交通仿真實驗報告Transcad

Xx大學(xué)交通工程專業(yè)本科生課程作業(yè)報告交通系統(tǒng)仿真與評價課程作業(yè)告學(xué)姓

號名

xx指教：

x時

間

年月26

一、操作的交通分配是交通需求預(yù)測四階段法的最后一個階段目的是將各種出行方式的OD矩陣按照一定的路徑選擇原則配到交通網(wǎng)絡(luò)中的各條道路上出各路段上的流量及相關(guān)的交通指標(biāo)。一般的交通網(wǎng)絡(luò)中，每一O-對之間有很多條路徑，如何將O-量正確、合理地分配到這些路徑上是交通分配的核心確的交通分配方法應(yīng)能較好地再現(xiàn)實際交通狀態(tài)，這種交通狀態(tài)是出行者路徑選擇的結(jié)果。本次操作的目的在于應(yīng)用TransCAD軟件，在SiouxFalls市的路網(wǎng)上測試TransCAD軟件中所含有的所有交通分配算法，總結(jié)及對比各類交通分配算法的結(jié)果并給出對算法的評價同時對已有交通需求進行等倍數(shù)的擴大或縮小評價高交通需求和低交通需求下各交通分配算法的結(jié)果。二、主要作步驟（一）路網(wǎng)建立新建線類型地理文件路段圖層名“路段節(jié)點圖層名稱“node為路段圖層建立3個屬性數(shù)據(jù)字段，分別是reallength、capacity、flowtime,為節(jié)點圖層增加一個屬性數(shù)據(jù)字段index下一步中的OD矩陣索引轉(zhuǎn)換，保存新建的線類型地理文件。編輯：以導(dǎo)入的點為底圖，描摹路網(wǎng)。注意事項：畫路網(wǎng)時，最好不要一次輸入整條道路，應(yīng)該分段輸入路段，即遇到一個交叉口點一次回車然后再開始下一條路段的輸入同時注意要按照所給路網(wǎng)節(jié)點的順序畫即要讓所畫節(jié)點的編（ID與所給的路網(wǎng)節(jié)點標(biāo)號一致。

檢查路網(wǎng)的連通性查看是否有虛接的線段或不連通的節(jié)點避免將來在進行交通分配時出現(xiàn)錯誤。操作如下：設(shè)置圖層為road,選擇“Tools→Editing→LayerConnectivity時會彈LineLayerConnectivity話框”后輸入（或其他數(shù)值），注意數(shù)值不要輸入太大，否則會把一些正常的節(jié)點也判斷為有連通性問題，若路網(wǎng)連通性沒有問題，則會出現(xiàn)如下對話框。為路段圖層輸入屬性數(shù)據(jù)：根據(jù)所下載的文件，輸入、capacity、freeflowtime三個屬性。

（二）小區(qū)相關(guān)操作新建面層，在面層畫完小區(qū)之后，創(chuàng)建小區(qū)質(zhì)心并將其連接到路網(wǎng)：將“”置為當(dāng)前圖層，選擇“Tools→MapEditing→Connect”系統(tǒng)會彈出“Connect”對話框，按照下圖所示輸入、選擇。此時Transcad自動將這些質(zhì)心點連接到現(xiàn)有的路網(wǎng)中。打開小區(qū)屬性表，在Index這一列輸入個小區(qū)質(zhì)心對應(yīng)的路網(wǎng)節(jié)點。對路網(wǎng)節(jié)點進行篩選，將小區(qū)質(zhì)心篩選出，將node”置為當(dāng)前圖層，選擇“Selection→Selectby”在彈出的對話框中輸入index>0,點擊“OK，這樣就篩選出了質(zhì)心點。設(shè)置質(zhì)心連桿屬性：capacity設(shè)置為無限大（999999999）freeflowtime設(shè)置為無限?。?.01）。（三）創(chuàng)建絡(luò)將“”圖層置為當(dāng)前圖層，選擇“Network/Paths→Creat,會彈出如下圖所示“CreateNetwork”對話框，按下圖所示選擇、輸入，保存即可。

（四）數(shù)據(jù)的處將下載的文件中的數(shù)據(jù)輸入到表格中，將此表格（csv類型）導(dǎo)入到Transcad軟件中然后新建矩陣文件起名為baseod,分別選中兩個文件對應(yīng)的第一列，選擇“Matrix→import”菜單項，彈出“MatrixImportWizard”對話框，點擊“Next”,出現(xiàn)一個對話框后，再點擊Next”會出現(xiàn)下圖所示對話框，按圖示選擇好之后，點擊“Finish”，OD數(shù)據(jù)導(dǎo)入完成。

