道路交通系统模型

1、道路交通系统模型董志国陈必壮潘敏荣（上海市城市综合交通规划研究所上海市铜仁路号）摘要：上海市道路交通决策和运行管理需要道路交通模型发挥更重要的定量支撑功能。本文从既有道路交通规划模型，扩展深化其功能、规模、精度，形成道路交通系统模型。对道路交通系统模型的总体设计，和网车流模拟模型、道路交通预测模型、道路项目评价模型三个功能模块研制思路、关键技术及应用进行详细阐述。关键词：交通模型、交通预测、项目评价、道路交通上海道路交通模型历经多年发展己形成了以支撑路网规划和重大建设项目前期研究为主的道路交通规划模型，模型规模为个交通小区，道路总长约公里，约万个和万个，宏观预测精度控制在以内，重大项目预测精度

2、离国际先进水平（±）稍有差距。既有模型在上海第二次综合交通规划、上海市交通白皮书、内环高架交通研究分析等纵多规划、工程项目中发挥了重要作用。今后，上海道路交通决策和运行管理需要上海道路交通模型发挥更重要的定量分析功能，提供更全面的技术支撑服务，为此需要进一步扩展深化既有模型功日匕，和规模，提高模型反应时间和模拟精度的道路交通系统模型。研究范围从前期偏向于中心城市内部拓展到整个市域、区域等更大范围，研究层面从前期偏向于规划层面延伸到规划、近期建设、日常（包括全天、白天、早晚高峰、平峰）运行管理全过程各个阶段，研究的交通系统从前期偏向于骨干路网系统向次、支路网系统细化。模型总体设计研制目

3、标从既有的道路交通规划模型，转变为集道路交通规划、建设和运行管理于一体的道路交通系统模型，为道路交通全方位决策提供定量分析技术服务。）功能上，加强路网车流模拟功能，完善道路交通预测和项目评价功能；）规模上，从宏观向中观拓展，交通小区从个拓展到个、路网从万、万个扩展到万个、万个；）精度上，现状网络模拟冬，宏观预，重大项目预。功能设计根据研制必要性的分析，道路交通系统模型可细化为路网车流模拟模型、道路交通预测模型和道路项目评价模型等三大功能模块，各模块的功能具体设计如下：网络车流模拟模型）机动车分类上，实现对小汽车、大客车、小货车、大货车、出租车、摩托车等车种车流状况的模拟）出行时期上，拟）出行时

4、段上，模拟实现现状季度、半年、全年日均机动车流出行分布进行模实现早高峰、晚高峰、平峰、白天、全天各车种车流状况）空间分布上，模拟车流的城郊分布、地带分布、区县分布、交通小区分布等情况）模拟结果统计分析功能，具备中心区、外围区、郊区等分区的车公里统计；各机动车车种的出行距离、载客人次；及包括快速路、主干道、次干道、支路道路网交通流量统计功能道路交通预测模型）机动车分类上，实现对小汽车、大客车、小货车、大货车、出租车、摩托车等车种车流车次总量及运行状况的预测）出行时期上，实现近期、中期、远期日均机动车流出行分布预测）出行时段上，实现早高峰、晚高峰、平峰、白天、全天各车种车流分布预测）空间分布上，预

5、测车流的城郊分布、地带分布、区县分布、交通小区分布等情况）模拟结果统计分析功能，具备中心区、外围区、郊区、新城等分区的车公里统计；各机动车车种的出行距离、载客人次；及包括快速路、主干道、次干道、支路道路网交通流量统计功能。道路项目评价模型）在网络车流模拟模型和道路交通预测模型的功能基础上，实现变需求评价功能，对道路网现状运行状况、道路网近期优化方案、道路网中远期规划方案进行评价）道路网饱和度：地带饱和度、道路饱和度、路段饱和度等）道路网车速：地带车速、道路车速、路段车速等）道路网时耗：出行时耗、地带时耗、道路时耗、路段时耗等）尾气、油耗结构设计道路交通系统模型由基础模块和功能模块组成，基础模块

6、主要是道路网模型，它是各功能模块的基础；功能模块包括网络车流模拟模型、道路交通预测模型、道路项目评价模型。它们之间的结构关系如图。图道路交通系统模型结构网络车流模拟模型研制思路网络车流模拟模型是通过校核线、中心城快速路及部分城市交叉口调查数据对现状年一定时期内的车流状况进行模拟，全面反映全市的交通运行状况。该模型研制思路具体见图所示，在车辆出行抽样调查基础上，结合综合交通模型的人员出行特征及用地情况确定各地区车流出行总量；根据各校核线穿越流量控制车流空间分布；然后利用多次迭代模拟控制模拟精度，最后输出车流运行状况。校核线从既有模型的条增加到条，控制路段从个增加到个。同时根据高架线圈数据对延误函

