交通规划与设计.pdf

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1、 交通规划与设计 实验指导书 石家庄铁道学院交通运输工程实验中心 1 实验一 交通规划模拟实验 一实验目的 道路交通规划是交通工程专业学位课，实践环节是该课程的重要组成部分。本次课程设计的主要目的是旨在从应用角度出发，通过对交通规划软件的学习和使用，巩固和加深对交通规划理论的理解，熟悉实际交通规划的步骤与方法，为今后从事相关工作或进一步学习打下良好基础。设计的主要任务是使用“交通规划模拟实验系统”进行石家庄市城市中心区的交通预测与分析。二实验设备 1、台式计算机。2、交通规划模拟实验系统软件“交通规划模拟实验系统”是我中心开发的能够进行城市与区域交通规划的辅助软件系统。该软件建立在交通规划四阶

2、段法的基础上，与目前国内外常用的交通规划软件具有类似的总体功能结构和数据处理流程。因此，掌握了该软件的操作方法，在今后使用其它交通规划软件时可以触类旁通。三实验内容 1、学习“交通规划模拟实验系统”使用方法 1.了解“交通规划模拟实验系统”的总体结构与数据处理机制，结合交通规划的总体过程，明确软件所需输入数据与输出结果。2.学习如何应用交通规划软件进行路网的建立，包括小区、节点和路段的抽象方法、编码规则、属性描述等。3.掌握使用“交通规划模拟实验系统”进行出行生成、出行分布、方式划分和网络配流的原理与操作方法。4.掌握如何结合实际项目对结果数据（包括表格和图形）进行分析，以及数据如何保存与转换

3、等。2 2、构建城市中心区道路网络 根据给定的地图与小区划分方案，使用“交通规划模拟实验系统”，对石家庄市城市中心区的道路网络进行计算机抽象处理，完成现状路网的构建工作。小区划分方案见图1，其中，11-18 小区是中心区外围小区，各小区中心至中心区外围边界的连接线长度统一按 10 公里处理。中心区主要道路的等级和属性见表 1 所示，构建路网时必须包含表中列出的所有主干道、次干道和支路，其它支路可以根据需要进行取舍。图 1 石家庄城市中心区交通小区划分方案 表 1 石家庄城市中心区道路等级（长度单位：km）路名 起止点 长度 等级 路名 起止点 长度 等级 和平路 中华大街-建设大街 2.6 主

4、干道 大经街 阜康路-中山路 0.8 支路 平安大街 和平路-裕华路 2.1 主干道 向阳路 胜利大街-平安大街 0.6 支路 裕华路 建设大街-中华大街 3 主干道 栗胜路 胜利大街-平安大街 0.6 支路 中华大街 和平路-裕华路 2.5 主干道 阜康路 胜利大街-平安大街 0.6 支路 建设大街 和平路-裕华路 2.1 主干道 清真寺街 宁安路-新华路 0.7 支路 中山路 中华大街-建设大街 3 主干道 民族路 中华大街-北小街 0.8 支路 胜利大街 和平路-裕华路 2.2 次干道 青年街 兴凯路-自强路 1.2 支路 车站街 中山路-裕华路 0.9 次干道 黎明街 新华路-永安路

5、0.8 支路 新华路 中华大街-公里街 1.1 次干道 长征街 和平路-中山路 1.2 支路 自强路 中华大街-车站街 0.9 次干道 栗康街 和平路-中山路 1.2 支路 兴凯路 中华大街-车辆厂街 1.1 支路 休门街 四中路-裕华路 0.3 支路 北小街 新华路-中山路 0.5 支路 四中路 平安大街-建设大街 0.9 支路 宁安路 中华大街-北荣街 0.8 支路 公里街 新华路-中山路 0.5 支路 正东路 公里街-建设大街 2 支路 车辆厂街 和平路-新华路 0.9 支路 东马路 大经街-平安大街 0.4 支路 3 3、中心区交通需求预测 中心区交通调查资料包括：现状年（2000 年

