Bài giảng quy hoạch mạng lưới đường phần 1

- Tập trung vào các vấn đề như nhu cầu giao thông trong tương lai; mối quan hệ giữa những hệ thống giao thông, các tiện ích, việc sử dụng đất, các hoạt động kinh tế xã hội; những ảnh hưở

KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG

BỘ MÔN CẦU ĐƯỜNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH GIAO THÔNG ĐÔ THỊ 3

1.1 Định nghĩa 3

1.2 Quy hoạch giao thông đô thị 3

1.3 Quy trình quy hoạch giao thông 3

1.3.1 Xác lập mục tiêu (Formulation of goals and objectives): 4

1.3.2 Thu thập số liệu (Inventory): 4

1.3.3 Phương pháp phân tích (Analytical methods) 5

1.3.4 Dự đoán (Forecasting) 5

1.3.5 Thiết lập phương án (Formulating of alternative plans) 5

1.3.6 Đánh giá (Evaluation) 5

1.3.7 Thực thi (Implementation) 5

1.4 Mô hình mạng lưới đường 5

1.4.1 Mô hình vòng xuyên tâm 6

1.4.2 Mô hình nan quạt 6

1.4.3 Mô hình ô bàn cờ 7

1.4.4 Mô hình ô bàn cờ chéo 8

1.4.5 Mô hình hỗn hợp 9

1.4.6 Mô hình tự do 10

1.5 Lựa chọn mô hình mạng lưới đường 11

1.6 Các chỉ tiêu đánh giá mạng lưới đường đô thị 12

1.6.1 Hệ số gãy khúc: 12

1.6.2 Mật độ lưới đường chớnh: 12

1.6.3 Mật độ diện tích đường (γ) 13

1.6.4 Mật độ diện tích trên đầu người dân 13

CHƯƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH QUY HOẠCH GIAO THÔNG 15

2.1 Mô hình trực tiếp 15

2.2 Mô hình dự báo nhu cầu 4 bước 16

CHƯƠNG 3 XÁC ĐỊNH NHU CẦU VẬN TẢI (TRIP GENERATION) 0

3.1 Xác định số chuyến phát sinh bằng phương pháp hệ số tăng trưởng: 0

3.2 Phương pháp phân loại tương ứng 1

3.3 Phân tích hồi quy 3

3.3.1 Các dạng hồi quy: 3

3.3.2 Mục tiêu của phân tích hồi quy 4

3.3.3 Biến số trong hàm hồi quy 4

3.3.4 Đánh giá hàm hồi quy 5

3.3.5 Áp dụng hàm hồi quy vào mô hình phân tích nhu cầu phát sinh 8

CHƯƠNG 4 PHÂN BỔ NHU CẦU VẬN TẢI (TRIP DISTRIBUTION) 9

4.1 Các phương pháp hệ số tăng trưởng 9

4.1.1 Phương pháp hệ số đồng nhất 9

4.2 Phương pháp hệ số tăng trưởng bình quân 10

4.2.1 Phương pháp hệ số tăng trưởng Detroit 10

4.4 Mô hình hấp dẫn 13

4.4.1 Mô hình hấp dẫn Drew 16

CHƯƠNG 5 PHÂN CHIA PHƯƠNG TIỆN GIAO THÔNG (MODE CHOICE) 19 5.1 Mô hình phân tích tương quan hồi quy 19