（五）O-矩陣索轉(zhuǎn)換是將矩陣索引由小區(qū)編號轉(zhuǎn)換為交通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點矩陣試圖單元格上點擊右鍵，選擇“Indices”在彈出的對話框中，點擊AddIndex”會彈出下圖所示對話框，按下圖所示選擇、輸入。這樣就完成了矩陣索引的轉(zhuǎn)換。

（六）運行通分配模型將“road”置為當(dāng)前圖層，選擇“→Assignment,會彈出下圖所示對話框在“method”處選擇要使用的分配方法，點擊”會出現(xiàn)下圖所示對話框，按下圖所示選擇之后，點擊“OK”會產(chǎn)生路段流量表。

（七）制作段流量專題選“Planning→PlanningUtilities→CreateMap在彈出的對話框中，按下圖所示選擇、輸入，然后點擊OK。三、原始通需求下各配方法分配結(jié)分析平分方：如果交通分配模型滿足原理，則該模型為平衡模型，滿Wardrop第一原理的稱為用戶平（UE滿足Wardrop第二原理的稱為系統(tǒng)最優(yōu)分配模型SO），在擁擠的網(wǎng)絡(luò)中，交通量應(yīng)該按照使路網(wǎng)中總阻抗即總行駛時間最小為原則進行分配。（）戶衡（UE）用戶平衡法采用一個迭代過程達到平衡的結(jié)果出行者改變路徑不可能再改進出行時間在每次迭代中都計算路網(wǎng)中各路段的流量其中考慮到路段通行能力的限制和與路段流量相關(guān)的出行時間。用戶平衡分配模型的關(guān)鍵行為假設(shè)是：每個出行者獲得路網(wǎng)特性的完全信息每個出行者選擇出行時間或出行費用最小的路徑并且所有的出行者對路網(wǎng)屬性具有相同的效用評價。用戶平衡（UE）的概念最先由Wardrop出，它的含義是單個出行者不能單方面地通過改變路徑而減少其出行時間。法則的結(jié)果是同一個O-對所選用的所有路徑的費用是相同的而且是最小的不幸的是，

這個絕對的UE規(guī)則并不能真實地描述現(xiàn)實中的路網(wǎng)流量。分配結(jié)果如下：由路段流量表可得，路段最高V/C為2.5430，最低為0.1798。其中，有13%的路段V/C介于0-0.75穩(wěn)定車流7.9%的路段V/C介0.75-0.9，接近不穩(wěn)定車流；有路段介于1-1.5，有58%的路段V/C大于，屬于強制車流。（）統(tǒng)化配SO）系統(tǒng)優(yōu)化分配是一種使整個路網(wǎng)總的出行時間達到最小的分配方法。采用SO分配的結(jié)果是，出行者若改變他們的路徑，便會增加系統(tǒng)的總出行時間，盡管某出行者有可能減少自己的出行時間。SO分配法可以認為是一種擁堵最小化的模型，其中出行者被告訴使用指定的某條路徑。顯SO分配模型不是一個符合行為現(xiàn)實的模型。

分配結(jié)果如下：由路段流量表可得，路段最高V/C為2.6075，最低為0.1948。其中，有13%的路段V/C介于0-0.75穩(wěn)定車流7.9%的路段V/C介0.75-0.9，接近不穩(wěn)定車流；有路段介于1-1.5，有61%的路段V/C大于，屬于強制車流。（）機戶衡UE模型假設(shè)出行者擁有完備的交通信息，而且能夠依據(jù)這些信息作出正確的決策而現(xiàn)實中出行者在不擁有完備的交通信息下對路段阻抗有著不同的估計，該阻抗可被視為隨機變量。隨機用戶平衡SUE）型就是為了描述這種情況而提出來的每個出行者不可能單方面地通過改變路徑來減少自己的期望路徑阻抗時，即達到隨機用戶平衡狀態(tài)。更接近現(xiàn)實的平衡模型是其前提假設(shè)是出行者沒有掌握路網(wǎng)上路徑的完整信息或?qū)β肪W(wǎng)屬性信息感覺上各不相同在達到隨機用戶平衡時出行者認為他們不會因為選擇了不同的路徑而增加預(yù)期的效用于各個出行者的感覺和運輸服務(wù)的水平不同一O-D之間所采用的路徑不一定必需要有相同的廣義