6、）各交通小区出行生成量（表 2），现状年各交通小区主要用地指标（表 3），未来年（2005 年）各交通小区主要用地指标（表 4），根据这些数据预测未来各交通小区的出行生成量。外围小区未提供用地数据，可根据人口增长趋势（表 5）按增长率法进行生成预测。内部小区的出行生成量可以使用 Excel 软件中的“多元回归分析”功能进行预测，具体的操作过程是：在 Excel 的菜单中打开“工具 加载宏”选项，在弹出的对话框中选择“分析工具库”并确定。再在 Excel 的菜单中打开“工具 数据分析”选项，在弹出的对话框中选择“回归”并确定，然后按照软件提示进行回归分析。其中，Y 值选取为内部小区出行发生或吸引

7、量，X 值选取为各小区现状用地面积（5 类）。运行回归分析后得到如下图结果：图 2 Excel 中的回归分析功能 根据现状年数据建立小区出行生成量与主要用地指标间的函数关系，该函数形式为：Y=a1*x1+a2*x2+a3*x3+a4*x4+a5*x5+b 其中，Y 为各小区出行发生或吸引量，x1-x5 为各小区 5 类用地面积，a1-a5 为自变量参数，对应图 2 中的 X Variable 1-5 的数值，b 为函数常数项，对应图 2 中的 Intercept数值。用上述函数关系式，根据未来的用地指标预测未来年小区出行生成量。外部小区的出行生成量可以使用 Excel 软件中的“趋势分析”功能

8、进行预测，具体的操作过程是：在 Excel 的菜单中打开“插入 图表”选项，在弹出的对话框中的左侧选择“XY 散点图”，右侧选择“平滑线散点图”，点击“下一步”。根据图表向导，选择需要预测的历史数据表格，生成趋势线图。用鼠标激活刚形成的趋势线图表，选择 Excel主菜单中的“图表 添加趋势线”选项，在“类型”菜单中选定“线性趋势线”，然后在“选项”菜单中选定“显示公式”及“显示 R 平方值”。根据图表向导，可以形成趋4 势线图、回归公式及相关系数（见图 3）。根据此回归公式可以通过历年人口增长趋势和现状外部小区出行生成量，用增长率法预测未来年的外部小区出行生成量。y=25.903x-51520

9、R2=0.904305010015020025030035040045019941995199619971998199920002001200220032004 图 3 Excel 中的趋势分析功能 表 2 中心区分区出行产生吸引量（单位：千人）小区编号 出行产生量 出行吸引量 小区编号 出行产生量 出行吸引量 1 279.5 271.69 10 180.11 244.52 2 75.78 108.67 11 232.8 135.84 3 219.29 217.35 12 49.1 67.92 4 81.1 81.51 13 169.3 122.26 5 66.51 95.09 14 33.2

10、 54.34 6 62.56 67.92 15 205.8 135.84 7 234.99 258.1 16 31.7 54.34 8 84.29 67.92 17 159.9 122.26 9 166.02 203.76 18 45.3 67.92 表 3 现状中心区分区用地面积（单位：km2）小区编号 对外交通用地 公共设施用地 工业用地 居住用地 其它用地 1 0.23 0.12 0.02 0.01 0.05 2 0.0.05 0.17 0.12 0.28 3 0 0.17 0.02 0.12 0.25 4 0 0.03 0.02 0.62 0.12 5 0.05 0.02 0.38 0

11、.08 0.05 6 0.03 0.03 0.04 0.42 0.10 7 0 0.35 0.01 0.01 0.01 8 0.01 0.02 0.03 0.67 0.07 9 0 0.12 0.01 0.53 0.19 10 0 0.13 0.01 0.61 0.27 5 表 4 规划中心区分区用地面积（单位：km2）小区编号 对外交通用地 公共设施用地 工业用地 居住用地 其它用地 1 0.28 0.13 0 0 0.02 2 0 0.23 0.05 0.1 0.25 3 0 0.28 0 0.06 0.22 4 0 0.13 0 0.51 0.15 5 0.01 0.15 0.29 0.