5.2 Mô hình xác suất lựa chọn phương tiện vận tải của mỗi cá nhân (Logit model) 22

5.2.1 Hàm thoả dụng và bất thoả dụng 22

5.2.2 Mô hình logit đa nhõn tố 23

5.2.3 Mô hình phân tích hành vi 24

CHƯƠNG 6 PHÂN CHIA LƯU LƯỢNG TRÊN TOÀN BỘ MẠNG LƯỚI 5

6.1 Phương pháp ấn định lưu lượng cho tuyến ngắn nhất 15

6.1.1 Thuật toán tìm đường ngắn nhất 16

6.2 Phương pháp phân chia theo tỉ lệ 19

6.2.1 Phương pháp đa nhân tố áp dụng ở California 19

6.3 Phương pháp năng lực giới hạn 20

6.3.1 Mô hình sử dụng bởi cục đường bộ Mỹ 20

6.3.2 Phương pháp Drew 21

6.4 Phân chia lưu lượng hành khách công cộng 22

6.5 Tổng kết 22

6.6 Hành vi giao thông của cá nhân và gia đình 23

6.7 Xác định lưu lượng trên mạng lưới đối với vận tải hàng hoá 23

CHƯƠNG 7 QUY HOẠCH GIAO THÔNG CÔNG CỘNG 25

7.1 Mô hình chi phí 25

7.1.1 Mô hình chi phí xe buýt: 25

7.1.2 Cách thức tiến hành 26

7.2 Thiết kế và vận hành hệ thống giao thông công cộng: 30

7.3 Năng lực vận chuyển đường sắt 32

7.4 Thiết kế vận hành 33

7.5 Thiết kế vận hành xe buýt : 36

7.6 Khả năng thông hành của giao thông công cộng 38

7.7 Kế hoạch tuyến đường 39

7.8 Khoảng cách giãn xe 40

7.9 Xây dựng thời gian biểu 42

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ QUY HOẠCH GIAO

THÔNG ĐÔ THỊ

1.1 Định nghĩa

- Quy hoạch là quá trình hướng đến tương lai, chuẩn bị cho tương lai

- Quy hoạch giao thông là một quá trình chuẩn bị những tiện ích và dịch vụ cho tất cả những phương tiện cho nhu cầu giao thông trong tương lai

- Tập trung vào các vấn đề như nhu cầu giao thông trong tương lai; mối quan

hệ giữa những hệ thống giao thông, các tiện ích, việc sử dụng đất, các hoạt động kinh tế xã hội; những ảnh hưởng đến kinh tế, xã hội, môi trường của phương án quy hoạch đề nghị; những yêu cầu về tài chính, đồng thuận của các cấp cơ quan và người dân đối với phương án đề nghị, …

1.2 Quy hoạch giao thông đô thị

- Mục đích:

1 Nhằm đảm bảo nhu cầu đi lại được nhanh chóng, tiện lợi và an toàn, từ đó:

2 Phân tích thiếu hụt của các tiện ích giao thông hiện tại;

3 Đánh giá yêu cầu trong tương lai

- Phương pháp tiếp cận chung:

1 Xác định nhu cẩu giao thông: Quy hoạch cho vận chuyển con người và hàng hóa;

2 Xác định khả năng cung cấp: Vị trí, công suất (capacity) và các tiện ích giao thông

- Phương pháp tiếp cận chi tiết:

1 Trình bày các phương pháp thu thập thông tin;

2 Phát triển các mô hình giao thông, các phương thức giao thông trên cơ sở các thông tin thu thập được

1.3 Quy trình quy hoạch giao thông

UTP = UT (nghiên cứu) + UT (mô hình)

UT (nghiên cứu) : Tính toán tại thời điểm hiện tại (t = 0)

UT (mô hình) : Tính toán tại thời điểm tương lai (t = T)

Có rất nhiều phương pháp để diễn tả quy trình quy hoạch giao thông:

Hình 1.1 Quy trình quy hoạch giao thông đô thị

1.3.1 Xác lập mục tiêu (Formulation of goals and objectives):

- Xác định mục đích của việc làm quy hoạch, các việc cần làm, thời gian hoàn thành;

- Xác định các vấn đề (problems) và các ràng buộc (constrains);

Ví dụ: Mục đích chung (goal): Cải tạo an toàn giao thông;

Mục đích chi tiết (objectives):

- Giảm thiểu tai nạn giao thông;

- Giảm chấn thương và tử vong do tai nạn giao thông;

- Tăng cường an toàn giao thông cho từng đối tượng sử dụng đường

1.3.2 Thu thập số liệu (Inventory):

- Thu thập số liệu (data collection);

Dự đoán Thiết lập phương án Đánh giá Thực thi

Kinh tế - xã hội: thu nhập, lực lượng lao động, số lượng xe máy, ôtô đăng ký (car ownership)

Kiểu đi lại: Như thế nào, ở đâu, khi nào, …

Quan trắc tình hình hiện tại và cách ứng xử của người sử dụng đường (driver behavior)

Kiểu đường: Đường cao tốc, đường nội bộ, …

- Phát triển mô hình phù hợp hệ thống giao thông hiện tại và tương lai

Sử dụng thông tin từ bước 2 để phát triển các mô hình;

Sử dụng các mô hình để dự đoán nhu cần giao thông trong tương lai

1.3.4 Dự đoán (Forecasting)

- Dự đoán tình hình tương lai;