費用。隨機用戶平衡法是用戶平衡法的一種通用表述假定出行者沒有完整的路網(wǎng)屬性信息，或者他們對出行費用的感受不同。分配結(jié)果如下：由路段流量表可得，路段最高V/C為2.7062，最低為0.2248。其中，有13%的路段V/C介于0-0.75穩(wěn)定車流2.6%的路段V/C介0.75-0.9，接近不穩(wěn)定車流；有路段介于1-1.5，有58%的路段V/C大于，屬于強制車流。SUE模型的分配結(jié)果比確定性的模型的分配結(jié)果更接近現(xiàn)實，因SUE允許使用吸引力小的路徑也可以使用吸引力較大的路徑吸引力小的路徑具有較低的利用率，但不會像UE方法中那樣總是出現(xiàn)零流量。

UE、、三分方所結(jié)的的較從圖中可以看出，、UE兩種分配方法得出的路段V/C相差十分微小，而SUE分配方法所得出的路段V/C大致略大于前兩者分配方法。綜合以上分析，UE更能真實反映交通網(wǎng)絡(luò)中用戶的實際出行行為，結(jié)果更能符合實際交通網(wǎng)絡(luò)多個出行者分散決策的狀況SO在擁擠及路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理時與交通網(wǎng)絡(luò)的實際分配情況存在差異SUE更具有普遍性UE僅是的一種特殊情況。平衡法考慮出行時間對流量的影響而導(dǎo)致在計算路段流量和出行時間時保持相互一致平衡流量算法需要進行流量分配和計算出行時間之間的迭代盡管計算量大，平衡法仍然總是優(yōu)于其它的分配方法。

非衡配法()有無配（AllorNothing全有全無分配法是對于任意一個OD對，將全部出行量都加載到連接這個OD對的當(dāng)前最短路徑上，而其余路徑上的加載量為0，這種方法沒有考慮路段是否有足夠的通行能力，沒有考慮路段擁堵效應(yīng)，所輸入的出行時間為固定值，不隨著路段的擁擠程度而變化略了當(dāng)出現(xiàn)擁擠時路段出行時間依賴于路段流量的事實（如，路段出行時間是路段流量的函數(shù)），忽略了O-對間存在多條路徑分配結(jié)果如下：除了全有全無分配法和STOCH分配法以外，TransCAD中的其他所有交通分配程序都根據(jù)路段性能函數(shù)迭代更新出行時間段性能函數(shù)是用數(shù)學(xué)公式來描述出行時間和路段流量之間關(guān)系。BPR式是一個最常用的路段性能函數(shù)BPR函數(shù)將路段出行時間表達為流量與通行能力之比的函數(shù)。也正是因為這個原因，全有全無分配法STOCH分法沒這個數(shù)據(jù)段流量圖也只顯示了流量，而沒有V/C的信息。

從得出的分配結(jié)果中可以看出些路段并沒有分配的流量零流進一步反映了全有全無分配方法與現(xiàn)實不符，即每個之間只采用一條路徑，即使另外的路徑的出行時間或費用相同或非常接近也不采用。根據(jù)得出的路段流量表將流量排序可以看出基本上該市最外圍的一些道路分配的流量較少而城市中心區(qū)域分配的流量過多有的路段流量遠遠超過了其通行能力這造成了城市外圍道路資源的浪費同時造成城市中心區(qū)域的極度擁擠因此可以得出該種分配方法缺點是出行分布量不均勻全部集中在最短路上，當(dāng)交通網(wǎng)絡(luò)處于擁擠狀態(tài)時，分配結(jié)果與實際交通情況明顯不符。而該方法也有一定的優(yōu)點即計算相當(dāng)簡便分配只需一次完成在實際中由于其簡單實用的特性一般作為其他各種分配技術(shù)的基礎(chǔ)在增量分配法和平衡分配法中反復(fù)使用主要是用于某些非擁擠路網(wǎng)用于沒有通行能力限制的網(wǎng)絡(luò)的情況。（）STOCH

分法SUE模型也有近似的非平衡分配算法，就是STOCH分配法。STOCH分配法是將每個O-對之間的交通流量分配到連接該-對的多條可選路徑上。分配到一條路徑上的流量所占的比例是選擇該路徑的概率，路徑的選擇概率是由模型計算的。一般說來，和其他可選路徑相比，時間越短的路徑，被選擇的概率越大。但是，分配法并不將流量分配到所有的可選路徑上，只分配某些有限的較“合理的路段上一條合理的路段是使出行者離出行起點越來越遠，離出行終點越來越近。

