基于四阶段法的交大周边的交通规划

1、 交通规划课程作业学 院 ： 交通运输学院 专 业 ： 铁道运输 组 长 ： 贺俊源14251191组 员 ： 王 祥 14251205 何佳奇14251190郑 澳14251184陈红言14251185董乐谦1425118620引言随着北京市经济社会的持续发展，城区私家车拥有量的持续增加，学校附近的交通状况日益严峻，利用暑期社会实践的机会，我小组对交大附近的交通状况进行了一次调查评估。运用交通规划等课程所学知识，以北京交通大学周边为规划区域，利用transCAD软件对规划区域进行交通小区的划分、路网构建、OD反推以及四阶段法等工作。交通规划（狭义）通常是指根据对历史和现状的交通供需状况和地区

2、的人口、经济和土地利用之间的相互管理的分析研究，对地区未来不同人口、土地利用和经济发展的情形下，交通运输发展需求的分析和预测，确定未来交通运输设施发展建设的规模、结构、布局等方案，并对不同方案进行评价比选，确定推荐方案，同时突出建设实施方案（包括建设项目时序、投资估算、配套措施等）的一个完整过程。通过对现在交通量的测算及对未来交通量的预测，分析交大附近区域交通拥堵的原因，给出改进的意见和建议。调查实践概述交通规划属于交通工程的一部分，是为设计达到公路和城市道路交通建设的发展目标的策略、过程和方案。作为交通运输学院的必修科目，学生应该掌握对城市、区域不同范畴的交通需求预测和综合交通运输系统规划的

3、共同原理、步骤和方法的提炼。本次交通规划设计实验旨在将理论与实践结合，通过交通流数据的采集，进行交通调查，研究交通与土地利用，实现交通网络布局的规划与设计，并完成交通需求量的预测。调查实践内容由交通调查实验和交通规划实验两部分组成。交通调查实验的内容具体为:1.统计分析RTMS 检测器全天的交通流检测数据，绘制交通流三要素流量、密度（占有率）、速度之间的关系曲线，并针对某一位置某一交通时段（大于1小时）对比分析人工测量数据与自动检测数据之间的误差；2. 以北京交通大学周边区域的几个典型交叉口为调查对象，对交叉口各路口的流量、流向和停车延误调查分析交通规划实验部分的具体内容为以北下关为规划区域，

4、完成对所选区域的交通量调查，利用实际测得的数据，得到对调查区域交通小区划分、现状路网划分、社会经济指标统计、OD反推分布交通量、四阶段法交通需求预测、道路负荷度评价。一、会议记录：8月4日，我们小组开了第一次实验会议,贺俊源主持会议，具体内容就是安排规划交通量调查实验的任务分工。8月3日，我们小组开了一个短会，会议内容为安排合作测定北京交通大学周边各个路段的交通量。  8月11日我们小组开了第三次会议，内容为具体商量实验报告的内容，并给每位成员安排任务。 交通规划实验报告交通软件TransCAD使用软件概述TransCAD是第一个供交通专业人员使用而设计的地理信息系统(GIS)，用来

5、储存，显示，管理和分析交通数据。TransCAD把GIS 和交通模型的功能组合成一个单独的平台，以提供其他软件无法与之匹敌的各种功能. TransCAD可用于任何交通模式，任何地理比例尺寸，和任何细节程度。TransCAD的特点是易学易用，其主要技术特点是：菜单驱动、直观明了的用户界面；一整套建模技术和方法；全面的二次开发和脚本宏语言；支持.NET；构建于自主开发的强大的交通地理信息系统平台之上；同时支持几乎所有的其他地理信息系统；容易从其他规划软件转换；互联网查询和发布功能。在使用transCAD之前的准备工作在使用TransCad时，该软件会产生很多附属文件，如果不进行分类管理将会非常凌乱

