道路交通系統(tǒng)模型

1、道路交通系統(tǒng)模型董志國陳必壯潘敏榮（上海市城市綜合交通規(guī)劃研究所上海市銅仁路號）摘要：上海市道路交通決策和運(yùn)行管理需要道路交通模型發(fā)揮更重要的定量支撐功能。本文從既有道路交通規(guī)劃模型，擴(kuò)展深化其功能、規(guī)模、精度，形成道路交通系統(tǒng)模型。對道路交通系統(tǒng)模型的總體設(shè)計(jì)，和網(wǎng)車流模擬模型、道路交通預(yù)測模型、道路項(xiàng)目評價(jià)模型三個(gè)功能模塊研制思路、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)闡述。關(guān)鍵詞：交通模型、交通預(yù)測、項(xiàng)目評價(jià)、道路交通上海道路交通模型歷經(jīng)多年發(fā)展己形成了以支撐路網(wǎng)規(guī)劃和重大建設(shè)項(xiàng)目前期研究為主的道路交通規(guī)劃模型，模型規(guī)模為個(gè)交通小區(qū)，道路總長約公里，約萬個(gè)和萬個(gè)，宏觀預(yù)測精度控制在以內(nèi)，重大項(xiàng)目預(yù)測精度

2、離國際先進(jìn)水平（±）稍有差距。既有模型在上海第二次綜合交通規(guī)劃、上海市交通白皮書、內(nèi)環(huán)高架交通研究分析等縱多規(guī)劃、工程項(xiàng)目中發(fā)揮了重要作用。今后，上海道路交通決策和運(yùn)行管理需要上海道路交通模型發(fā)揮更重要的定量分析功能，提供更全面的技術(shù)支撐服務(wù)，為此需要進(jìn)一步擴(kuò)展深化既有模型功日匕，和規(guī)模，提高模型反應(yīng)時(shí)間和模擬精度的道路交通系統(tǒng)模型。研究范圍從前期偏向于中心城市內(nèi)部拓展到整個(gè)市域、區(qū)域等更大范圍，研究層面從前期偏向于規(guī)劃層面延伸到規(guī)劃、近期建設(shè)、日常（包括全天、白天、早晚高峰、平峰）運(yùn)行管理全過程各個(gè)階段，研究的交通系統(tǒng)從前期偏向于骨干路網(wǎng)系統(tǒng)向次、支路網(wǎng)系統(tǒng)細(xì)化。模型總體設(shè)計(jì)研制目

3、標(biāo)從既有的道路交通規(guī)劃模型，轉(zhuǎn)變?yōu)榧缆方煌ㄒ?guī)劃、建設(shè)和運(yùn)行管理于一體的道路交通系統(tǒng)模型，為道路交通全方位決策提供定量分析技術(shù)服務(wù)。）功能上，加強(qiáng)路網(wǎng)車流模擬功能，完善道路交通預(yù)測和項(xiàng)目評價(jià)功能；）規(guī)模上，從宏觀向中觀拓展，交通小區(qū)從個(gè)拓展到個(gè)、路網(wǎng)從萬、萬個(gè)擴(kuò)展到萬個(gè)、萬個(gè)；）精度上，現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)模擬冬，宏觀預(yù)，重大項(xiàng)目預(yù)。功能設(shè)計(jì)根據(jù)研制必要性的分析，道路交通系統(tǒng)模型可細(xì)化為路網(wǎng)車流模擬模型、道路交通預(yù)測模型和道路項(xiàng)目評價(jià)模型等三大功能模塊，各模塊的功能具體設(shè)計(jì)如下：網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型）機(jī)動(dòng)車分類上，實(shí)現(xiàn)對小汽車、大客車、小貨車、大貨車、出租車、摩托車等車種車流狀況的模擬）出行時(shí)期上，擬）出行時(shí)

