基于TransCAD的城市交通分配模型研究_图文

1、第19卷第4期2007年12月宁波工程学院学报JOURNALOFNINGBOUNIVERSITYOFTECHNOLOGYV01.19NO.4DeC.2007基于TransCAD的城市交通分配模型研究李发宗,涂先库,訾琨(宁波工程学院,浙江宁波315016摘要:交通分配模型在城市交通规划中具有重要的地位,模型选择的好坏会直接影响今后城市的交通通行能力。本文对TransCAD中的交通分配模型的分配方法进行比较分析,选择其中的用户平衡分配模型来对某城市的交通流量进行分配,其结果能直观地反映城市交通分配情况,这为我们进行城市交通规提供了一种现实可行的方法,具有一定的实际意义。关键词:交通分配;模型;T

2、ransCAD;用户平衡中图分类号:U121文献标识码:A文章编号:10087109(200704001004交通分配是交通规划中的一个重要步骤,它是将调查得到的起迄点之间的出行分布数据(OD矩阵,按照一定的规划分配到路网中的各条道路上,从而推测各条道路上的交通量,并以此作为路网规划及设计的依据。目前国际上较通用、较成熟的分配模型主要有:基本均衡模型、一般均衡模型、阻抗不变分配方法和阻抗可变分配方法四种,而TransCAD中集成的交通分配模型基本覆盖以上几种通用模型,本文就是运用TransCAD对城市道路的交通分配模型进行研究。1软件介绍TransCAD是美国Calipe公司开发的专供交通专业

3、人士使用的交通地理信息系统软件(GIST,在帮助交通规划设计和运输管理行业人员及其相关组织机构存储、显示、管理及分析交通运输信息与数据。TransCAD集GIS强大的空间数据管理与分析能力、图形显示能力和交通模型构建、分析与管理能力于一身。提供各种交通模式、任何地理比例尺寸和任何细节程度的交通信息管理与分析功能。作为最早具备交通规划地理信息功能的软件,TransCAD为交通需求预测准备了一整套完善且又随时更新的工具,包括数字化地图、地理数据管理、地理坐标显示以及复杂的交通规划应用、操作研究以及统计模型。对于城市交通需求预测模型,TransCAD软件在GIS系统方面开创了新的方法理论,使交通规划

4、步骤简化、改进了需求模型的建模过程。TransCAD软件支持许多形式的交通需求预测模型,包括战略性规划法、四阶段交通需求模型、离散仿真技术、多路径选择模型以及经典的交通分配模型。TransCAD中的交通分配模型是十分实用和丰富的,在TransCAD软件中包含有七种交通分配模型,这些模型作为TransCAD中的集成软件包,大大的简化了交通规划工作者的工作量。2TransCAD中的交通分配方法长期以来,多种多样的交通分配模型已经得到开发与应用。TransCAD中的交通分配模型主要有全收稿日期:20071013作者简介:李发宗,男,宁波工程学院。基金项目:宁波工程学院校级科研项目(项目编号:2006

5、022李发宗,等:基于TransCAD的城市交通分配模型研究11有全无(All or Nothing、随机分配(STOCH、容量限制(Capacity restraint、增量分配(Incremental as. signment、用户平衡(UE、随机用户平衡(SUE和系统优化(System Optimum(如图l所示。模型作为TransCAD中的集成软件包,大大的简化了交通规划工作者的工作量。我,们把这七种模型分为非均衡模型和均衡量模型两类,非均衡分配是最早被采用的方法。最早的研究人员认识到交通存在“分配”,并 采取按等比例很直观的方法分配交通。非均衡模型,其原理是正确的,具有结构简单、概念

6、明确、计算简便等优点,只是处理分配过程的方法过于简单,造成分配结果与实际情况相差较大。近年来,在交通分配理论研究中,均衡分配方法由于能够比较真实,准确地再现和预测一定的交通需求在给定的路网上呈现的交通状态而取得了长足的发展。事实证明,路网上呈现的交通状态是单个使用者路线选择结果的集合。使用者的路径选择行为作用于图1TransCAD中集成的分配模型路网,使路网拥挤度分布及路线的阻抗发生变化,路线阻抗的改变反作用于使用者的路线选择。两者之间的作用与反作用最终导致了一个均衡状态。基于这种作用机制的认识,1952年Wardrop最初提出了交通量均衡分配原则。除了全有全无法和STOCH分配法外,Tran