7、数进行了更新，并变单车种流量分配为多车种流量图网络车流模拟模型研制技术路线分配。车流需求分析抽样扩算本次车辆出行需求是在年第三次大调查抽样率的车辆出行调查基础上，对当年出行分布进行扩算，再根据年上半年机动车拥有量、条校核线断面流量调查数据及年校核线车流增长情况对车流出行空间分布进行扩算与修正。车流总量至年月底，上海市机动车注册车辆达到万辆，根据以下公式（）推算年上半年工作日全市日总车次为万。垤（。×咖×）公式（）其中，一日总车次车型分类总数啪车辆拥有各车种的换算系数；，如标定过程及取值见图。车种年上半年日出行率步骤年抽样调查出行率换算系数私人小客单位小客大客车出租车小货车大

8、货车摩托车步臻嚣荐藩馨鼗嚣签鬻雪洛步确定每车次载客人裁并根据年人员机动化出行总人魄再次修正各车种出行率岳聘根据年车辆拥有、各校核线穿筵总流少臻量以及人员机动化出行总人次与年对应值的比值，确定年各车种出行军图日出行率标定过程图空间分布网络车流模拟模型车流空间分布采用了和既有模型形成的三维平衡技术、重力模型技术和观测流量反推技术，在观测流量反推上由既有模型的条校核线观测量增加到了条校核线，及部分城市主次干道交叉口观测流量。空间分布的具体标定流程如下图所示，图是年机动车流的空间分布情况。步骤以年抽样产查为基础根据年各校核线车澶变化，标定各车种个区域宏观空间结构步骤：确定睁用地变，调整各交通分区的各车

9、种车流出行量步骡标定个区域的各车种车流出行距离分布步骡选定个控制路段，观测年实际路段车流量，进行车流结构反推图空间分布标定流程图年机动车流分布网络容量分析网络结构现状道路网络总长万公里，路网车流模拟模型的路网规模达到万个和万个。与既有模型相比，分别增加和，基本覆盖中心城快速路、主次干道和支路及郊区三级公路及以上道路。网络容量路网容量估算上海市全市路网可容纳机动车的能力，经计算现状网络容量为约万公里小时。计算公式为：删（×厂¨×）公式（）其中，单车道通行能力，本次模型对高架快速路单车道通行能力，利用中心城高架线圈数据，采用流量速度关系进行重新标定，考虑多车道折减后单

10、车道通行能力为。路段车道数凡多车道折减系数。交叉口绿灯时间权重路段长度流量分配延误函数不论使用什么方法进行交通分配，首先遇到的问题就是如何衡量路径阻抗。流量分配是以考虑拥挤对综合阻抗的影响为基础和前提的，而考虑的方法则是借助延误函数，即路段的综合阻抗与路段上通过的机动车流量之间关系函数。一般来说，道路的综合阻抗并不是常数，而是随着该路段上交通量的增加而增加。路网车流模拟模型的综合阻抗采用公式所示的表达式，依此按照不同速度分区和道路等级，共设置自行车延误函数、机动车在一般道路的延误函数和机动车在无平面交叉口、无非机动车道路的延误函数三大类，个延误函数。互砟互其中：综合阻抗行程时间行程距离阻抗费用

11、阻抗行程距离通行收费单位：分钟单位：分钟单位：分钟单位：分钟公式（）单位：分钟单位：分钟时间距离换算系数单位：分钟公里，时间费用换算系数单位：分钟元多车种流量分配既有模型道路流量分配采用平衡分配算法，采用分配方法，即自行车、公交车、摩托车、出租车、小客车、大客车、小货车、大货车共个车种依次叠加分配。而多车种流量分配算法能够真正实现多个车种同时在网络上进行流量平衡分配计算，避免了既有模型的单车种流量分配法中，流量分配受车种分配次序影响的缺陷。图网络流量分配模拟精度选取个中心城主要道口断面，比较观测流量与模拟流量差异情况，误差绝对值平均值为。其中误差绝对值小于的路段占观测路段总数的，误差绝对值在的

12、路段占，误差绝对值大于的路段占。实际应用从主要提供个地带层面、个时段（全天白天）的运行状况指标，改进为能够提供个区县、个时段（全天白天早高峰日间平峰晚高峰）的运行状况指标，不仅可用于道路交通整体特征研究（如上海综合交通年报），还可用于道路交通网格化管理。图是年上半年个区县的道路交通运行状况进行评价项目中黄浦区的评价结果。指标黄滞区，内坪内中心壤，垒市长度（公里）罔络供应车遁公里容（万公里，小时）总车砍（万车攮需求，日）日车公里（）跚螂”摹“运行状况高峰供雨比白天车速（）置，道路交通预测模型研制思路图黄浦区运行状况道路交通预测模型是通过预测外来年机动车流总量及空间分布，总体把握车流运行趋势状况。

