交通系統(tǒng)建模主要有哪幾種模型
提問者: 房昌|瀏覽 120 次|提問時間: 2015-01-03
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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算,但也可結合使用路阻延誤函數(shù)的流量分配;微觀模型:基于交通仿真技術的車流模擬。中觀模型與宏觀模型相比,分析精度大大提高,可以得到車速、交叉口延誤、飽和度等較為具體的分析指標,并且可以作交叉口的信號優(yōu)化分析;而與微觀模型相比,具有建模工作量小,運行速度快,路徑分析功能強的優(yōu)點。因此在進行片區(qū)一級的交通分析時,宏觀模型精度不夠,微觀模型又過于復雜,建模和標定的工作量太大且難以管理,中觀模型是最為適合的工具。以往國內(nèi)對中觀模型的介紹較少,本文將結合本人近年來的使用經(jīng)驗說明中觀模型的建立過程。二、模型的建立中觀模型的建立主要分為三個部分,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)相應也需要比較小,從經(jīng)驗來看,在做片區(qū)一級的交通分析時,通常按次干道的分割進行劃分較為合適,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局部路網(wǎng),為了正確的反映片區(qū)的對外交通和過境交通,需要將片區(qū)外圍各條干道外端都作為單獨的外部小區(qū)。(二)建立ODOD矩陣需要在宏觀模型中OD的基礎上建立,主要工作有兩項,OD的細分和片區(qū)出入口小區(qū)OD量的分析計算。1.外部小區(qū)OD的分析計算。外部小區(qū)的OD主要是反映整個片區(qū)的對外交通和過境交通,需要在宏觀模型中通過一定的分配算法進行計算和提取,在EMME/2平臺上,使用附加選項分配(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的細分。由于中觀模型的分區(qū)較小,需要將宏觀模型中的OD進行細分,通常的方法是首先制定中觀小區(qū)與宏觀小區(qū)的對應關系,然后根據(jù)各中觀小區(qū)大致人口就業(yè)情況,制定其在對應宏觀小區(qū)中所占比例,然后通過相應的矩陣運算得到細分后的中觀小區(qū)OD。(三)建立路網(wǎng)和公交網(wǎng)路網(wǎng)和公交網(wǎng)的建立主要是一個編碼的過程,這里不介紹具體的操作過程,只說明一下需要注意的一些問題:1.非信號路口。中觀模型中對于非信號路口通常只有兩種定義,一是定義為讓路路口,即對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,即程序不對其路口延誤進行計算,所有方向延誤為0。在實際應用中,往往兩種定義都不能較好地模擬實際的路口情況,前一種情況下,主要方向流量較大時,次要方向的通行能力會很低,延誤則會非常大,甚至達到幾千秒,后一種情況又完全沒有延誤。這時就需要將其作為信號路口來編碼,根據(jù)各向?qū)嶋H的流量和通行能力狀況,設置一個簡單信號配時。2.立交。如前所述,中觀模型對于非信號路口的模擬是不太理想的,對于轉彎匝道的出入口同樣也存在這個問題,即如果簡單的作為讓路路口處理,當主線流量較大時,匝道的通行能力會非常低,如果作為虛路口,延誤就為0,容易造成分配流量過大。因此不能用中觀模型單獨對立交進行專門分析,但在所研究的片區(qū)范圍內(nèi)存在立交時,可以將立交轉彎匝道的出入口編碼為信號路口,根據(jù)實際情況控制和調(diào)整各方向的實際通行能力,以保證整體流量分配的準確性。3.轉彎混合車道。對于路口同時允許兩個方向行駛的混合車道,由于兩個方向的車流會互相阻擋,在中觀模型運算時有時會計算得到很大的延誤時間,這時需要將單獨的一個車道拆分成兩個車道,每個轉彎流向各占一個車道,再通過校正其綠燈通行能力來確保計算的準確性。三、OD反推與模型的標定OD反推就是利用現(xiàn)狀的觀測流量校核OD的算法,是建立中觀模型的一個關鍵步驟,一方面直接用宏觀模型OD或OD調(diào)查的OD進行分配,其結果往往與實際道路流量還是有一定差距,因此必須用OD反推對現(xiàn)狀OD進行校正;另一方面現(xiàn)狀路網(wǎng)編碼的準確性也直接影響OD反推的結果,必須根據(jù)對OD反推結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反推的過程同時也是路網(wǎng)校正的過程。