运枢纽服务区域划分,其服务范围为围绕各轨道交通站点一定服务半径的区域，整体呈“串珠式带状”，其区域大小随着与公路客运枢纽间距离增大而逐渐减小。,P51,（2）公路客运枢纽服务区域的划分 对于上述与城市轨道交通衔接紧密的公路客运枢纽所不能服务到的区域，需要继续进行公路客运枢纽的补充规划。与“无轨”大城市中公路客运枢纽服务区域的划分过程一样，具体服务大区划分时，在全面衡量各种影响因素的前提下，重点把握城市出入口、服务半径、城市对外客运流量流向等关键因素确定。,P52,(3) 选址范围拟定 公路客运枢纽与城市轨道交通枢纽之间应有便捷的换乘条件，最理想的方式是

20、零距离换乘，实现无缝衔接。在不能满足无缝衔接的条件下，要能保证绝大多数的乘客从轨道交通枢纽站点下车至到达公路客运枢纽站点间的换乘时间控制在10分钟以内。 此外，公路客运枢纽位置的确定同样还需考虑其它几个关键因素：避免设于城市核心区、不宜远离城市出入口、与城市规划中交通用地一致等。,P53,A城市轨道交通限定范围； E城市核心区F出入口限定范围； G城规用地H拟定的公路客运枢纽位置可选区域,H,P54,精确选址,P55,小结,三、交通规划理论模型背景、思路、基本步骤、模型建立,一、数学物理模型重心法、微分法、效益成本分析法基本步骤、优缺点,二、运筹学方法混合整数规划、CFLP法运输规划模型（表上作业法求解）,四、交通港站选址与优化1 枢纽分类2 流量决定法3 成本决定法4 模糊定位 +精确选址,