交通系統(tǒng)建模主要有哪幾種模型
提問(wèn)者: 房昌|瀏覽 117 次|提問(wèn)時(shí)間: 2015-01-03
已有 1 條回答
仲孫軍勤
2016-11-09
最終答案
包括宏觀模型、中觀建模和微觀建模。一、概述中觀交通模型介于宏觀模型與微觀模型之間,從分配方法上可將宏觀、中觀、微觀模型大體作如下歸納:宏觀模型:主要基于道路路段路阻延誤函數(shù)的交通流量分配;中觀模型:主要基于交叉口延誤計(jì)算,但也可結(jié)合使用路阻延誤函數(shù)的流量分配;微觀模型:基于交通仿真技術(shù)的車(chē)流模擬。中觀模型與宏觀模型相比,分析精度大大提高,可以得到車(chē)速、交叉口延誤、飽和度等較為具體的分析指標(biāo),并且可以作交叉口的信號(hào)優(yōu)化分析;而與微觀模型相比,具有建模工作量小,運(yùn)行速度快,路徑分析功能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。因此在進(jìn)行片區(qū)一級(jí)的交通分析時(shí),宏觀模型精度不夠,微觀模型又過(guò)于復(fù)雜,建模和標(biāo)定的工作量太大且難以管理,中觀模型是最為適合的工具。以往國(guó)內(nèi)對(duì)中觀模型的介紹較少,本文將結(jié)合本人近年來(lái)的使用經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明中觀模型的建立過(guò)程。二、模型的建立中觀模型的建立主要分為三個(gè)部分,建立分區(qū)、建立OD和建立路網(wǎng)和公交網(wǎng)。(一)小區(qū)劃分中觀模型由于要求分析精度較高,分區(qū)相應(yīng)也需要比較小,從經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,在做片區(qū)一級(jí)的交通分析時(shí),通常按次干道的分割進(jìn)行劃分較為合適,并且小區(qū)連接線的位置需要盡可能與實(shí)際的主要出入口位置一致,這樣基本可以保證主干道沿線交叉口的分析精度。此外中觀模型的路網(wǎng)往往是從宏觀模型中截取的一個(gè)局部路網(wǎng),為了正確的反映片區(qū)的對(duì)外交通和過(guò)境交通,需要將片區(qū)外圍各條干道外端都作為單獨(dú)的外部小區(qū)。(二)建立ODOD矩陣需要在宏觀模型中OD的基礎(chǔ)上建立,主要工作有兩項(xiàng),OD的細(xì)分和片區(qū)出入口小區(qū)OD量的分析計(jì)算。1.外部小區(qū)OD的分析計(jì)算。外部小區(qū)的OD主要是反映整個(gè)片區(qū)的對(duì)外交通和過(guò)境交通,需要在宏觀模型中通過(guò)一定的分配算法進(jìn)行計(jì)算和提取,在EMME/2平臺(tái)上,使用附加選項(xiàng)分配(additional option assignment)可以較方便的提取出所需的外部小區(qū)OD。2.宏觀模型OD的細(xì)分。由于中觀模型的分區(qū)較小,需要將宏觀模型中的OD進(jìn)行細(xì)分,通常的方法是首先制定中觀小區(qū)與宏觀小區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,然后根據(jù)各中觀小區(qū)大致人口就業(yè)情況,制定其在對(duì)應(yīng)宏觀小區(qū)中所占比例,然后通過(guò)相應(yīng)的矩陣運(yùn)算得到細(xì)分后的中觀小區(qū)OD。(三)建立路網(wǎng)和公交網(wǎng)路網(wǎng)和公交網(wǎng)的建立主要是一個(gè)編碼的過(guò)程,這里不介紹具體的操作過(guò)程,只說(shuō)明一下需要注意的一些問(wèn)題:1.非信號(hào)路口。中觀模型中對(duì)于非信號(hào)路口通常只有兩種定義,一是定義為讓路路口,即對(duì)主要流向的通行能力只稍作降低,而次要流向的通行能力完全視主流向所能提供的可穿插間隔而定;二是定義為虛路口,即程序不對(duì)其路口延誤進(jìn)行計(jì)算,所有方向延誤為0。在實(shí)際應(yīng)用中,往往兩種定義都不能較好地模擬實(shí)際的路口情況,前一種情況下,主要方向流量較大時(shí),次要方向的通行能力會(huì)很低,延誤則會(huì)非常大,甚至達(dá)到幾千秒,后一種情況又完全沒(méi)有延誤。