7、sCAD中的所有交通程序都是根据路段性能函数(1ink performance functions迭代更新出行时间。路段性能函数是用数学公式来描述出行时间和路段流量之间关系。BPR(公用道路局公式是一个最常用的路段性能函数。BPR函数将路段出行时间表达为流T,量与通行能力之比的函数,公式为:t=f,1+d(二9t一为拥堵路段的出行时间t,一路段自由流出行时间v一路段流量c一路段通行能力a8一调校系数多年来,学者们提出了多种不同的相关函数,但BPR函数非常适用于在交通分配模型中使用。选用一组合适的参数,该函数可以表示很多种流量一延迟关系,因此BPR函数在TransCAD的交通分配模型中被采用为默

8、认的函数。(图2为典型的路段时间函数图2典型的路段时间函数流量平衡法考虑出行时间对流量的影响,从而导致在计算路段流量和出行时间时保持相互一致。平衡流量算法需要进行流量分配和计算出行时间之间的迭代。尽管计算量大,平衡法仍然总是优于其它的分配方法。1,宁波工程学院学报2007年第4期3TransCAD交通分配的实现我们运用TransCAD中的用户平衡分配方法来对某城市的道路进行交通分配。用户平衡法采用一个反复的过程来得到一个平衡解,在这种方法中旅行者不能通过改变路线来改变旅行时间。在每一次迭代中,路段交通量都会重新计算,计算中同时考虑了路段通行能力和运行时间。首先我们在TransCAD中导入已经调

9、查好的了某城市某段道路区域的交通网络文件,在TransCAD中显示如图3所示。 图3某城市道路的交通网络图剞H2Tl 21H托l和5l 2'HMI 羽5巧12纠27I215425l 095a45a2,7213S215422323nZ121OQ 1衢'8739553735001722们1.钔5玎2421351310000钔0蚋21723091明00001抽3针4832371391饨5呻5B65304483541舢2%1420加4锄10254165Z23Z晡104位16423515122G 1¨i70B036844322加38445212%3强304Z35t站1912呻5

10、25419615908411S1.593372"154412171451810751171962%tlr.嚣口r 503345i舶i24n5Z 3崛180160310941212372154473聃213345130'87Z53331图4城市交通网络上节点的交通流量矩阵然后导人该城市某段道路区域的交通网络上各节点的交通流量矩阵(如图4所示。然后选择软件中的交通分配对话框中的分配方法,我们这里选用的是用户平衡(UE分配方法。方法选取如图5所示。选择交通需求矩阵文件,选择需要进行分配的需求矩阵,根据所选方法的不同,选择时间、通行能力及预分配等网络字段。根据所选方法的不同,作出Gl

11、obals全局设置,其中包括在有关编辑框中分别输入最大迭代次数(iterations、收敛标准(convergence、流量延误函数的参数alpha和beta、及误差项(er-ror,在Function下拉列表中选择一个函数。 图5TransCAD交通分配模型的选择lil6TranscAD城市交通分配结果相关的参数设置好后,就可以执行交通分配了,TransCAD交通分配结果如图6所示。根据用户作出的选项的不同,TransCAD可能会建立一个包含通过关键路段的小区到小区的0一D流量矩阵文件,建立所选节点的转弯流量表,流量和V/C比的频率分别表,显示V/C比的色彩主题图和车流量的比例符号主题图。在

12、TransCAD中选择用户平衡模型,TransCAD在进行交通流分配时,通过多次迭代过程达到收敛结李发宗,等:基于Trans.CAD竺垫壹交通分配模型研究13果,即使出行者改变路径也不可能再改变出行时间。在每次迭代中,计算路网的路段流量,当路段通行能力不足时,将限制路段流量和出行时间(依赖于流量。这样节省了计算时间,能较快地得出交通分配的结果。用户平衡模型在城市交通规划的初期能起到一定的指导意义。4结论TransCAD软件包中集成的交通分配模型为我们进行城市交通流分配的应用提供了一种实际可行的方法,我们可以运用TransCAD中提供的交通分配模型,根据城市道路交通流量的实际情况来进行模型的选择

