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第三章交通枢纽规划布局3.1交通枢纽港站规划布局概述1.规划布局的主要内容交通枢纽布局是指枢纽内部各种交通设施的合理配置，以实现整个交通枢纽的运输效率最大化的目的。交通枢纽所在区域，由于受到交通发生吸引源的分布、交通运输网络特点和自然环境等因素的影响，使得在同样的地域范围和同样的交通运输网络上，布局不同的枢纽站场，会导致不同的交通运输效率和社会经济效益。因此，交通枢纽的合理布局，是根据对社会经济发展和交通需求的预测结果，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、交通运输条件及自然环境等因素，对①枢纽站场的数目、②地理位置、③规模、④与其他枢纽的相互关系进行优化和调控，实现整个交通枢纽运输效率的最大化。2.布局的基本要求服从交通运输网络的规划（考虑运输网络整体的系统化）；保证各种运输方式之间的相互协调（通达性）；考虑生产力布局（在能力上留有余地，以适应社会、经济发展，同时也不能造成浪费）；方便城市生产和居民生活，尽量避免和减少对城市的不良影响。3.规划布局遵循原则充分考虑规划区域在全国运输网络中的地位；（定位问题，是干什么的？能够满足市场需求不？等等。）引导需求（“城乡一体化、区域组团、城镇体系化”衔接点等）；适度超前（为未来的发展提供空间，但要考虑有序性、预期性）；多种运输方式相互协调（提高运输效率，规模化、系统化）；规划、建设、管理三位并重（规划合理、建设质量高、管理水平现代化）；遵从区域（城市）规划（顾全大局）。4.枢纽规划布局的概念模型基本思想——建模求解；结合网络设计和规划求解（运筹学）的基本手段和理念，可以构想，通过构建一模型，设计算法，定能求出枢纽布局的数目、设计到发量（规模）、具体位置等。问题描述如下：目标函数（obj.）：客运系统——旅客的最求目标（在枢纽内停留时间最短或完成出行花费时间最短）货运系统——货物运输最求目标（在枢纽内作业费用最少或完成运输花费成本最小）技术作业系统——设施设备运行最求目标（最大的作业能力）注：①旅客在枢纽内的停留时间主要包括购票、候车、托运、换乘或其他业务所需时间等；②旅客出行时间花费包括枢纽内停留时间、其他方式乘车时间等；③货物运输在枢纽内的作业费用主要包括装卸费、换装费、办理相关手续时间消耗费用等；④货物完成运输成本包括枢纽内作业费用、运输过程费用等。约束条件（st.）：①业务需求约束（客货源）②投资约束（枢纽点运行前期投资成本）③运营费用约束（后期费用约束，是难点）④其他约束（如用地约束、与周边衔接约束等）5.枢纽规划布局的一般流程YN确定枢纽目标、功能和布局原则相关因素分析（人口、社会经济、用地规划、城市功能分区、城市对外交通、生产力布局等）规划区域运输需求分析与预测枢纽站场现状分析枢纽站场规划布局提出各种布局方案枢纽站场个数枢纽站场规模枢纽站场选址既有方案的评价和优选推荐方案方案满意布局方案调整3.2交通枢纽规划布局理论与方法发展历程（三个阶段）：单纯的数学物理方法——运筹学等——现代交通流理论、现代交通规划学。3.2.1数学物理方法1.重心法是一种模拟（平面几何）的方法，它将运输系统中的交通产生点看成是分布在某一平面范围内的物体系统，各点的交通产生量看成该点的重量，物体系统的重心就是枢纽场站设置的最佳点，用求几何重心的方法来确定交通枢纽场站的最佳位置。该方法实质上就是要求以下几点即可求解：定义一个几何平面系统；各点的坐标（点是指在区域内相互间有业务量的点）；点到点的运输量；运输费率。1）方法定义2）前提条件njjjnjjjjnjjjnjjjjWCyWCyWCxWCx11113）模型表达运输费率。