12、05 0.08 6 0.01 0.13 0 0.35 0.13 7 0 0.37 0 0 0.01 8 0 0.13 0 0.53 0.14 9 0 0.22 0 0.45 0.18 10 0 0.23 0 0.51 0.28 表 5 石家庄市历年人口统计（单位：万人）年份 1981 1982 1985 1986 1987 1988 1989 1990 人口 103.1 107 115.7 118.7 110.6 125.9 118.2 120.6 年份 1991 1992 1993 1994 1997 1998 1999 2000 人口 122.2 124.4 138 141 154.63

13、157.17 155 157.05 由于未对中心区现状出行分布量进行调查，因此需使用重力模型依据预测出行产生、吸引量对未来的出行分布矩阵进行推算。其中，重力模型阻抗函数采用指数函数，参数根据类似城市经验可取 0.7-1.5 之间（该参数反映了地区的机动化水平）。根据表 6 提供的调查数据，结合石家庄市未来交通政策与交通结构的发展趋势，进行方式划分预测。表 6 石家庄市居民出行方式构成（单位：%）年份 公交 小客车 自行车 步行 其它 2000(中心区)23.53 11.25 47.89 13.10 4.23 根据现状调查数据统计，石家庄市中心区道路机动车高峰小时为早 8：00-9：00，高峰小

14、时系数为 0.094。将预测的未来年机动车 OD 矩阵折算成高峰小时 OD 矩阵在现状网络上进行分配，并统计路网的主要指标（服务水平、平均饱和度等），分析主要的矛盾所在。分配方法可以根据实际情况选用，建议使用随机分配方法或均衡分配方法。6 四注意事项 1课程设计前，复习道路交通规划课程中的相关理论与方法。2在实验中心上机操作时遵守学生实验守则，爱护实验设备，保持室内整洁。3本次课程设计中所需的有关石家庄市城市中心区的基础资料、交通数据等，已在实验中心服务器上提供，上机操作的同学可到教师指定的地址下载。五实验报告 结合整个实验过程，撰写并提交实验报告。报告的主要内容应包括：实验目的；实验过程；结

15、果分析；设想及体会等。本次课程设计采用“优、良、中、及格、不及格”五级评分制，具体标准如下：1.课程设计最后得分由报告得分和平时得分组成，其比例分别为 70%、30%。2.报告及时提交，则根据报告的质量给予“优、良、中”中相应分级；未及时提交，则在报告质量分级基础上降一级；未提交报告，得分为“不及格”。3.抄袭报告或编造实验数据，得分为“不及格”7 实验二 三维选线设计实验 一实验目的 1.掌握建立选线系统三维地理环境的基本方法，了解其中所用到的地理信息。2理解数字正射影像图（DOM）和数字高程模型（DEM）的基本概念。3.了解三维可视化选线设计的基本概念。4.学会使用三维铁路选线设计软件在三

16、维环境下的铁路选线设计方法和流程，能够独立进行线路方案设计。5.完成某段铁路选线设计方案，输出设计方案的三维线路模型、三维漫游动画和设计成果数据。二实验原理 当今遥感技术，数字摄影测量技术，虚拟现实技术取得长足进步。这些数字测量产品包含非常丰富的信息量和信息类型。对卫星遥感技术在铁路选线中的运用，国内已有很多成功的实例，应用遥感新技术后，对铁路选线多了一个宏观手段，能发现许多不良地质现象，从而大大地提高了铁路选线质量，加速了铁路选线的进程，其经济效益和社会效益相当显著。三维遥感大幅度提高了计算机辅助设计的水平，更好的满足环境选线，景观选线，地质选线的要求，有利于多方案比选；提高选线质量。本实验

17、采用三维选线设计软件进行。系统中给定线路方案线的大地坐标，系统自动生成立体图景。通过对现实的地形地貌数字化可视化逼真模拟，再集成由遥感手段获取的可靠的工程地质资料。这样庞大复杂的线路设计得到简化。在三维地理环境中能实现三维空间表现能力，人机交互式操作环境，并具有身临其境的地理环境。三预习要求（1）收集国内外线路计算机辅助设计研究概况和铁路选线 CAD 发展趋势相关文献；（2）理解用于铁路线路设计的数字地形模型主要形式以及每种形式的优缺点；（3）了解多分辨率地形的基本概念和主要生成算法以及节点评价系统基本概念和8 主要内容；（4）了解三维地理环境的数据组织与管理算法；（5）了解铁路选线设计规范；