這時(shí)就需要將其作為信號(hào)路口來(lái)編碼,根據(jù)各向?qū)嶋H的流量和通行能力狀況,設(shè)置一個(gè)簡(jiǎn)單信號(hào)配時(shí)。2.立交。如前所述,中觀模型對(duì)于非信號(hào)路口的模擬是不太理想的,對(duì)于轉(zhuǎn)彎匝道的出入口同樣也存在這個(gè)問(wèn)題,即如果簡(jiǎn)單的作為讓路路口處理,當(dāng)主線流量較大時(shí),匝道的通行能力會(huì)非常低,如果作為虛路口,延誤就為0,容易造成分配流量過(guò)大。因此不能用中觀模型單獨(dú)對(duì)立交進(jìn)行專(zhuān)門(mén)分析,但在所研究的片區(qū)范圍內(nèi)存在立交時(shí),可以將立交轉(zhuǎn)彎匝道的出入口編碼為信號(hào)路口,根據(jù)實(shí)際情況控制和調(diào)整各方向的實(shí)際通行能力,以保證整體流量分配的準(zhǔn)確性。3.轉(zhuǎn)彎混合車(chē)道。對(duì)于路口同時(shí)允許兩個(gè)方向行駛的混合車(chē)道,由于兩個(gè)方向的車(chē)流會(huì)互相阻擋,在中觀模型運(yùn)算時(shí)有時(shí)會(huì)計(jì)算得到很大的延誤時(shí)間,這時(shí)需要將單獨(dú)的一個(gè)車(chē)道拆分成兩個(gè)車(chē)道,每個(gè)轉(zhuǎn)彎流向各占一個(gè)車(chē)道,再通過(guò)校正其綠燈通行能力來(lái)確保計(jì)算的準(zhǔn)確性。三、OD反推與模型的標(biāo)定OD反推就是利用現(xiàn)狀的觀測(cè)流量校核OD的算法,是建立中觀模型的一個(gè)關(guān)鍵步驟,一方面直接用宏觀模型OD或OD調(diào)查的OD進(jìn)行分配,其結(jié)果往往與實(shí)際道路流量還是有一定差距,因此必須用OD反推對(duì)現(xiàn)狀OD進(jìn)行校正;另一方面現(xiàn)狀路網(wǎng)編碼的準(zhǔn)確性也直接影響OD反推的結(jié)果,必須根據(jù)對(duì)OD反推結(jié)果的分析不斷校正路網(wǎng)編碼。因此在中觀模型的建立中OD反推的過(guò)程同時(shí)也是路網(wǎng)校正的過(guò)程。其總體流程包括觀測(cè)流量的校核、路網(wǎng)的校核、(下轉(zhuǎn)第140頁(yè))(上接第107頁(yè))OD的校核三個(gè)大步驟。OD反推算法在國(guó)內(nèi)外經(jīng)過(guò)多年的研究,已經(jīng)較為成熟,現(xiàn)在一般的交通軟件都提供了OD反推的功能。此處不多做介紹,但需要注意OD反推技術(shù)自身的局限性,不能希望在完全沒(méi)有基礎(chǔ)OD的情況下通過(guò)OD反推來(lái)得到實(shí)際OD,主要原因?yàn)閷?shí)際測(cè)站的數(shù)量都是有限的,而OD對(duì)的數(shù)量卻往往很大,從數(shù)學(xué)上來(lái)說(shuō)OD反推問(wèn)題實(shí)際具有無(wú)窮多的解,所以說(shuō)如果反推所用的初始OD偏差很大的話,結(jié)果的準(zhǔn)確性就無(wú)法保證。(一)觀測(cè)流量的校核由于各路口/路段的流量觀測(cè)通常是同時(shí)進(jìn)行的,而上下游之間實(shí)際存在一定的時(shí)間差,并且有實(shí)際的觀測(cè)誤差存在,在實(shí)際觀測(cè)流量中可能會(huì)出現(xiàn)上下游流量不匹配的情況,而在交通模型分配中,上下游的流量必須是完全匹配的。因此在進(jìn)行OD反推計(jì)算前需要先將所有的觀測(cè)流量標(biāo)在一張大路網(wǎng)圖上,比較各路段上游入口和下游出口的流量是否匹配,并對(duì)相差較大的地方進(jìn)行分析和調(diào)整。(二)路網(wǎng)校核路網(wǎng)校核需要結(jié)合OD反推反復(fù)進(jìn)行,即先進(jìn)行OD反推運(yùn)算,再校核路網(wǎng),再OD反推,再校核路網(wǎng)……,直至路網(wǎng)編碼較為合理,擬合結(jié)果與觀測(cè)結(jié)果較為吻合,具體校核主要分三個(gè)方面進(jìn)行:1.異常道路通行能力的校核。