其總體流程包括觀測流量的校核、路網(wǎng)的校核、(下轉第140頁)(上接第107頁)OD的校核三個大步驟。OD反推算法在國內(nèi)外經(jīng)過多年的研究,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反推技術自身的局限性,不能希望在完全沒有基礎OD的情況下通過OD反推來得到實際OD,主要原因為實際測站的數(shù)量都是有限的,而OD對的數(shù)量卻往往很大,從數(shù)學上來說OD反推問題實際具有無窮多的解,所以說如果反推所用的初始OD偏差很大的話,結果的準確性就無法保證。(一)觀測流量的校核由于各路口/路段的流量觀測通常是同時進行的,而上下游之間實際存在一定的時間差,并且有實際的觀測誤差存在,在實際觀測流量中可能會出現(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。因此在進行OD反推計算前需要先將所有的觀測流量標在一張大路網(wǎng)圖上,比較各路段上游入口和下游出口的流量是否匹配,并對相差較大的地方進行分析和調(diào)整。(二)路網(wǎng)校核路網(wǎng)校核需要結合OD反推反復進行,即先進行OD反推運算,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,擬合結果與觀測結果較為吻合,具體校核主要分三個方面進行:1.異常道路通行能力的校核。首先需要重點校核計算出的通行能力小于實際觀測流量的情況,這時必須調(diào)整路網(wǎng)編碼,確保實際通行能力較為合理,具體調(diào)整方法需要根據(jù)經(jīng)驗和實際情況來分析;其次是檢查和校核通行能力很小或很大的情況,一般來說讓路路口的次要流向和混合車道通行能力容易過小,而虛路口通行由于不計算延誤,通行能力非常大,需要根據(jù)實際情況進行分析。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(達到幾百秒甚至幾千秒)轉彎流向,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,根據(jù)計算出的道路與交叉口延誤畫出最短路徑,分析其是否合理。(三)OD總量的校核經(jīng)過路網(wǎng)校核后,路網(wǎng)應當已經(jīng)較為準確,并且反推的結果也應當與實際觀測流量非常吻合。但這時反推得到的OD還不能直接應用,因為OD反推實際上不具有唯一解,還需要對其進行分析,并相應地調(diào)整OD反推算法的參數(shù)設置,以確保結果的合理性。與路網(wǎng)校核一樣,OD量的校核也需要結合OD反推運算反復進行,直至結果較為合理。(四)區(qū)域內(nèi)部出行與對外出行總量的比較分析要使分配流量與觀測流量吻合,最便捷的辦法就是直接調(diào)整O點和D點分別位于測站兩端的OD對,因此OD反推中最容易出現(xiàn)的問題就是區(qū)域內(nèi)部短距離出行OD量過大,解決辦法有以下幾種:在OD反推的算法參數(shù)中設定一個OD調(diào)整的下限值,當初始OD量低于此下限值時就不作調(diào)整;當確信初始OD已較為準確時,可以設定OD對調(diào)整的最大允許幅度;在有些軟件中,可以通過約束矩陣指定特定OD對的允許變化幅度。(五)對外出行總量與過境交通總量比較分析分析對外交通的總量及方向分布,過境交通的總量是否合理,一般來說在計算初始OD時應該已對此作過詳細分析,如果初始OD較為準確的話,關系就不會太大,但如果反推中OD調(diào)整變化幅度較大,就可能會出現(xiàn)問題,解決的主要辦法是對初始OD進行調(diào)整,盡可能明確主要的過境交通流向和流量,對外交通的總量和方向分布,并可在OD反推計算中控制相應OD對的允許調(diào)整幅度。OD量的校核也要通過OD反推反復進行,直到最終結果較為理想,才可用于實際方案測試中。四、方案測試方案測試主要就是利用已校正完成的中觀模型,測試實際交通改善方案的效果,這里不介紹具體的操作過程,實際在方案測試中需要注意的主要問題有兩點:一是在方案調(diào)整之后,往往需要對周邊的交叉口信號配時進行調(diào)整,如果不需要專門作信號控制的改善方案,只需分析一下各路口不同相位間的飽和度差別,并根據(jù)其進行調(diào)整,使各流向的飽和度較為均衡;如果需專門作信號控制方案的分析,則需要逐個路口進行詳細分析和計算。二是在改善方案與現(xiàn)狀的變化較大時,改善方案的路網(wǎng)中就可能會出現(xiàn)一些新的編碼不準確的問題,就需要對路網(wǎng)進行再一次的校核,檢查通行能力、延誤、分配路徑三個方面有無異常,并相應地加以調(diào)整。