13、,只有选择适合各种交通网络的模型来对交通流进行合理的分配,才能为我们进行城市交通规划提供科学依据。TransCAD中的用户平衡分配模型具有计算时间短,运行速度快,能从分配模型图上直观地了解到城市路网中各路段的交通流分配情况,对我们进行城市交通优化具有较强的指导意义。参考文献:1沙滨,袁振州,缪江华,曹守华.基于TransCAD的交通需求预测研究J.山西科技,2006(1.2潘艳荣,邓卫,翟长旭,.TRANSCAD软件在轨道交通客流预测中的应用J.交通与计算机,2006(1.3姚宏伟.TransCAD软件在高速公路交通量预测中的应用J.沈阳工程学院学报(自然科学版,2005(44张平平,储浩.交

14、通检测器在现代交通中的应用J.宁波工程学院学报,2005(2.5庄焰,吕慎.基于TransCAD的城市道路阻抗模型研究J.交通标准化,2005(10.Study on Trll伍C Assignment Function for Urban Based on TransCADLI Fazong,TU Xianku,ZI Kun(NingbO University of Technology,Ningbo,Zhejiang,315016,ChinaAbstract:Traffic assignment model plays813.important role in urban traffic

15、planning,Choices of the models directly affect urban traffic capacity.The thesis analyzes the assignment methods of the traffic assignment model, the models in TransCAD.We chose User Equilibrium model in TransCAD to distribute urban traffic flow,The results can directly reflect the assignment of urb

16、an traffic,which provides a practical and feasible approach for US to plan urban traffic and shows the practical significance to the applications,Key words:Traffic assignment Model TransCAD User Equilibrium 基于TransCAD的城市交通分配模型研究作者:李发宗, 涂先库, 訾琨, LI Fa-zong, TU Xian-ku, ZI Kun作者单位:宁波工程学院,浙江,宁波,315016刊

17、名:宁波工程学院学报英文刊名:JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY年,卷(期:2007,19(4被引用次数:2次参考文献(5条1.沙滨.袁振州.缪江华.曹守华基于TransCAD的交通需求预测研究期刊论文-山西科技 2006(012.潘艳荣.邓卫.翟长旭TRANSCAD软件在轨道交通客流预测中的应用期刊论文-交通与计算机 2006(013.姚宏伟TransCAD软件在高速公路交通量预测中的应用期刊论文-沈阳工程学院学报(自然科学版 2005(044.张平平.储浩交通检测器在现代交通中的应用期刊论文-宁波工程学院学报 2005(025.庄焰.吕慎基

18、于TransCAD的城市道路阻抗模型研究期刊论文-交通标准化 2005(10相似文献(10条1.期刊论文俞礼军.严宝杰.YU Li-jun.YAN Bao-jie两类交通分配模型算法的关系及其应用-西安公路交通大学学报2001,21(2针对两类(4个交通分配模型及其关系,以及“全有全无”交通分配模型归类问题进行了研究,通过对比研究发现,仅需在目前常用的基于容限交通分配模型的算法中加入一个模块即可实现一种用户平衡模型的结果,为编写一类用户平衡的软件提供了捷径,对理论与实践也有一定的指导价值。2.学位论文任刚交通管制下的交通分配算法研究2003所谓交通管制下的交通分配就是模拟城市道路网络中实施交通

19、管制措施后的交通流分布模式,它是城市交通管理规划的关键技术,更是论文的研究主题.以该主题为核心,论文的研究范畴可划分为四个部分:交通管制措施、交通分配问题、受交通管制措施影响的交通分配问题以及由交通分配过程优化的交通管制措施.前两部分是基础,第三部分是核心,第四部分则是对第三部分的拓展,这四部分构成一个彼此联系、完整统一的研究框架.城市交通网络中存在哪些交通管制措施?这些措施如何对交通分配产生影响?论文的第一部分回答了这2个问题,从而明确论文需要重点考察的措施.对一般交通分配问题的研究与应用已有相当丰富的成果,论文的第二部分解释交通分配与平衡分析的有关概念,系统介绍并分析用户平衡(UE分配的基