个产生点与决策点间的—第—量；个产生点到决策点的运—第—；个产生点的横纵坐标值—第——决策点的平面坐标；—jCjWjyxyxjjjj,,4）特点分析只能对一元问题求解；解的实用性不强，往往与实际存在较大差距，一般可作为其他方法的初始解；求解过程考虑的因素过于简单化、理想化，很多问题都为考虑（如：系统最优问题，节点到发问题，费率问题等）。2.微分法1）产生背景在重心法的基础上，按照系统最优的理念，提出系统总费用最小化。2）方法思想各产生点到决策点间的费用和构成系统总费用，在连续的平面区域内，要使得总费用有极小值，则可依托求偏导数的思想解决问题。3）模型表达21122)()(njjjjjyyxxWCF—系统总费用—F4）模型求解njjjjjnjjjjjjnjjjjjnjjjjjjyyxxWCyyxxyWCyyyxxWCyyxxxWCx12122121221212212122)()()()()()()()(的联立方程组，求得建立关于以yxyFxF,00在此基础上，定义一个初始可行解（重心法所求），采用迭代法，经过N次迭代，对所求解进行反馈比较，在N个解中哪个使得系统的总费用最小，即为所求的满意解。5）特点分析弥补了重心法没考虑系统总费用的缺点；迭代法求解是有终止的，N次后的解可能更优，因此所求解只是满意解（局部最优解）；其一元问题的实质没变，其他因素也未做更多考虑。3.成本比较法1）方法定义成本分析法是在已经具有一个枢纽场站位置的选择集的前提下，以枢纽系统的总成本最小为目标，通过简单的财务计算，比较选择最佳的位置。2）模型表达njjjijiiCWdRC1费用。个选择点的建设、运营—第—个选择点的总费用；—第—iRiCii4.数学物理方法特点归纳都只能对一元问题求解；没有考虑产生点的到、发量（实际中有的区别很大）；没有考虑运输网络结构（已直线距离定义，实际中应该存在线路的选择问题）；费率固定不切实际（费率是一个动态函数）；所求解可作为初始解，与实际应用有差距。3.2.2运筹学方法1.整数规划模型1）方法思路确定一个整体供需平衡系统，m个发生点，n个吸引点，k个枢纽站场备选点，发点可直接到枢纽点，也可直接到吸点（不经过枢纽点），发点可从枢纽点中转后到吸点，枢纽点可直接到吸点。2）模型的构建qKmiiKKKKmiqKijijmiqKKjKjmiqKiKiKXCWFZCYCXCF11111111)(min0010,...,2,1,...,2,1,...,2,1.1111111ijKjiKKKKmiiKnjKjmiiKjmiijqKKjinjijqKiKZYXWWMWXqKYXnjbZYmiaZXts，，表示被淘汰表示被选中，目标：目标：发点到备选枢纽点运费+备选枢纽点到吸点运费+发点直接到吸点运费+枢纽点建设费用（涉及到0-1变量问题）+中转费用约束条件：a.发点到备选枢纽点的流量+直接从发点到吸点的流量≤总的发量b.备选枢纽点到吸点的流量+直接从发点到吸点的流量≤总的吸量c.总的发量＝总的吸量（供需平衡）3）模型求解该问题为“混合整数规划模型”（与纯整数规划的区别），可用“分枝定界法”求解（对于整数规划求解方法有：分枝定界法、割平面法、隐枚举法等）。可求得的解：a.选择的枢纽点——（决定枢纽的数目）；b.发点到选择枢纽点的流量——（决定枢纽的吸引规模）；c.选择枢纽点到吸点的流量——（决定枢纽的发送规模）；d.直接从发点到吸点的流量——（决定系统内其他方式的分担率）。KWiKXKjYijZ4）方法特点理论上十分完美，但对实际问题还过于简化；没有考虑建设成本、运营（实际中运营成本很高）成本变化；没有考虑枢纽规模、服务水平、能力的限制；求解过程复杂，只用于简单的网络中。2.运输规划模型1）运输问题的提出（产销平衡、产销不平衡）Ai个产地（m），产量为ai；Bj个销地（n），销量为bj，产地到销地的运价为Cij。xij为产地到销地的运量。