13、该模型的研制思路具体见图所示，在现状网络车流模拟模型基础上，结合社会经济发展、用地规划、交通政策、交通网络规划建设及综合交通模型的人员出行特征预测各地区车流出行总量；并根据各校核线历年穿越流量增长趋势预测车流空间分布，输出车流预测结果。车流预测车流总量年车流总量预测考虑有无私车拍照拍卖政策两种情况，分别为万和万。年车流总量预测考虑机动车拥有量高、中、低三种情况，预测其车流总量分别为万、万和万。空间分布社济以现状车流分布为基础，根据宏观预测指标，以及用地变化，预测各交通分区出行量，根据用地结构变化，预测出行距离变化，初步确定预测车流空间分布，再根据校核线供需比，修正车流宏观结构，反复多次上述过程

14、至出行距离、校核线供需比等趋于合理，得到未来年最终的车流空间分布。敏感性分析用交交规一捌一第，一络设规捌骨络滚量分雹硬舅结果图道路交通预测模型技术路线道路交通预测受到社会经济发展、用地规划、交通政策、机动车拥有量等多种因素影响，其中任何一项因素发生变化，对预测结果都有一定的影响。社会经济的发展刺激消费，致使各种社会活动增加，势必增加交通出行量。不同类型的用地性质对交通有着不同程度的影响，比如同是一块用地，若为商业类型则势必会吸引大量的交通，而为居住用地则是交通的发生源。交通政策变化也是如此，鼓励公共交通出行，则私人机动交通出行量维持在一个较低水平；鼓励私人交通出行，则公共交通萎缩等。采用法、概

15、率树等方法，对既有模型预测偏差原因进行分析，发现车辆拥有、用地、交通政策是造成预测失真的主要外在原因，因此，需要重点加强此类因素的不确定性分析，提高预测结果的可靠性。实际应用道路交通预测模型主要用于道路交通未来发展态势的宏观预测，并为道路项目具体方案评价提供初步预测结果。在私车牌照拍卖政策交通预测影响评估项目中利用敏感性分析对年是否有私车牌照拍卖政策对交通影响情况进行了预测评价，如图所示。路同运行水平高峰供需比白天车速（咀）年年政策不变年取消政策图私车牌照拍卖影响道路项目评价模型研制思路道路项目评价模型是指根据道路交通现状分析结果，或道路交通需求发展预测，对道路收费项目，或对道路网近期（年）设

16、施改善、管理优化等方案，或对道路中远期（，年）网络规划方案进行测试和评价。变需求评价技术既有道路评价模型以固定需求为基础的方案评价技术，无法应对道路收费等运行管理类方案评价，此次研制道路交通评价模型从固定需求方案评价技术，改进为变需求方案评价技术，主要采用诱增交通量、方式转移、路径转移等方法，针对道路项目具体方案对车流需求的反作用力进行深入研究。道路网中由于新建道路或原有低等级道路的改善，改变了道路使用者出行道路条件或交通条件，从而使道路使用者原有出行行为发生变化，刺激产生更多交通量，即诱增交通量；随着公共交通出行条件、道路条件改善，出行人员可选择的交通方式多，在出行方式上会相互转移；路径选择

17、发生变化则产生的更远出行距离的出行起点或出行终点。应用变需求评价技术不仅能够提高原模型在网络规划、工程建设等项目评价上的预测精度，而且还能够扩大模型的适用范围，比如收费等方面的运行管理类项目。运用道路评价模型对局部段收费方案造成车流路径转移影响分析，得到收费与不收费情况午进浦尔机场通道流量分布，收费后部分流毓转向转向他道路，图局部段收费方案造成车流路径转移影响结束语道路：苎通系统模，但是在新砰王武卜对觊仃模型道路交通规划模型的深化和扩鹱其讲究地嘲璺、研究屡断兜宽、模拟精度更精确。该模型在道路网懈化运管胖、私乍牌照拍史政策交越预驯影评估、局洲段收费方案选成车流路径转移影响舒析等瑚卜发挥秘！作川，

18、为道！；交通建改、运营和管理提供了重要的技术支撑参考文献海汀城订综卉交通圳划；究所卜脚城，吏强分析剃两！洲【】海城似稼台交通枷划研究所街环舟殳通模刑体系第程叮，性研究阍溪召判忠强多模变。求络随机下衡慎系统羁！理沱山法电，）【二（道路交通系统模型作者：作者单位：董志国， 陈必壮， 潘敏荣上海市城市综合交通规划研究所 上海市铜仁路331号 2000401. 陆锡明.陈必壮.董志国 上海综合交通模型体系研究会议论文-20072. 黄正锋.王景辉.Huang Zhengfeng.Wang Jinghui 超级拥挤公交网络均衡配流期刊论文-武汉理工大学学报（交通科学与工程版）2012,36(3)3. 张翛.杜豫川.孙立军 基于二流理论的城市干道交通模型会议论文-20044. 吴涛.牛惠民 多路径配流模型的一种改进算法期刊论文-兰州铁道学院学报2003,22(3)5. 蒋涛.刘澜.文子娟.JIANG Tao.LIU Lan.WEN Zi-juan 公交网络系统的随机均衡配流模型期刊论文-交通科技与经济2006,8(4)6