18、四实验仪器 CPU 奔腾 4 2.0GHz 以上，内存 512M 以上，硬盘 20 GB 以上的计算机一台。操作系统：WindowsXP，应用软件 Oracle9i 数据库，三维选线设计系统。五实验内容 完成多个选线设计方案，输出各个设计方案的设计结果。学会土石方工程量计算和方案比选的常用方法。掌握三维可视化设计基本流程和方法。1项目管理项目管理（1）新建项目 （2）导入数模 用户新建项目后，必须导入数字地形模型。9 （3）新建设计项目 当导入数模后，需要导入影像纹理。（4）设计控制信息 用户需要为新建项目的铁路等级、机车类型、设计速度等技术指标。10 （5）打开设计项目 当已经存在了一个完整

19、的设计项目时，用户可以打开一个已有的设计项目，只需选择原有项目的项目名称打开即可。2选线设计选线设计 可在正射投影模式（平面遥感正射影像图）、透视投影模式（三维环境）下进行选线设计，两种模式可实时切换。同时自动生成平面设计图、路基横断面图和纵断面交互设计以及直接在影像环境下的车站桥梁选择、在三维环境中可实时获取线路处的地质信息和地质知识，并通过超地图模型进行组织。线路可实时的进行线路方案的三维建模，浏览查看线路三维效果。11 平面设计方案的自动生成 路基横断面的自动生成纵断面设计 正射投影模式下选线设计 透视投影模式下选线设计 正射投影的选线模式 透视投影的选线模式 12 隧道出口端三维效果图

20、 输出三维方案线路到 AutoCAD 中 线路方案设计结果 13 实验三 城市轨道交通纵断面机助设计及制图实验 一实验目的 1.掌握和巩固线路纵断面设计的相关内容。2.掌握线路纵断面计算机辅助设计的概念及过程，提高计算机应用的能力。3.了解线路纵断面计算机辅助设计的开发原理。4.了解计算机辅助设计在实际设计中的应用及发展前景。5掌握城市轨道交通纵断面设计的基本流程，学会根据设计软学会在满足规范的前提下进行城市轨道交通纵断面的设计。6了解城市轨道交通纵断面设计的类型、规范要求和相关设计参数意义。二实验原理 本实验采用线路纵断面机助设计软件进行设计。该软件是以 Autodesk 公司出品的Auto

21、CAD2002 为平台，采用 ObjectARX 接口进行开发的线路纵断面机助设计系统，主要用于城市轨道交通线路纵断面的设计。软件可实现项目管理，基础数据管理，高程控制，交互拉坡，信息查询，规范检验，成果图的输出管理等功能。可在 AutoCAD 下通过调用标准命令来实现各项功能。三预习要求 复习线路纵断面设计的相关内容，包括纵断面拉坡的方法和原则，熟悉设计规范的要求等，并且能够熟练操作 AutoCAD 的基本操作。四实验仪器 CPU 奔腾 4 2.0GHz 以上，内存 512M 以上，硬盘 20 GB 以上的计算机一台。14 操作系统：Windows2000 或 WindowsXP，应用软件

22、AutoCAD2002，线路纵断面机助设计系统。五实验内容 1项目管理项目管理（1）应用程序加载 打开 AutoCAD2002，在“工具”下拉菜单中选择“加载应用程序（L）”操作 或直接在命令栏输入 APPLOAD 命令，然后在对话框中选择加载工作目录下的应用程序“UTLCAD.arx”，系统便自动调用系统的菜单，UTLCAD 系统安装完毕。（2）项目基本信息 用户设计项目时，必须设定项目的设计方式。当用户选择不同的项目设计方式，系统调用不同的项目设计菜单，用户根据所调的菜单进行设计。15 （3）新建设计项目 当用户执行“新建设计项目”操作后，系统弹出用户新建项目的保存路径对话框，用户选择好新

