第三章 交通枢纽布局

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）
C W
j 1 j
j
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。
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。
目标：
i 1 m
X iK YKj
j 1
K 1 m
YKj Z ij b j
i 1 n
i 1
X iK MWK 0 X iK ，YKj ，Z ij 0
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
3.2.1 数学物理方法 1.重心法 1）方法定义
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。
2）前提条件
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；
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：
Байду номын сангаас
min z C ij x ij
i 1 j 1
m n
s.t
m xij b j i 1 n xij a i j 1
规划区域运输需求分析与预测
枢纽站场现状分析 布 局 方 案 调 整 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 N
方案满意 Y 推荐方案
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。
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）。
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 。
min F (CiK C K ) X iK C Kj YKj Cij Z ij
i 1 K 1 i 1 K 1 i 1 K 1
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
min F CiK X iK CKj YKj Cij Zij ( FKWK CK X iK )
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）
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） 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）模型表达
Ci Ri d ijW j C j
j 1
n
C i — —第i个选择点的总费用； Ri — —第i个选择点的建设、运营 费用。
4.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。
m
q
m
q
m
q
K 1 q
X iK Z ij a i
j 1
q
n
i 1,2,..., m j 1,2,..., n K 1,2,..., q K 1,2,..., q
s.t
K 1 q K 1 q K 1
YKj Z ij b j
i 1
m
X ik X K d K YKj YK e K
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。
5.枢纽规划布局的一般流程
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）
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）。
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
F C jW j ( x x j ) 2 ( y y j ) 2
j 1
n


12
F — —系统总费用
n 4）模型求解 C jW j x j x j 1 n C jW j F 0 j 1 x 以 建立关于x, y的联立方程组，求得 n F 0 C jW j y j y j 1 y n C jW j j 1
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—— W K （决定枢纽的数目）； b.发点到选择枢纽点的流量—— X （决定枢纽的吸引规模）；
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）。
5）特点分析
弥补了重心法没考虑系统总费用的缺点；