6、，所以我们做如下准备工作：（1）新建一个文件夹，里面存放本次任务的所有内容（2）在这个文件夹下新建如图所示图1-1文件的存放与分类其中Area文件夹存放小区地理文件，Cent文件夹存放质心地理文件，Matrix文件夹存放各个矩阵文件，Table文件存放相关表格，Net存放网络文件， Street文件夹存放道路地理文件，截图文件夹存放所有相关截图。划分交通小区交通小区是具有一定交通关联度和交通相似度的节点或连线的集合，随时间、关联度和相似度的变化而变化，反映城市路网交通特征的时空变化特性。从交通小区的概念出发，可以得出交通小区具有如下特性：(1)同质性：在同一个交通小区内部具有相似的交通特征。(

7、2)关联性：在同一个交通小区内部，所有的路段在物理上都是具有邻接关系的；在交通特性上，也是相互影响较大的交叉口或路段的集合。(3)动态性：由于交通流在不断运动，交通状态在不停地发生变化，所以交通小区也是在不断变化。(4)稳定性：这是动态交通小区的必要条件。稳定性是指交通小区动态划分方案能保持相对稳定，变化不能太频繁。（虽然决定交通小区动态划分方案快慢的主要依据是城市道路网络交通状况动态变化的快慢程度，但是由于交通控制策略或者诱导策略都需要一定的时间去适应一种新的交通小区方案，所以需保证交通小区的稳定性。）(5)自组织性：由于城市道路网络交通流内部存在自组织现象，所以自组织特性是交通小区的本质特

8、征。交通小区划分方案的变化过程就是城市道路网络交通流的自组织过程。实际上城市交通系统总是存在源自于内部或者来自于外部的干扰而远离平衡态，所以交通系统的自组织过程是时刻存在的。根据北京交通大学附近的路网特性，以及本次调查的范围限制，再根据用地性质，即将用地性质分为教育科研用地，仓储用地，商业用地等不同的用地性质，根据交通规划原理书中介绍的小区划分原则划分小区，即：(1)同质性。区内的土地使用、经济、社会等特性应尽量一致。(2)以铁路、河流等天然屏障作为分区的界限。(3)尽量配合行政区的划分。(4)分区的过程中要考虑道路网保持分区的完整，避免将同一用途的土地被分开。(5)分区数量适当，数量太多将加

9、重规划的工作量，数量太少又会降低调查和分析的精度。在此基础上，分析小区周边的道路网特征以及用地特征，西南处地处中关村，有中关村南大街等路线可以抵达，吸引能力较强，西北角有中央民族大学等具有较高的发生和吸引能力的发生吸引点，东南角与西直门交通枢纽相接，吸引能力很强，中间包围着北京交通大学。根据各个地块的不同特点分析，最后得到小区的划分，共划分为9个小区，考虑到我们小组能力有限，为划分外部小区。划分交通小区结果如下图所示：图1-2交通小区的划分路网构建路网构建打开交大周边的截图，创建路网图层street1。建立好的路网图如下图所示Street的默认属性属性为ID、Dir、Length，添加属性路名

10、Name，起终点A Node、B Node，断面交通量AB_Count、BA_Count，行驶时间AB_Time、BA_Time，通行能力AB_Capacity、BA_Capacity，速度speed，车道数lane。节点层node属性就用系统默认的属性。然后用绘图工具画出路网，并输入相应的数据。数据标注路段的名称、长度、起点、终点、车道数、速度、通行能力、实际交通量和行驶时间。图1-3 交通路网的构建在数车过程中，我们小组以10分钟为一个阶段记录数车数，记录时间为1个半小时，处理数据的时候将其转换为小时交通量，标明流量的方向，以便记录AB count 和BA count.建立好的路网数据库如

11、下图所示：图1-4创建小区质心，并将质心连接至路网（1）先将第一步处理好的小区地理文件打开，勾选以质心形式输出，保存为名字是cant的文件里，如图3-3-7所示，勾选Options的第二个。图1-5接着打开路网图，将保存的cant文件导入到路网图中。在Tools-Map EditingConnect将质心与路网相连，在Fill选项卡中将Node Field设置为Index。Fill with选择IDs from area layer，则质心与路网相连接了。在操作过程中选择好需要的格式。图1-6连接好的图如下图所示：图1-7创建逻辑网络文件在transCAD中，为路网创建的线类型地理文件只是一个