20、本模型及算法.随后简要回顾基本模型在弹性需求、动态分配和建模工具等方向上的扩展,尤其对一般化UE问题和随机用户平衡(SUE问题作了重点讨论.鉴于国内外现有研究的不足,关于交通管制下的交通分配算法研究需在以下几方面得到加强:带转向延误的非对称多模式平衡模型及算法;带转向延误和禁止的最短路径算法;交通网络的有效数据模型.这3个方面构成了论文的第三部分内容.3.期刊论文刘小艳.金宝辉.黄新建一种新的静态多路径交通分配模型-交通标准化2003,""(10通过运用决策理论的思想对现有的两类静态多路径交通分配方法进行对比分析,提出决策系数的概念,将出行者个人行为引入交通分配模型,建立一

21、种新的静态多路径交通分配模型,可使交通需求预测的结果更加精确,具有一定的实际意义.4.学位论文朱志高考虑城市环境交通容量的交通分配模型研究2009传统交通分配模型并没有将交通对环境的影响嵌入到交通流分配方案的产生过程中去,导致部分路段或交叉口污染物浓度远远超过国家标准,形成城市中污染物浓度严重超标的走廊地带。而在实际情况中,由于环保意识的提高,尤其是道路两边的居民出行安全、健康等因素的考虑,要求释放到路段上的污染物总量不能超过某一确定的安全标准;同时还应保证道路两侧污染物浓度尽可能相等,以使交通网络附近的居民受到相同程度的危害,即所谓的公平性目标。因此,研究考虑城市环境交通容量的交通分配问题,

22、具有很强的理论价值和重要的实际意义。本文以国家自然科学基金项目“城市道路交通网络空气污染控制关键问题研究”( No.50778041为依托,以考虑城市环境交通容量的交通分配模型为核心,开展研究。论文首先详细分析了城市环境交通容量的影响因素,在此基础上分别建立了路段环境交通容量模型、路段环境交通容量与交通结构优化模型和城市宏观环境交通容量模型,并分别进行了实例分析,探讨了路段环境交通容量与路段(物理容量的协调关系。论文介绍了交通分配和平衡的概念、用户平衡交通分配模型与算法以及其模型的扩展,在此基础上,分析了传统平衡交通分配模型的不足,并根据不同的研究层面,对平衡交通分配模型进行了分类。论文对路段

23、阻抗函数模型进行了扩展研究。首先分析了路段阻抗函数基本模型的特性及不足;随后基于排放因子与路段平均车速之间的函数关系,推导出了考虑污染物排放量的路段阻抗函数模型,并分析了其特性;分析了不同公交车比例考虑污染物排放量的混合交通流路段阻抗函数模型特性;推导出了考虑污染物排放量的路段阻抗函数边际贡献模型并分析了其特性。论文分析了考虑城市环境交通容量的交通分配模型建模的要求和对策,在充分考虑车辆的排放特性的基础上,分别建立了考虑城市环境交通容量的固定需求、弹性需求交通分配模型,并给出了相应的求解算法。最后,论文对研究成果进行了总结,并提出了进一步研究的方向。5.期刊论文周申培.吴超仲.ZHOU She

24、n-pei.WU Chao-zhong环境导向的城市交通分配模型综述-交通与运输2007,""(z1交通分配是智能交通诱导和控制的重要理论依据,研究基于因素的城市交通分配模型极具理论价值和实际意义.考虑环境因素的交通配流问题还刚刚起步,无论是模型的构建还是算法的设计与改进都仍有待于进一步的研究和探讨.系统地综述了目前国内外基于环境因素的交通分配的典型模型和算法,并提出其今后需要改进和发展的方向.6.学位论文王山川联合多方式划分/交通分配模型的研究2006传统四阶段法将交通需求预测分成四个阶段进行,针对各个阶段开发的模型,特别是方式划分和交通分配阶段,一般都包含反映交通服务水

