交通网络布局规划与设计

第4章交通网络布局规划与设计是交通规划的基础工作之一交通规划中交通小区的划分、交通网络布局、交通网络的数学建模知识与技术，包括交通网络构成的基本要素、各种交通网络的表现法以及公共交通方式相互换乘等复杂的交通网络表现法后述各章的学习奠定基础主要内容:第1节概述第2节交通小区划分第3节交通网络与线路布局规划第4节交通网络的拓扑建模第１节概述网络：运筹学理论及其应用问题中的数学建模非常重要的概念是极其有用的时刻表编制问题、最短路搜索问题和网络流等问题的简单明了表现和高效处理预测各种交通设施的利用量、各区间和节点（枢纽）等的利用量交通网络作为交通需求预测的条件，网络对解决交通需求预测问题极其重要第2节交通小区划分图例码头用地物流用地商业用地工业用地住宅用地研究用地绿化用地第3节交通网络与线路布局规划一、交通网络结构与布局1．城市交通网络基本形式城市交通网络的基本形式大致可以分为：方格网式、带状、放射状、环形放射状和自由式等。交通网络结构，尤其是城市交通网络结构，决定了城市的骨架和城市的发展。(1)方格网式是一种常见的交通网络形式优点：各部分的可达性均等，秩序性和方向感较好，易于辨别，网络可靠性较高，有利于城市用地的划分和建筑的布置。缺点：网络空间形式简单、对角线方向交通的直线系数较小。图4.3-1方格网式交通网(2)带状由一条或几条主要交通线路沿带状轴向延伸，并与一些相垂直的次级交通线路组成类似方格状的交通网。可使城市的土地利用布局沿着交通轴线方向延伸并接近自然，对地形、水系等条件适应性较好。(3)放射状放射状交通网络常被用于连接主城与卫星城之间(4)环形放射状由环形和放射交通线路组合而成。放射状交通线路承担内外出行，并连接主城与卫星城；环形交通网承担区与区之间或过境出行，连接卫星城之间，减少卫星城之间的出行穿越主城中心。(5)自由式多为因地形、水系或其他条件限制而自由布置。优点：较好地满足地形、水系及其他限制条件。适合于地形条件较复杂及其他限制条件较苛刻的城市。在风景旅游城市或风景旅游区可以采用自由式路网，以便于与自然景观的较好协调。缺点：无秩序、区别性差，同时道路交叉口易形成畸形交叉。2．城市交通网络形式与城市类型 (1)城市规模与路网形式特大城市：非农业人口100万以上大城市：非农业人口50万～100万中等城市:非农业人口20万～50万小城市:非农业人口20万以下特大、大城市：道路网一般比较复杂，多为集中典型路网形式综合的混合式路网。原因一：特大和大城市历史发展过程较长，用地规模大，地形、自然条件比较复杂，很难以单一的路网形式适应；原因二：我国古代的城市是以礼制建城，“匠人营国，方九里，旁三门，国中九经九纬，九涂九轨，左祖右社，面朝后市，市朝一夫。”（《周礼•考工记》）。中等城市：路网布局相对比较简单，多以一种典型形式为主，在平原地区和限制条件比较少的地区，多以方格网式为主。小城市：一般以几条主干街道为主。(2) 城市性质与路网形式城市按照其主要的土地利用、经济位置等可分为：工业城市、中心城市、交通枢纽城市及特殊功能城市（如旅游城市等）。交通枢纽城市又可以分为铁路枢纽城市、海港城市、河埠城市和水上交通枢纽城市等。(3)城市在区域交通网中的位置与路网形式按照城市在区域交通网络中的位置和对外交通的组织形式：交通枢纽、尽头式和穿越式城市。(4)城市发展形态结构与路网形式中央组团式、分散组团式、带状、棋盘式和自由式。特点：有一个强大的城市中心，与此对应的交通网络应该是放射形或环形放射状，以处理城市的内外交通和过境交通。①中央组团式结构图4.4-6J.M.Tomson的城市结构模式②分散组团式结构：由几个中心组成，与此对应的交通网络应该是环形放射状或带状形式。它适用于地形比较复杂的城市，如重庆、包头等城市。③带状结构：由几个分布于同一带上的组团组成，因此与此对应的交通网为带状形式。