4、段上，模擬實(shí)現(xiàn)現(xiàn)狀季度、半年、全年日均機(jī)動(dòng)車流出行分布進(jìn)行模實(shí)現(xiàn)早高峰、晚高峰、平峰、白天、全天各車種車流狀況）空間分布上，模擬車流的城郊分布、地帶分布、區(qū)縣分布、交通小區(qū)分布等情況）模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析功能，具備中心區(qū)、外圍區(qū)、郊區(qū)等分區(qū)的車公里統(tǒng)計(jì)；各機(jī)動(dòng)車車種的出行距離、載客人次；及包括快速路、主干道、次干道、支路道路網(wǎng)交通流量統(tǒng)計(jì)功能道路交通預(yù)測模型）機(jī)動(dòng)車分類上，實(shí)現(xiàn)對小汽車、大客車、小貨車、大貨車、出租車、摩托車等車種車流車次總量及運(yùn)行狀況的預(yù)測）出行時(shí)期上，實(shí)現(xiàn)近期、中期、遠(yuǎn)期日均機(jī)動(dòng)車流出行分布預(yù)測）出行時(shí)段上，實(shí)現(xiàn)早高峰、晚高峰、平峰、白天、全天各車種車流分布預(yù)測）空間分布上，預(yù)

5、測車流的城郊分布、地帶分布、區(qū)縣分布、交通小區(qū)分布等情況）模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析功能，具備中心區(qū)、外圍區(qū)、郊區(qū)、新城等分區(qū)的車公里統(tǒng)計(jì)；各機(jī)動(dòng)車車種的出行距離、載客人次；及包括快速路、主干道、次干道、支路道路網(wǎng)交通流量統(tǒng)計(jì)功能。道路項(xiàng)目評價(jià)模型）在網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型和道路交通預(yù)測模型的功能基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)變需求評價(jià)功能，對道路網(wǎng)現(xiàn)狀運(yùn)行狀況、道路網(wǎng)近期優(yōu)化方案、道路網(wǎng)中遠(yuǎn)期規(guī)劃方案進(jìn)行評價(jià)）道路網(wǎng)飽和度：地帶飽和度、道路飽和度、路段飽和度等）道路網(wǎng)車速：地帶車速、道路車速、路段車速等）道路網(wǎng)時(shí)耗：出行時(shí)耗、地帶時(shí)耗、道路時(shí)耗、路段時(shí)耗等）尾氣、油耗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)道路交通系統(tǒng)模型由基礎(chǔ)模塊和功能模塊組成，基礎(chǔ)模塊

6、主要是道路網(wǎng)模型，它是各功能模塊的基礎(chǔ)；功能模塊包括網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型、道路交通預(yù)測模型、道路項(xiàng)目評價(jià)模型。它們之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系如圖。圖道路交通系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型研制思路網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型是通過校核線、中心城快速路及部分城市交叉口調(diào)查數(shù)據(jù)對現(xiàn)狀年一定時(shí)期內(nèi)的車流狀況進(jìn)行模擬，全面反映全市的交通運(yùn)行狀況。該模型研制思路具體見圖所示，在車輛出行抽樣調(diào)查基礎(chǔ)上，結(jié)合綜合交通模型的人員出行特征及用地情況確定各地區(qū)車流出行總量；根據(jù)各校核線穿越流量控制車流空間分布；然后利用多次迭代模擬控制模擬精度，最后輸出車流運(yùn)行狀況。校核線從既有模型的條增加到條，控制路段從個(gè)增加到個(gè)。同時(shí)根據(jù)高架線圈數(shù)據(jù)對延誤函

7、數(shù)進(jìn)行了更新，并變單車種流量分配為多車種流量圖網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型研制技術(shù)路線分配。車流需求分析抽樣擴(kuò)算本次車輛出行需求是在年第三次大調(diào)查抽樣率的車輛出行調(diào)查基礎(chǔ)上，對當(dāng)年出行分布進(jìn)行擴(kuò)算，再根據(jù)年上半年機(jī)動(dòng)車擁有量、條校核線斷面流量調(diào)查數(shù)據(jù)及年校核線車流增長情況對車流出行空間分布進(jìn)行擴(kuò)算與修正。車流總量至年月底，上海市機(jī)動(dòng)車注冊車輛達(dá)到萬輛，根據(jù)以下公式（）推算年上半年工作日全市日總車次為萬。垤（。×咖×）公式（）其中，一日總車次車型分類總數(shù)啪車輛擁有各車種的換算系數(shù)；，如標(biāo)定過程及取值見圖。車種年上半年日出行率步驟年抽樣調(diào)查出行率換算系數(shù)私人小客單位小客大客車出租車小貨車大