12、包含了属性数据的地图，为了能在路网中进行路径分析、交通分配等，还需要在这个地理文件的基础上创建网络（networks）文件。点击菜单栏NetworksCreat，对话框如下图所示。在Other Link Field中选择Time、Capacity、Count。在net文件夹，存储为net1文件。为反推和后续交通流分配做准备。图1-8进行OD反推OD分布量调查是一项非常耗时耗力成本很高的工作，所以我们借助TransCAD用实测的道路交通量进行OD矩阵反推省去这项工作，但是我们应该知道，在现实中，这并不能代替准确的OD调查。（1）首先我们需要创建一个新的矩阵，这个矩阵的对角线上全是0，其余全为1.

13、第一步先打开小区地理文件map，选择file-new-matrix,命名为OD base，如下图所示：图1-9在value填写1将其变为全为1的矩阵再调整。接着创建好的全新矩阵如图所所示：图1-10（2）接着我们进行OD 矩阵反推。选择street图层，点击菜单栏Planning-OD Matrix Estimation，在Matrix File栏选择刚刚建立的初始矩阵OD_Base，在Time，Capacity和Count栏分别选择对应的选项，方法默认为用户平衡，阻抗系数设置为默认none，Iterations为迭代次数，Convergence为收敛系数，这里均设为默认值，点击OK。图1-1

14、1确认进行反推得到的基年OD数据如下图图1-12（3）根据推出的OD矩阵和之前的小区划分图做出如下的交通期望线做出了小区间的交通期望线如下图所示。图1-13交通需求预测四阶段法四阶段法交通的发生与吸引预测在利用进行TransCad人口预测之前，先建立一个初始表，字段和说明如下：表1-14各数据说明字段名字段说明ID小区编号P_BASE现状年出行产生量A_BASE现状年吸引产生量POP_BASE现状年人口数量P_FUR未来年出行产生量A_FUR未来年出行吸引量POP_FUR未来年人口数量（1）要预测发生和吸引交通量要用到线性回归的方法，所以需要先建立数据表。点击File-New-Table，选择

15、Fixed-format binary表示固定模式的二进制，点击OK，所示建立数据表后，添加属性现状发生量P_BASE，现状吸引量A_BASE，现状的人口数量POP_BASE，将来人口数量POP_FUR，将来的发生量P_FUR，将来吸引量A_FUR。建立好的如下图所示。图1.16(2）完成这些以后我们就开始建立预测模型，估计回归模型参数。将图层置为area层，在菜单栏中选择StatisticsModel Estimation。在Independent选项卡选择自变量为基年人口数POP_BASE，加入Estimation Fileds。在Dependent选项卡中选择因变量为基年发生交通量P_B

16、ASE，点击OK保存模型，命名为Pro，则完成对发生量的模型估计。重复上部分内容，在Dependent选项卡中选择因变量为基年吸引交通量A_BASE，点击OK保存，命名为Att，完成对吸引量的模型分析、图1-17（3）完成这些以后，我们就可以运用模型对未来的发生交通量进行预测。也可以运用原单位法来预测未来的交通量，参考北京市城市区域人口增长数据，去年均人口自然增长率为4.5%。点击菜单栏StatisticsModel Evaluation。打开之前保存的发生预测模型，出现Forecast窗口。在Results In中选择将来发生量P_FUR，将对应的Forecasted Variable选择为

17、POP_FUR，点击OK，系统自动将结果填入P_FUR中。四阶段法将交通分布预测的结果转换为OD矩阵四阶段法的第二步-把交通的发生与吸引量预测获得的各小区的发生与吸引交通量转换成个小区之间的空间OD量，即OD矩阵。（1）首先是为了对小区的出行生成量进行分析，我们要将数据表和交通小区建立联系。打开我们的小区文件，在菜单栏中选择Dataview-Join，将两个相连接，通过ID，如下图所示。这样两个文件就联系起来了。图1-18（1） 在上面所列的数据表中发生与吸引交通量并不平衡，此时需要通过调整使两者的和相等。点击菜单栏Planning-Balance将Vector1和Vector2分别 选为P_