它适用于受地形限制的城市，如兰州、桂林、深圳等城市。④棋盘式结构：城市均匀分布，与此对应的交通网络为方格式交通网。它适用于地形限制较少的平原地区，如北京、西安、开封等城市。⑤自由式结构：受特定的地形、水系等约束而自由发展，与此对应的交通网络为自由式交通网。它适用于海岸城市或水系比较发达的地区，如天津、大连、青岛等城市。二、交通网络布局规划评价1．评价指标(1)道路网密度(km/km2)16.218.118.118.418.413.37.148.0036.718.613.1道路网密度(km/km2)21.414.222.810.38.8 —— 9.627.125.345.928.3人均道路用地(m2/人)17.117.214.414.115.820.08.716.614.923.425.4道路用地率(%)平均值大阪名古屋东京巴塞罗那巴黎米兰伦敦旧金山芝加哥纽约7.27 6.0 7.53 石家庄 9.37 2.9 5.09 南昌 8.19 5.0 6.33 杭州 6.61 4.3 4.96 长沙 4.90 5.0 5.83 郑州 3.38 2.9 3.57 昆明 3.09 4.2 3.19 兰州 11.09 10.4 13.65 济南 6.96 6.6 6.26 太原 6.60 5.0 7.75 长春 4.28 7.0 6.34 大连 7.74 4.2 8.40 成都 7.59 5.5 7.64 西安 6.98 4.8 7.07 南京 11.46 4.0 8.92 重庆 10.4 5.3 8.74 哈尔滨 6.66 4.5 6.66 广州 6.06 3.6 5.72 武汉 9.16 4.7 9.19 沈阳 9.29 7.1 9.59 天津 5.98 4.8 6.11 北京 9.07 3.2 9.43 上海道路网密度(km/km2)人均道路用地(m2/人)道路用地率(%)(2)干道网间距(km)干道网间距即两条干道之间的间隔，对道路网密度起到决定作用。我国没有规定城市干道的间隔，国际上各国采用的标准也不一致。荷兰规定干道间隔为800～1000m；美国为1/2～2英里；丹麦哥本哈根为700m；德国慕尼黑为700～1000m；英国道路多采用区域自动化控制，道路间距以250～700m为宜；日本没有规定干道间隔的具体数值。(3)路网结构路网结构：城市快速路、主干道、次干道、支路在长度上的比例，衡量道路网的结构合理性。根据城市道路功能的分类和保证交通流的畅通，道路的交通结构应该为“塔”字型，即城市快速路的比例最小、按照城市快速路、主干道、次干道、支路的顺序比例逐渐增高。其比例值分别被推荐为≤5%、27%～30%、32%和33%～36%。(4)道路面积率（%）道路面积率即道路用地(S1)面积占城市建设用地面积的比例。我国国家标准《城市用地分类与规划建设用地标准》中，要求道路广场用地(S)占城市建设用地的比例为8%～15%，参照表4.3-1所示国外城市的数值可知，我国国标的规定值偏小。为了适应大城市交通发展的需要，建议将我国的城市道路面积率调整到10%～30%较为合适。(5)人均道路面积(m2/人)人均道路面积是指城市居民人均占有的道路面积。我国国家标准《城市用地分类与规划建设用地标准》中，给出了道路广场用地为7～15m2/人，这一指标是与上述8%～15%的道路广场用地率相对应的，因此大城市的人均道路用地面积指标也应该相应提高。(6)道路网的可达性道路网的可达性(Accessibility)是指所有交通小区中心到达道路网最短距离的平均值。å== z N i i z a L N L 1 1 Nz—交通小区数；Li—i交通小区到道路网的最短距离。(7)道路网连接度道路网连接度是指道路网中路段之间的连接程度M—道路网中路段数；N—道路网的节点数。 