则：njiijmijijminjijijaxbxtsxCz1111.min求解：表上作业法（1、最小元素法求初始解；2、闭回路法求最优解）2）针对枢纽布局的运输模型形成条件：在整数规划的基础上，不考虑枢纽站场建设成本，消除0-1变量的影响。miqKijijmiqKKjKjmiqKiKKiKZCYCXCCF111111)(minqKeYYqKdXXnjbZYmiaZXKKqKKjKKqKikjmiijqKKjinjijqKiK,...,2,1,...,2,1,...,2,1,...,2,1111111ts.目标函数：发点到备选枢纽点的运费+备选枢纽点到吸点的运费+发点到吸点的运费+中转费用约束条件：1）发点到备选点流量+发点到吸点流量＝总发量；2）备选点到吸点流量+发点到吸点流量＝总吸量；3）发点到备选点流量+备选点吸引闲置能力＝备选点吸引规模；4）备选点到吸点流量+备选点发送闲置能力＝备选点发生规模。3.CFLP法（设施容量限制的选址问题）首先假定交通枢纽布局方案已经确定，由交通枢纽的服务能力和需求分布状况确定各暂定枢纽的供应范围，在各服务范围内移动交通枢纽到其他备选地点，寻求可能的改进，比较新旧枢纽，费用最低代之，依次迭代，求最佳地点。4.运筹学模型方法特点综述对多元问题求解，过程一般比较复杂。运输（交通）网络高度抽象化、简化（如静态配流）；对运输费用的把握程度不同（一般不准确，运输费用非线性的）；静态网络，与实际差距大（动态）；没有区别运输方式的不同（对综合交通枢纽影响大）；模型侧重于交通枢纽内部站场数量、规模计算，缺乏对交通枢纽和交通网络一体化分析；缺乏反馈机制分析（由于枢纽的规划布局，可能改变原有交通网络的交通特性，模型无法反映）。3.2.3现代交通规划模型1.产生背景前面方法不能基于网络一体化分析，实际联系性不强；前面方法不能区别运输方式的差异性，在费用计算上过于笼统化。2.方法思路寻找一个基本交通方式（与其他交通方式联系密切的，可调整余地较大），运用现代交通规划理论，考虑网络特征，通过优化该方式的枢纽布局，带动整个枢纽的优化（通常用公路）。3.两阶段模型（基于现代交通规划理论）1）第一阶段模型以UE（用户平衡）原理为基础，从交通网络角度出发，采用“四阶段法”模式进行配流，以期寻求枢纽节点选址的初始备选方案集。①方法原理②假设前提交通需求者对枢纽港站的选择，取决于该次出行的距离，而且按照一般化费用最小的原则（最短路）选择通往场站的路径；每个交通港站内部运营管理已达最优状态（为出行者所满意，不存在顾客对其服务水平和能力的怀疑）。③求解过程确定综合交通枢纽服务范围→以公路交通枢纽为基准，划分交通小区→确定交通网络结构→交通发生预测→交通分布预测→交通分配→初选方案的确定。2）第二阶段模型①方法思路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、线路和配载方法,把它们运到目的地。②求解过程小区运量产生预测→确定运输网络结构→确定广义费用矩阵→枢纽位置和规模计算。3）模型综合特点分析第一阶段实质上交通规划的网络配流模型，第二阶段采用运输模型求解；能用理论分析方法求备选方案集（与其他方法不同）；模型中同时考虑UE和SO，可操作性强；求解过程复杂，通常要结合计算机技术完成。3.2.4交通枢纽布局规划方法比较分析方法名称应用背景费率求解结果数学物理方法重心法一元选址只有运输费率且固定几何坐标微分法同上同上同上成本分析法存在备选方案集运输费率固定，建设、运营成本固定总费用最小站点为最优解运筹学模型混合整数规划法多元枢纽布局，存在备选方案集中转、运输费率固定，建设投资固定确定所选枢纽数目和规模运输规划模型目标函数忽略建设成本，典型运输问题同上，但无建设投资同上CFLP法针对交通枢纽有限的情况提出同上同上交通规划理论第一阶段模型用UE原