8、貨車摩托車步臻囂薦藩馨鼗囂簽鬻雪洛步確定每車次載客人裁并根據(jù)年人員機(jī)動(dòng)化出行總?cè)似窃俅涡拚鬈嚪N出行率岳聘根據(jù)年車輛擁有、各校核線穿筵總流少臻量以及人員機(jī)動(dòng)化出行總?cè)舜闻c年對應(yīng)值的比值，確定年各車種出行軍圖日出行率標(biāo)定過程圖空間分布網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型車流空間分布采用了和既有模型形成的三維平衡技術(shù)、重力模型技術(shù)和觀測流量反推技術(shù)，在觀測流量反推上由既有模型的條校核線觀測量增加到了條校核線，及部分城市主次干道交叉口觀測流量?？臻g分布的具體標(biāo)定流程如下圖所示，圖是年機(jī)動(dòng)車流的空間分布情況。步驟以年抽樣產(chǎn)查為基礎(chǔ)根據(jù)年各校核線車澶變化，標(biāo)定各車種個(gè)區(qū)域宏觀空間結(jié)構(gòu)步驟：確定睜用地變，調(diào)整各交通分區(qū)的各車

9、種車流出行量步騾標(biāo)定個(gè)區(qū)域的各車種車流出行距離分布步騾選定個(gè)控制路段，觀測年實(shí)際路段車流量，進(jìn)行車流結(jié)構(gòu)反推圖空間分布標(biāo)定流程圖年機(jī)動(dòng)車流分布網(wǎng)絡(luò)容量分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀道路網(wǎng)絡(luò)總長萬公里，路網(wǎng)車流模擬模型的路網(wǎng)規(guī)模達(dá)到萬個(gè)和萬個(gè)。與既有模型相比，分別增加和，基本覆蓋中心城快速路、主次干道和支路及郊區(qū)三級公路及以上道路。網(wǎng)絡(luò)容量路網(wǎng)容量估算上海市全市路網(wǎng)可容納機(jī)動(dòng)車的能力，經(jīng)計(jì)算現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)容量為約萬公里小時(shí)。計(jì)算公式為：刪（×廠¨×）公式（）其中，單車道通行能力，本次模型對高架快速路單車道通行能力，利用中心城高架線圈數(shù)據(jù)，采用流量速度關(guān)系進(jìn)行重新標(biāo)定，考慮多車道折減后單

10、車道通行能力為。路段車道數(shù)凡多車道折減系數(shù)。交叉口綠燈時(shí)間權(quán)重路段長度流量分配延誤函數(shù)不論使用什么方法進(jìn)行交通分配，首先遇到的問題就是如何衡量路徑阻抗。流量分配是以考慮擁擠對綜合阻抗的影響為基礎(chǔ)和前提的，而考慮的方法則是借助延誤函數(shù)，即路段的綜合阻抗與路段上通過的機(jī)動(dòng)車流量之間關(guān)系函數(shù)。一般來說，道路的綜合阻抗并不是常數(shù)，而是隨著該路段上交通量的增加而增加。路網(wǎng)車流模擬模型的綜合阻抗采用公式所示的表達(dá)式，依此按照不同速度分區(qū)和道路等級，共設(shè)置自行車延誤函數(shù)、機(jī)動(dòng)車在一般道路的延誤函數(shù)和機(jī)動(dòng)車在無平面交叉口、無非機(jī)動(dòng)車道路的延誤函數(shù)三大類，個(gè)延誤函數(shù)?；ロ幕テ渲校壕C合阻抗行程時(shí)間行程距離阻抗費(fèi)用

11、阻抗行程距離通行收費(fèi)單位：分鐘單位：分鐘單位：分鐘單位：分鐘公式（）單位：分鐘單位：分鐘時(shí)間距離換算系數(shù)單位：分鐘公里，時(shí)間費(fèi)用換算系數(shù)單位：分鐘元多車種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，即自行車、公交車、摩托車、出租車、小客車、大客車、小貨車、大貨車共個(gè)車種依次疊加分配。而多車種流量分配算法能夠真正實(shí)現(xiàn)多個(gè)車種同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行流量平衡分配計(jì)算，避免了既有模型的單車種流量分配法中，流量分配受車種分配次序影響的缺陷。圖網(wǎng)絡(luò)流量分配模擬精度選取個(gè)中心城主要道口斷面，比較觀測流量與模擬流量差異情況，誤差絕對值平均值為。其中誤差絕對值小于的路段占觀測路段總數(shù)的，誤差絕對值在的