N M J 2=3.8 32 17 1.8 8 9 3.0 68 45 2.5 40 32 连接度值网络总边数节点数网络布局形式2.评价体系层次分析法(AnalyticHierarchyProcess，AHP)是美国运筹学家T.L.Saaty于1973年在针对将现代管理中存在的复杂且模糊的相关关系转化为定量分析问题时，提出的一种层次权重评价决策分析方法。(1)明确问题，建立层次结构模型；(2)构造判断矩阵；(3)计算单一准则下各要素的相对权重；(4)计算各层要素的组合权重。(1)目标层。只有一个要素，一般是分析问题的预定目标或理想结果。(2)中间层。包括为实现目标所涉及的中间环节，它可以由若干层次组成，包括所需要考虑的准则、子准则，因此也称为准则层。(3)方案层。方案层是整个层次结构中的最低层，表示为实现目标可供选择的各种措施、决策方案等等。图4.3-1城市道路网布局规划层次结构模型城市道路网布局最优道路网密度干道间距方案1方案2方案n人均道路面积间距道路面积率道路结构道路网可达性道路网连接度 ……表4.3-4要素比较标度及其描述若Ci比Cj的重要性程度为1，则Cj比Ci的重要性程度为1/a ij ，即 a ji =1/a ij 倒数表示上述相邻判断的中间值2，4，6，8Ai比Aj极为优Ci比Cj极为重要9Ai比Aj非常优Ci比Cj非常重要7Ai比Aj明显优Ci比Cj明显重要5Ai比Aj稍微优Ci比Cj稍微重要3Ai与Aj同样优Ci与Cj同等重要1两方案之间的关系(Ai与Aj)两指标间的关系(Ci与Cj)标度值a ijnn n n n n a a a a a a a a a LMMMMLL 2 1 2 22 21 1 12 11 表4.3-5判断矩阵A A 1 A 2 A n A 1 A 2 … A n 在进行两两比较判断时，把要素的重要性程度赋予1～9数值, 9 1££ ij a , / 1 ji ij a a= 1= ii a ) ,..., 2 , 1 ( , 1 n i W W W nk i i i==å= ) ,..., 2 , 1 ( , 1 n i a W n j ij i==å=单一准则下各要素的相对权重用如下求和法计算相对权重。nn n n n n a a a a a a a a a LMMMMLL 2 1 2 22 21 1 12 11 表4.3-6组合权值计算 A 1 A 2 A 3 b 1 b 2 … b n 组合权值 C 1 C 2 … C n 指标C判断矩阵方案Aå=×= 7 1 1 1 j j j W b Wå=×= 7 1 2 2 j j j W b Wå=×= 7 1 j nj j n W b W第4节交通网络的拓扑建模将实际或规划的交通网模型化，以利于进行科学计算和直观显示。网络可以描述道路和交叉口、铁路和车站、电话线和电话局等物理性构造，以及各种信息流与其节点之间的概念性结构。网络由点（道路交叉口、铁路车站和电话局等）集和与此连接的线（道路、铁路和电话线等）组成。点的集合：节点(Node)集，用Ｎ表示；连接节点的线段的集合：路段(LinkorArc)集，用Ａ表示。在交通网络中，节点集Ｎ由发生节点集Ｒ、吸引节点集Ｓ(Centroid)和交叉口之类的交汇节点等组成。一般，用正整数ｎ表示和识别。对于将交通小区内诸指标进行集计处理的交通需求预测方法，发生、吸引节点表示交通小区人口密集或政府行政机关的集中的地点。一、网络及其拓扑表现道路交通网络示意图，用由点和线组成的有向图表示。单向箭头表示单向通行道路，其余路段表示双向通行（也可以用双向箭头或代表流向分离的单向箭头表示）；虚线代表高速公路匝道或假想路段；〇代表节点；◎代表发生、吸引点。胜利南街 … 40.221363胜利南街 … 40.15652胜利南街 … 40.20531道路名 … 车道数长度(km)终点起点路段号道路网络的拓扑关系及属性数据二、匝道和交叉口