- Yêu cầu: Dự đoán về dân số, các hoạt động kinh tế, xã hội, Thông thường,năm tính toán (target year) là 5 – 20 năm

1.3.5 Thiết lập phương án (Formulating of alternative plans)

Nhiều phương án được đưa ra để so sánh, đánh giá trên cơ sở đó lựa chọn một phương án phù hợp nhất

1.3.6 Đánh giá (Evaluation)

- Trình bày các phương án;

- Đánh giá các phương án: Khảo sát và thử tất cả các phương án nhẳn chọn ra phương án tốt nhất thỏa mãn mục tiêu để ra như tính khả thi về kỹ thuật và kinh tế, môi trường và xã hội

1.3.7 Thực thi (Implementation)

Dự trù kinh phí hoạt động: Thiết kế chi tiết; Đấu thầu; Tài chính

1.4 Mô hình mạng lưới đường

Sơ đồ hay mô hình mạng lưới đô thị phụ thuộc vào điều kiện địa hình, điều kiện lịch

vòng xuyên tâm, hình nan quạt, bàn cờ, bàn cờ chéo, hỗn hợp nhiều dạng và sơ đồ

tự do

1.4.1 Mô hình vòng xuyên tâm

Thường thấy ở các đô thị cổ châu Âu như Moscow, Paris, Lyon, London…

Đặc điểm: các đường hướng tâm nối trung tâm với các khu phố xung quanh Các đường vòng đai nói liền với các khu vực của đô thị với nhau và sử dụng cho vận tải quá cảnh

Ưu điểm: Liên hệ giữa các khu phố với nhau và giữa các khu phố với trung tâm

được thuận tiện và thời gian chuyến đi ngắn

khó khăn cho việc tổ chức giao thông, bố trí các gara, nơi đỗ xe…

Hình 1.2 Mạng lưới đường ở thủ đô London như hình vòng tròn xuyên tâm

1.4.2 Mô hình nan quạt

Thường gặp tại các đô thị nằm ven bờ biển, ven sông, ven hồ

Đặc điểm: Là một nửa của sơ đồ vòng xuyên tâm, gồm các đường hướng tâm và

các đường đai (đường ngang) bao quanh khu trung tâm nối liên các khu phố với nhau và với khu trung tâm

Mụ hỡnh mạng lưới đường kiểu này co cỏc ưu và nhược điểm của mụ hỡnh vũng xuyờn tõm

Hỡnh 1.3 Mạng lưới đường ở thủ đô Moscow như hình nan quạtMạng lưới đường ở thủ đô Moscow như hình nan quạtMạng lưới đường ở thủ đô Moscow như hình nan quạt

Ưu điểm: Đơn giản, thuận tiện cho việc quy hoạch xõy dựng nhà cửa, cụng trỡnh và

tổ chức giao thụng, khụng gõy căng thẳng giao thụng ở khu trung tõm

so với sơ đồ vũng xuyờn tõm đơn điệu về mạng lưới

Hình 1.4 M¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè San Francisco nh− M¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè San Francisco nh− M¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè San Francisco nh− « bµn cê« bµn cê

1.4.4 Mô hình ô bàn cờ chéo

Tương tự như mô hình ô bàn cờ người ta thêm các đường chéo hướng vào khu trung tâm để giảm khoảng cách đi lại giữa các khu vực với nhau và từ các khu vực vào khu trung tâm

Ưu điểm: Khắc phục được các nhược điểm của mô hình ô bàn cờ

hoạch xây dựng nhà cửa, xuất hiện các ngã sáu, bảy, tám làm cho việc tổ chức giao thông phức tạp hơn

Hình 1.5 M¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè Chicago nh− « bµn cêM¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè Chicago nh− « bµn cêM¹ng l−íi ®−êng ë thµnh phè Chicago nh− « bµn cê « chÐo« chÐo

1.4.5 Mô hình hỗn hợp

Đây là sự kết hợp giữa mô hình vòng xuyên tâm và mô hình ô bàn cờ Mô hình này

có mạng lưới đường phố thao dạng ô bàn cờ trong khu trung tâm và hướng tam ra phía ngoài