12、路段占，誤差絕對值大于的路段占。實(shí)際應(yīng)用從主要提供個(gè)地帶層面、個(gè)時(shí)段（全天白天）的運(yùn)行狀況指標(biāo)，改進(jìn)為能夠提供個(gè)區(qū)縣、個(gè)時(shí)段（全天白天早高峰日間平峰晚高峰）的運(yùn)行狀況指標(biāo)，不僅可用于道路交通整體特征研究（如上海綜合交通年報(bào)），還可用于道路交通網(wǎng)格化管理。圖是年上半年個(gè)區(qū)縣的道路交通運(yùn)行狀況進(jìn)行評價(jià)項(xiàng)目中黃浦區(qū)的評價(jià)結(jié)果。指標(biāo)黃滯區(qū)，內(nèi)坪內(nèi)中心壤，壘市長度（公里）罔絡(luò)供應(yīng)車遁公里容（萬公里，小時(shí)）總車砍（萬車攮需求，日）日車公里（）跚螂”摹“運(yùn)行狀況高峰供雨比白天車速（）置，道路交通預(yù)測模型研制思路圖黃浦區(qū)運(yùn)行狀況道路交通預(yù)測模型是通過預(yù)測外來年機(jī)動(dòng)車流總量及空間分布，總體把握車流運(yùn)行趨勢狀況。

13、該模型的研制思路具體見圖所示，在現(xiàn)狀網(wǎng)絡(luò)車流模擬模型基礎(chǔ)上，結(jié)合社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用地規(guī)劃、交通政策、交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)及綜合交通模型的人員出行特征預(yù)測各地區(qū)車流出行總量；并根據(jù)各校核線歷年穿越流量增長趨勢預(yù)測車流空間分布，輸出車流預(yù)測結(jié)果。車流預(yù)測車流總量年車流總量預(yù)測考慮有無私車拍照拍賣政策兩種情況，分別為萬和萬。年車流總量預(yù)測考慮機(jī)動(dòng)車擁有量高、中、低三種情況，預(yù)測其車流總量分別為萬、萬和萬?？臻g分布社濟(jì)以現(xiàn)狀車流分布為基礎(chǔ)，根據(jù)宏觀預(yù)測指標(biāo)，以及用地變化，預(yù)測各交通分區(qū)出行量，根據(jù)用地結(jié)構(gòu)變化，預(yù)測出行距離變化，初步確定預(yù)測車流空間分布，再根據(jù)校核線供需比，修正車流宏觀結(jié)構(gòu)，反復(fù)多次上述過程

14、至出行距離、校核線供需比等趨于合理，得到未來年最終的車流空間分布。敏感性分析用交交規(guī)一捌一第，一絡(luò)設(shè)規(guī)捌骨絡(luò)滾量分雹硬舅結(jié)果圖道路交通預(yù)測模型技術(shù)路線道路交通預(yù)測受到社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、用地規(guī)劃、交通政策、機(jī)動(dòng)車擁有量等多種因素影響，其中任何一項(xiàng)因素發(fā)生變化，對預(yù)測結(jié)果都有一定的影響。社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展刺激消費(fèi)，致使各種社會活動(dòng)增加，勢必增加交通出行量。不同類型的用地性質(zhì)對交通有著不同程度的影響，比如同是一塊用地，若為商業(yè)類型則勢必會吸引大量的交通，而為居住用地則是交通的發(fā)生源。交通政策變化也是如此，鼓勵(lì)公共交通出行，則私人機(jī)動(dòng)交通出行量維持在一個(gè)較低水平；鼓勵(lì)私人交通出行，則公共交通萎縮等。采用法、概

15、率樹等方法，對既有模型預(yù)測偏差原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)車輛擁有、用地、交通政策是造成預(yù)測失真的主要外在原因，因此，需要重點(diǎn)加強(qiáng)此類因素的不確定性分析，提高預(yù)測結(jié)果的可靠性。實(shí)際應(yīng)用道路交通預(yù)測模型主要用于道路交通未來發(fā)展態(tài)勢的宏觀預(yù)測，并為道路項(xiàng)目具體方案評價(jià)提供初步預(yù)測結(jié)果。在私車牌照拍賣政策交通預(yù)測影響評估項(xiàng)目中利用敏感性分析對年是否有私車牌照拍賣政策對交通影響情況進(jìn)行了預(yù)測評價(jià)，如圖所示。路同運(yùn)行水平高峰供需比白天車速（咀）年年政策不變年取消政策圖私車牌照拍賣影響道路項(xiàng)目評價(jià)模型研制思路道路項(xiàng)目評價(jià)模型是指根據(jù)道路交通現(xiàn)狀分析結(jié)果，或道路交通需求發(fā)展預(yù)測，對道路收費(fèi)項(xiàng)目，或?qū)Φ缆肪W(wǎng)近期（年）設(shè)