18、FUR和A_FUR，方法选择固定变量1，即将来吸引量。如1-19所示图1-19（2） 右键点击A_FUR，选择Fill，选择Formula，将Field List选择为A_FUR，即将平衡后数据填入将来吸引量中，方可关闭此窗口。至此，完成了出行的发生吸引预测。画出发生与吸引交通量的柱形图，建立柱形图，以便于更直观的了解和分析未来发生与吸引交通量的变化情况。首先，将小区作为当前的活动窗口，运用小区未来发生量P_FUR和未来吸引量A_FUR的数据建立未来三年间小区发生量与吸引量的柱形图如图1-20所示图1-20（3） 分布交通量的预测一般有两类方法，分别为增长系数法和综合法，增长系数法又包含常系数

19、法、平均增长系数法、底特律法、福莱特法、福尼斯法。综合法包括重力模型法、介入机会模型法、最大熵模型法等，借助transcad内部已置入的模型我们可以利用这些模型完成预测。生成小区间的出行阻抗矩阵首先，打开路网数据，将node层设为可见并设置为当前层，点击数据，如图1-21图1-22（4） 选择菜单栏Selection-Select by Condition，在Enter a Condition中输入index<>null，如下图3-3-21所示，则质心点被选择了出来图1-22（5）选出质心点之后，就可以对质心点之间的阻抗进行计算。选择菜单栏中Networks/PathsMultip

20、le Paths，输入建立的网络文件，确定，将时间设为最小，并选择Matrix File选项，点击OK后保存在Matrix文件夹下。得到阻抗矩阵图1-23（6）增长系数法需要打开两组数据，一个是之前反推的现状OD矩阵，还有一个是未来年的出行发生吸引量数据表。点击菜单Planning TripDistribution Growth Factor Method。在右下角的发生吸引量分别选择P_FUR和A_FUR，点击OK保存。预测结果如下图1-24所示：图1-24（7）重力模型是一种最常用的模型，他根据牛顿的万有引力定律，即两物体之间的引力与两物体的质量之积成正比，而与他们之间距离的平方成反比类推

21、而成。重力模型法相对增长系数法而言步骤较多，需要先建立小区阻抗矩阵，并标定重力模型中的参数，最后才能运行模型。这些都是由重力模型本身的性质所导致的。在用重力模型预测出行分布量之前，需要准备好小区地理文件，现状OD分布矩阵，现状小区间的阻抗矩阵，并将小区地理文件选为当前活动窗口，如图1-25所示图1-25（8）标定重力模型的参数，点击菜单栏PlanningTrip DistributionGravity Calibration，Matrix file为反推的OD矩阵。下方Function选择Inverse Power，右边的阻抗矩阵选择之前建立的阻抗矩阵，点击OK保存。得到b为重力模型标定的参数

22、如下图1-26图 1-26（9）点击菜单栏PlanningTrip DistributionGravity Application。在General选项卡中选择好发生与吸引量，Productions中选择P_FUR，Attractions中选择A_FUR。在Function Factors选项卡中的Factions Comes From选择Inverse，并在b中填入之前得到的系数。右边选择之前建立的阻抗矩阵。点击OK保存。如图1-27所示。图1-27交通流分配图3-3-27交通流分配是本课程的重点和难点之一，最优化理论，图论，计算机技术的发展，为交通流分配模型和算法的研究以及开发提供了坚实的

23、基础。（1）矩阵的索引和转换。打开未来年份的OD矩阵，在矩阵中的某一点点击右键，选择Indices这一项，这里我们选择新建索引，在Field栏选项Index，在下面Selection栏选择Selection，选择OK。然后在Matrix Indices中将两项都选择为New。将图层置为street，点击菜单栏PlanningTraffic Assignment，将网络文件加载，将方法选择为User Equilibrium，点击OK后保存。分配数据如下图1-28所示。图1-28（2）点击菜单栏PlanningPlanning UtilitiesCreat Flow Maps。作出流量分配图。如图1-29所示：图1-29（3）预测结果如图