25、平的变量。由于计算分阶段进行,导致了交通服务的变量在各个阶段并不一致。针对此问题,国外一些学者进行了联合模型的研究,但研究仅限于两种交通方式(主要是轨道交通和小汽车方式。在我国,特别是城市交通系统,存在多种交通方式,如轨道交通、常规公交、出租车、小汽车、自行车等,因此本论文以对联合模型为研究核心，其他内容围绕此展开。论文首先对方式划分模型进行了研究，利用在北京调查的非集计数据，建立了 RP(RevealedPreference模型、SP(StatedPreference模型和融合数据模型。模型结果表明：融合模型不仅可以克服RP数据的属性范围受限和相关的问 题，而且可以钝化SP数据的对政策变量的

26、过分敏感性。 在以往对交通领域中平衡问题研究的基础上，提出了多种方式运行下网络平衡的概念，即在多种交通方式运行的网络上，给定OD交通量情况下，出 行者无法通过改变出行方式或出行路径，获得更小的广义费用，此种状态达到多方式运行下交通网络平衡。并根据各种交通方式运行时与小汽车流的相 互影响关系，提出了交通方式分类方法，以此分类法为基础，建立了联合多方式划分和交通分配模型，进行了等价性和唯一性证明，给出了模型算法。 算法中，提出使用黄金分割法修正小汽车流对第二类交通方式流的影响。最后给出了联合模型的一个算例，进一步证明了模型和算法的有效性。 7.期刊论文 罗艾花.刘叶青.谷明涛.LUO Ai-Hua

27、.LIU Ye-Qing.GU Ming-Tao 容量制约下交通分配模型的组合同伦 方法 -河南科技大学学报（自然科学版）2008,29(3 针对带容量制约的交通分配模型进行分析变形,对简化后的模型提出了一种新方法:基于预估-校正的组合同伦方法,给出了算法的实现过程,分析了算 法的收敛性,并通过实际交通分配的算例说明了算法的可行性,为解决带容量制约的交通分配模型提出了一个有效方法. 8.学位论文 王朝英 昆明城市交通分配模型研究及应用 2004 交通分配是将各交通分析区域间的出行交换量,按照一定的模型方法分配到各条具体路段上.交通分配方法能否客观地反映实际交通流情况,取决于城 市交通网络有关参

28、数的合理确定以及交通分配模型本身的完善与否.最优化理论、计算机技术,特别是地理信息系统的发展为交通分配模型的研究提供了 坚实的基础.TransCAD软件是地理信息系统与交通需求模型相结合的先进的宏观交通仿真软件.TransCAD系统为昆明城市交通分配模型的研究和应用提供 了先进的软件平台.由昆明理工大学交通学院牵头进行的"昆明城市交通综合整治及近期实施方案研究"项目中,大型的交通现状调查为科学的交通分配提 供了数据,出租车OD调查为交通分配提供了原始OD矩阵.由于交通分配在交通规划中占有重要的地位,所以在项目中需要进行可靠的交通分配.在项目组的 专家提出了交通整治方案之后,

29、还需要在规划交通网络上进行交通分配,用来对方案进行宏观评价.本文在先进的TransCAD软件平台上,进行了昆明交通分 配模型的研究和应用.首先建立了昆明市区交通网络的GIS地图并进行了网络属性的标定,确定了众多的交通分配模型参数;应用矩阵反推技术得到了较为 合理的OD矩阵;根据昆明城市的实际交通情况进行了分配模型的评价与筛选.把选定的交通分配模型应用到实际的交通整治项目中,对交通整治方案进行了 宏观评价.本文对交通分配模型的研究方法,具有独立性、可重复性和可发展性,它虽然是应交通整治项目的需要而提出的课题,但是它又可以从该项目 中 剥离出来,作为独立的单元应用于其他的交通规划项目. 9.期刊论文 刘炳全.王明军.LIU Bingquan.WANG Mingjun 基于终点的用户均衡交通分配模型求解算法 -现代电子 技术2008,31(22 用户均衡分配模型是更接近实际交通状态的分配模型,它是建立在出行者总选择起迄点间交通时间最短的路径作为出行路线的行为假设基础上的.分 析基于终点的用户均衡交通分配模型,