Ưu điểm: Giảm bớt được lượng giao thông lớn tập trung về một điểm, đồng thời

khoảng cách đi các hướng cũng được rút ngắn

Hình 1.6 M« h×nh hçn hîpM« h×nh hçn hîpM« h×nh hçn hîp

Hỡnh 1.7 Mạng lưới đường ở thMạng lưới đường ở thMạng lưới đường ở thủ đô Berlinủ đô Berlinủ đô Berlin như ô bàn cờnhư ô bàn cờnhư ô bàn cờ, vòng tròn xuyên, vòng tròn xuyên, vòng tròn xuyên tâm hỗn tâm hỗn

hợphợp 1.4.6 Mụ hỡnh tự do

Hướng của cỏc đường phố tự do tuỳ theo điều kiện địa hỡnh, điều kiện phõn bố khu dõn cư, khu cụng nghiệp… với mục đớch đảm bảo đi lại tiện lợi và giỏ thành hạ

Hình 1.8 Mạng lưới đường ở thủ đô Bangkok

1.5 Lựa chọn mô hình mạng lưới đường

Bảng 1.1 Đề xuất một số mô hình mạng lưới đường chủ yếu trong từng khu

2 Khu công nghiệp nhẹ,

tiểu công nghiệp

Đường phố chính cấp 2, đường khu vực

đường khu vực, đường nội bộ

4 Khu công nghiệp nặng Đường khu vực, đường nội

bộ

5 Khu vui chơi giải trí Đường phố chính cấp 2,

đường khu vực, đường nội bộ

6 Khu vực cơ sở hạ tầng

xã hội

Đường phố chính cấp 2, đường khu vực, đường nội bộ

1.6 Các chỉ tiêu đánh giá mạng lưới đường đô thị

Cụ thể sử dụng một số chỉ tiêu cụ thể sau để đánh giá

độ nhỏ, xe cộ phải đi lại vòng vèo, mất nhiều thời gian Thông thường, người ta cho

rằng khoảng cách hợp lý giữa các tuyến đường chính khoảng 800m – 1000m Khi

đó, mật độ đường chính 2 – 2.5 km/km2

Khi ấn định mật độ đường chính, cần chú ý:

Khu vực trung tâm đô thị, giao thông tập trung, mật độ đường chính có thể lớn hơn

so với khu vực xung quanh và ngoại ô

Đối với đô thị nhỏ và trung bình, mật độ đường chính thường nhỏ hơn so với đô thị lớn

Bảng 1.2 Mật độ đường chính theo quy mô đô thị

Quy mô dân số

(ngìn người)

<50 100 250 500 1000

δ 1.5 1.6 – 1.7 2 – 2.5 2.8 – 3 3.2 – 3.5

Khi đường tương đối hẹp, mật độ đường chính nờn bố trí cao hơn so với nơi đường

cú chiều rộng tương đối lớn, có năng lực thông xe cao hơn

L : Chiều dài đường từng đoạn;

B : Chiều rộng đường tương ứng;

F : Diện tích dùng đất của đô thị

Diện tích dùng đất dành cho đường bao gồm diện tích dùng đất cho bến xe, quảng trường, đường các loại Ở Los Angeles γ = 50%, New York γ = 35%, Paris (khu trung tâm) γ = 24%, Tokyo (23 khu) γ = 13.5%, nội thành Hà Nội γ = 8%

1.6.4 Mật độ diện tích trên đầu người dân

m n

B

λ = ∑( × ) =

(m2/người) Với

L : Chiều dài đường (m);

B : Chiều rộng đường (m);

n : Số dân của đô thị;

m : Mật độ nhân khẩu (người/m2)

Theo quy định của Trung Quốc, λ= 6 – 10 m2/người dùng cho thời gian trước mắt (5 – 10 năm), λ= 11 – 14 m2/người dùng cho tương lai (15 – 20 năm) Ở Hà Nội, đường nội thành chỉ đạt λ= 3.38 m2/người

CHƯƠNG 2 CÁC MÔ HÌNH QUY HOẠCH GIAO THÔNG

Mục tiêu cuối cùng của mô hình giao thông là xác định lưu lượng giao thông trong tương lai: , , ( )

,

Vp i m j k r

Từ điểm đi i (origin i) đến điểm đến j bởi nhóm k cho mục đích p dùng phương tiện

m bằng đường r ở năm t Có thể được viết lại như sau:

Với D là hàm nhu cầu, S là hàm cung cấp hay mức độ phục vụ (level of service)

ứng với nhu cầu cho trước:

2.1 Mô hình trực tiếp

Một lý thuyết liên quan đến nhu cầu đi lại đề nghị rằng người đi đường lựa chọn đi lại một cách đồng thời chứ không theo một chuỗi các bước liên tiếp, do đó mô hình

dự báo phải xây dựng dựa trên lý thuyết trên

Công thức Quandt and Baumol xác định nhu cầu đi lại liên thành phố như sau:

8 7

*

3

* 2 1

0 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )a

IJ a IJ

IJK a IJ

IJK a IJ a IJ

IJK a IJ a J a I

D

D H

H H

C

C C

P P a

Ở đây:

Q IJK : Lưu lượng đi lại giữa thành phố J và J theo phương tiện K

P J , P J : Dân số của I và J

C IJ* : Chi phí đi lại tối thiểu giữa I và J

C IJK : Chi phí đi lại giữa I và J bằng phương tiện K

H IJ : Thời gian đi lại tối thiểu giữa I và J

H IJK : Thời gian đi giữa I và J bằng phương tiện K

D IJ* : Tần suất khởi hành của phương tiện được sử dụng nhiều nhất

D IJK : Tần suất khởi hành của phương tiện K

Y IJ : Tỉ lệ thu nhập trung bình giữa I và J

a 0 a 8 : Các tham số xác định

• Mô hình này, phương trình nhu cầu phát sinh đồng thời cũng là nhu cầu phân

bổ, sử dụng các biến số về đặc điểm sử dụng đất (dân số), đặc điểm kinh tế

xã hội (thu nhập), và đặc tính sử dụng các phương tiện vân tải giữa các vùng (chi phí, thời gian đi lại, tần suất phục vụ) để xác định nhu cầu theo từng

phương thức vận tải giữa các vùng (Q IJK)

• Với các đô thị lớn, việc xác định và ứng dụng mô hình 1 bước là không khả thi Mô hình 1 bước với quá trình tính toán đơn giản có thể sử dụng ở những khu vực có số lượng vùng ít và mạng lưới giao thông không quá phức tạp, được sử dụng phổ biến để tính toán lượng cầu phản ứng nhanh

2.2 Mô hình dự báo nhu cầu 4 bước

Theo mô hình 4 bước, các yếu tố cơ bản tác động đến hành vi giao thông được liệt như sau:

1 Quyết định đi lại với một mục đích nhất định(nhu cầu phát sinh)

2 Lựa chọn nơi đến (phân bổ nhu cầu)

3 Lựa chọn phương tiện vận tải (lựa chọn phương tiện)

4 Lựa chọn tuyến hoặc đường đi (xác định mạng lưới)

Hình 2.1 sẽ minh hoạ các bước dự báo nhu cầu đi lại Trong mô hình này đầu ra của một bước là đầu vào của bước tiếp theo Trong mỗi bước các biến độc lập và các biến phụ thuộc sẽ được sử dụng

Hình 2.1 Quy trình dự báo nhu cầu vận tải 4 bước

Nhận xét:

• Nhiều quan điểm chống lại quy trình dự báo nhu cầu 4 bước truyền thống Người ta cho rằng chúng khá cồng kềnh, tốn kém và đòi hỏi một khối lượng dữ liệu lớn;

• Ở những thời điểm nhất định, mô hình này phụ thuộc vào số liệu của các phần khác, và kết quả đạt được bởi qui trình tính toán bước lặp chứ không phải một nghiệm tối ưu trực tiếp;

• Sai số tại mỗi bước tính toán sẽ ảnh hưởng đến các bước tiếp theo vì đầu

ra của một bước sẽ là đầu vào của một bước kế nó;

• Nhu cầu vận tải phát sinh là không phụ thuộc vào đặc điểm của cung vận tải và các tiến bộ về mặt công nghệ vận tải…;

• Mặc dầu có các nhược điểm như vậy mô hình dự báo này vẫn được sử dụng phổ biến, lý do cơ bản nhất là mô hình này đã qua nhiều thử nghiệm thành công và phương pháp xác định được xây dựng rất hoàn chỉnh Quá trình dự báo 4 bước nói chung được sử dụng như một phương pháp chủ yếu cho đến ngày nay

Đặc điểm KTXH và sử

dụng đất

Nhu cần phát sinh Phân bổ nhu cầu Chọn lựa phương tiện Xác định mạng lưới

Lợi ích trực tiếp của người sử dụng Đặc điểm của hệ thơng

GTVT