23、建项目保存位置后，系统为用户建立了一个项目文件夹。（4）技术经济指标 输入新建设计项目的技术经济指标。（5）设计控制信息 16 用户需要为新建项目假定设计的起点、起点设计高程和设计终点、终点设计高程以及，输入项目的断链信息。（6）打开设计项目 当已经存在了一个完整的设计项目时，用户可以打开一个已有的设计项目，只需选择原有项目的导向文件打开即可。2基础数据基础数据（1）基础数据系统输入 包括断链输，地面线，平面曲线，地质信息，施工方法数据。（2）基础数据文件导入 用户可以通过记事本文件或 EXCEL 文件的方式向系统基础数据库导入设计资料。17（3）基础数据更新 此操作是对系统基础数据库内的数据

24、信息进行更新操作。3拉坡环境拉坡环境（1）线路起点坐标设置 绘制起始坡段时用户需点击“线路起点坐标设置”操作，用户可输入起始坡段在界面上起点坐标，或直接在编辑框内输入坐标，也可以通过鼠标在 AutoCAD 界面上获取线路起点的坐标。（2）地面线生成 起始坡段线生成以后，用户点击“地面线生成”系统直接从基础数据库中调用地面线数据（3）网格线生成与关闭 用户在坡段设计时，需要以信息网格作为辅助，此操作可自动生成网格（4）平面曲线绘制 用户在纵断面设计时还需要平面信息作为参考，当用户点击“平面曲线绘制”操作，系统直接绘制平面曲线，并加以标注。4高程控制点的插入高程控制点的插入（1）插入控制点 当用户

25、点击“插入控制点”操作后，可向系统中插入单个的控制点。（2）修改与删除控制点 用户对所生成的控制点进行编辑修改和删除。（3）打开与关闭控制点 当不需要显示控制点时，关闭控制点则系统界面上的所有控制点被删除，但其在数据库中的记录仍然保留，用户点击生成控制点后，系统界面上将重新生成。18 5交互式拉坡交互式拉坡 系统在交互式拉坡阶段为用户设置了两种拉坡方式。自由拉坡 自由拉坡模块中用户可以执行插入变坡点和移动变坡点的操作，原始坡段的两端点固定不变，用户可在坡段上自由移动变坡点位置。（2）对话框定位拉坡 用户可通过此操作以准确输入的方式进行拉坡。当用户点击插入变坡点后，系统在命令栏提示用户选择插入位

26、置，只需在待插入变坡点的位置附近选择一点，系统会继续提示用户选择变坡方式。系统提供了五种变坡方式，即“桩号+前坡”、“桩号+高程”、“桩号+后坡”、“前坡+坡度”、“后坡+坡度”。用户选择好变坡方式后，系统弹出按用户选择的变坡方式对话框，在编辑框内用户可以准确的输入变坡点的位置。19 （3）修改变坡点竖曲线半径 系统会根据用户在经济技术指标中输入的竖曲线半径，自动为插入的变坡点配置竖曲线。此项操作可以对其进行必要的修改。（4）车站管理 用户可以向坡段中插入车站和删除车站，在整个纵断面上可以打开所有用户插入的车站图标和关闭所有的车站图标。6信息的查询信息的查询 用户在项目设计时，可对设计信息和基

27、础资料信息进行查询，UTLCAD 向用户提供了对设计线坡段、变坡点竖曲线设计单元要素的查询、控制点信息的查询、地质信息的查询、设计埋深的查询、平面曲线信息的查询。20 7设计成果的规范检验设计成果的规范检验 完成设计后需要检查设计成果是否符合规范的规定，UTLCAD 系统提供了规范检验的功能。系统按照地规的规定对用户设计坡段的最大坡度进行检验、对地下设计线最小坡度的检验、对车站坡度的检验、对竖曲线的检验、对设计线最小坡段长度的检验。由于一般城市轨道交通线路中控制点较多，系统除提供以上按规范规定的检验外，还对设计线对控制点的经过情况进行了检验。21 8出图管理出图管理 根据出图设置的顺序包括设置出图比例，图框设置，图栏目设置以及选择出图的内容。22 六思考题 1该软件是用于哪类纵断面的设计，如果是铁路纵断面设计软件，你认为需要哪些功能，有什么不同。2本设计软件的有什么特点及需要改进的地方。3阐述铁路纵断面设计坡度折减的方法。