首先需要重點(diǎn)校核計(jì)算出的通行能力小于實(shí)際觀測(cè)流量的情況,這時(shí)必須調(diào)整路網(wǎng)編碼,確保實(shí)際通行能力較為合理,具體調(diào)整方法需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況來(lái)分析;其次是檢查和校核通行能力很小或很大的情況,一般來(lái)說(shuō)讓路路口的次要流向和混合車(chē)道通行能力容易過(guò)小,而虛路口通行由于不計(jì)算延誤,通行能力非常大,需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析。2.異常延誤的校核。主要是檢查延誤特別小(為0或只有幾秒)或是特別大(達(dá)到幾百秒甚至幾千秒)轉(zhuǎn)彎流向,判斷其是否合理,并加以調(diào)整。3.異常路徑的校核。挑選有代表性的OD對(duì),根據(jù)計(jì)算出的道路與交叉口延誤畫(huà)出最短路徑,分析其是否合理。(三)OD總量的校核經(jīng)過(guò)路網(wǎng)校核后,路網(wǎng)應(yīng)當(dāng)已經(jīng)較為準(zhǔn)確,并且反推的結(jié)果也應(yīng)當(dāng)與實(shí)際觀測(cè)流量非常吻合。但這時(shí)反推得到的OD還不能直接應(yīng)用,因?yàn)镺D反推實(shí)際上不具有唯一解,還需要對(duì)其進(jìn)行分析,并相應(yīng)地調(diào)整OD反推算法的參數(shù)設(shè)置,以確保結(jié)果的合理性。與路網(wǎng)校核一樣,OD量的校核也需要結(jié)合OD反推運(yùn)算反復(fù)進(jìn)行,直至結(jié)果較為合理。(四)區(qū)域內(nèi)部出行與對(duì)外出行總量的比較分析要使分配流量與觀測(cè)流量吻合,最便捷的辦法就是直接調(diào)整O點(diǎn)和D點(diǎn)分別位于測(cè)站兩端的OD對(duì),因此OD反推中最容易出現(xiàn)的問(wèn)題就是區(qū)域內(nèi)部短距離出行OD量過(guò)大,解決辦法有以下幾種:在OD反推的算法參數(shù)中設(shè)定一個(gè)OD調(diào)整的下限值,當(dāng)初始OD量低于此下限值時(shí)就不作調(diào)整;當(dāng)確信初始OD已較為準(zhǔn)確時(shí),可以設(shè)定OD對(duì)調(diào)整的最大允許幅度;在有些軟件中,可以通過(guò)約束矩陣指定特定OD對(duì)的允許變化幅度。(五)對(duì)外出行總量與過(guò)境交通總量比較分析分析對(duì)外交通的總量及方向分布,過(guò)境交通的總量是否合理,一般來(lái)說(shuō)在計(jì)算初始OD時(shí)應(yīng)該已對(duì)此作過(guò)詳細(xì)分析,如果初始OD較為準(zhǔn)確的話,關(guān)系就不會(huì)太大,但如果反推中OD調(diào)整變化幅度較大,就可能會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,解決的主要辦法是對(duì)初始OD進(jìn)行調(diào)整,盡可能明確主要的過(guò)境交通流向和流量,對(duì)外交通的總量和方向分布,并可在OD反推計(jì)算中控制相應(yīng)OD對(duì)的允許調(diào)整幅度。OD量的校核也要通過(guò)OD反推反復(fù)進(jìn)行,直到最終結(jié)果較為理想,才可用于實(shí)際方案測(cè)試中。四、方案測(cè)試方案測(cè)試主要就是利用已校正完成的中觀模型,測(cè)試實(shí)際交通改善方案的效果,這里不介紹具體的操作過(guò)程,實(shí)際在方案測(cè)試中需要注意的主要問(wèn)題有兩點(diǎn):一是在方案調(diào)整之后,往往需要對(duì)周邊的交叉口信號(hào)配時(shí)進(jìn)行調(diào)整,如果不需要專(zhuān)門(mén)作信號(hào)控制的改善方案,只需分析一下各路口不同相位間的飽和度差別,并根據(jù)其進(jìn)行調(diào)整,使各流向的飽和度較為均衡;如果需專(zhuān)門(mén)作信號(hào)控制方案的分析,則需要逐個(gè)路口進(jìn)行詳細(xì)分析和計(jì)算。二是在改善方案與現(xiàn)狀的變化較大時(shí),改善方案的路網(wǎng)中就可能會(huì)出現(xiàn)一些新的編碼不準(zhǔn)確的問(wèn)題,就需要對(duì)路網(wǎng)進(jìn)行再一次的校核,檢查通行能力、延誤、分配路徑三個(gè)方面有無(wú)異常,并相應(yīng)地加以調(diào)整。