16、施改善、管理優(yōu)化等方案，或?qū)Φ缆分羞h(yuǎn)期（，年）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案進(jìn)行測試和評價(jià)。變需求評價(jià)技術(shù)既有道路評價(jià)模型以固定需求為基礎(chǔ)的方案評價(jià)技術(shù)，無法應(yīng)對道路收費(fèi)等運(yùn)行管理類方案評價(jià)，此次研制道路交通評價(jià)模型從固定需求方案評價(jià)技術(shù)，改進(jìn)為變需求方案評價(jià)技術(shù)，主要采用誘增交通量、方式轉(zhuǎn)移、路徑轉(zhuǎn)移等方法，針對道路項(xiàng)目具體方案對車流需求的反作用力進(jìn)行深入研究。道路網(wǎng)中由于新建道路或原有低等級道路的改善，改變了道路使用者出行道路條件或交通條件，從而使道路使用者原有出行行為發(fā)生變化，刺激產(chǎn)生更多交通量，即誘增交通量；隨著公共交通出行條件、道路條件改善，出行人員可選擇的交通方式多，在出行方式上會相互轉(zhuǎn)移；路徑選擇

17、發(fā)生變化則產(chǎn)生的更遠(yuǎn)出行距離的出行起點(diǎn)或出行終點(diǎn)。應(yīng)用變需求評價(jià)技術(shù)不僅能夠提高原模型在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、工程建設(shè)等項(xiàng)目評價(jià)上的預(yù)測精度，而且還能夠擴(kuò)大模型的適用范圍，比如收費(fèi)等方面的運(yùn)行管理類項(xiàng)目。運(yùn)用道路評價(jià)模型對局部段收費(fèi)方案造成車流路徑轉(zhuǎn)移影響分析，得到收費(fèi)與不收費(fèi)情況午進(jìn)浦爾機(jī)場通道流量分布，收費(fèi)后部分流毓轉(zhuǎn)向轉(zhuǎn)向他道路，圖局部段收費(fèi)方案造成車流路徑轉(zhuǎn)移影響結(jié)束語道路：苧通系統(tǒng)模，但是在新砰王武卜對覬仃模型道路交通規(guī)劃模型的深化和擴(kuò)鹱其講究地嘲璺、研究屢斷兜寬、模擬精度更精確。該模型在道路網(wǎng)懈化運(yùn)管胖、私乍牌照拍史政策交越預(yù)馴影評估、局洲段收費(fèi)方案選成車流路徑轉(zhuǎn)移影響舒析等瑚卜發(fā)揮秘！作川，

18、為道??；交通建改、運(yùn)營和管理提供了重要的技術(shù)支撐參考文獻(xiàn)海汀城訂綜卉交通圳劃；究所卜腳城，吏強(qiáng)分析剃兩！洲【】海城似稼臺交通枷劃研究所街環(huán)舟殳通模刑體系第程叮，性研究閽溪召判忠強(qiáng)多模變。求絡(luò)隨機(jī)下衡慎系統(tǒng)羈！理沱山法電，）【二（道路交通系統(tǒng)模型作者：作者單位：董志國， 陳必壯， 潘敏榮上海市城市綜合交通規(guī)劃研究所 上海市銅仁路331號 2000401. 陸錫明.陳必壯.董志國 上海綜合交通模型體系研究會議論文-20072. 黃正鋒.王景輝.Huang Zhengfeng.Wang Jinghui 超級擁擠公交網(wǎng)絡(luò)均衡配流期刊論文-武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)（交通科學(xué)與工程版）2012,36(3)3. 張翛.杜豫川.孫立軍 基于二流理論的城市干道交通模型會議論文-20044. 吳濤.?；菝?多路徑配流模型的一種改進(jìn)算法期刊論文-蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)2003,22(3)5. 蔣濤.劉瀾.文子娟.JIANG Tao.LIU Lan.WEN Zi-juan 公交網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的隨機(jī)均衡配流模型期刊論文-交通科技與經(jīng)濟(jì)2006,8(4)6