分配結(jié)果如下：從圖中可以看出方法分配出的結(jié)果和全有全無分配方法得出的結(jié)果極為相似。在分配中路段出行時間輸入的固定值，出行時間不隨路段流量的變化而改變。因此，該模型不是一種平衡方法，但優(yōu)點是計算速度較快。全全分方和STOCH

分方所結(jié)的段量比：AONS100000800006000040000200000135791113151719212325272931333537394143454749515355575961STOCHAON從圖中可以看出，與兩種分配方法得出來的分配結(jié)果中，路網(wǎng)中各個路段流量相差十分微小。

（）量制（Capacity該方法被開發(fā)出來解決全有全無的問題是基于啟發(fā)式的方法它根據(jù)道路阻抗的變化來調(diào)整路網(wǎng)交通量的分配持所分配的流量不超過相應(yīng)路段的通行能力是一種“變化阻抗”的交通分配方法是一種動態(tài)的交通分配方法是一種不斷更新路段阻抗反復(fù)調(diào)用全有全無算法試圖達到平衡狀態(tài)的一種分配算法。這個算法一般無法收斂到平衡解，因此需要設(shè)置一個最大迭代次數(shù)，當(dāng)?shù)螖?shù)達到N時即終止迭代。這種方法還有產(chǎn)生另外一個問題的可能，即其計算結(jié)果非常依賴于具體的迭代次數(shù)多執(zhí)行一次迭代或者少執(zhí)行一次迭代常常會給出截然不同的結(jié)果。分配結(jié)果如下：由路段流量表可得，路段最高V/C為2.9488，最低為0.4170。其中，有5%路段V/C介于00.75，屬于穩(wěn)定車流；有5%的路段V/C介于0.75-0.9，接近不穩(wěn)定車流；有8%的路段介于0.9-，屬于不穩(wěn)定車流；有13%的路段V/C介于1-1.5，有68%的路段V/C大于1.5，屬于強制車流。該方法的優(yōu)點是路權(quán)可以更新考慮了路權(quán)與交通負荷的關(guān)系考慮了路段

通行能力的限制，比較符合實際情況。而該方法也存在不足:最短路分配法相同，出行者因其出行目的、喜好、路況及習(xí)慣的緣故并不一定選擇最短路徑并且對不熟悉各種可能替代路線的人，最短路徑更無從選定。其次，重復(fù)分配的方式，在理論上的依據(jù)不足，因為出行者對路網(wǎng)的交通需求乃為一次完成而非經(jīng)過數(shù)次不同的出行時間才決定最后的路線。()量配（Incremental）增量分配法是逐步分配交通流量的一種方法在每一步分配中根據(jù)全有全無法分配一定比例的總流量每步分配后根據(jù)路段流量重新計算出行時間當(dāng)采用的遞增次數(shù)足夠多時該分配法類似于平衡分配法但是該方法不能保證產(chǎn)生平衡解在路段流量與出行時間之間可能存在不一致會導(dǎo)致方案評估計算的錯誤，該方法還受到流量分配時，對的處理順序的影響，加大了分配結(jié)果中包含進一步的偏差的可能性。分配結(jié)果如下：

由路段流量表可得，路段最高V/C為2.9828，最低為0.1448。其中，有18%路段V/C介于0-0.75屬于穩(wěn)定車流有3%的路段V/C介于0.75-0.9，接近不穩(wěn)定車流；有5%的路段介于0.9-，屬于不穩(wěn)定車流；有10%的路段V/C介于1-1.5，有63%的路段V/C大于1.5，屬于強制車流。該方法在全有全無分配方法的基礎(chǔ)上，考慮了路段交通流量對阻抗的影響，根據(jù)道路阻抗的變化來調(diào)整路網(wǎng)交通量的分配是一“變化路阻的交通量分配方法并且簡單可行精確度可以調(diào)整在實際的道路網(wǎng)交通量分配中經(jīng)常被采用。但該方法也存在缺點仍然是一種近似方法當(dāng)路阻函數(shù)不是很敏感時有時會將過多的交通流量分配到某些容量很小的路段上一般情況下得不到平衡解。增分法Incremental）與容限法Capacity的較Restraint與ncremental43.532.521.510.50135791113151719212325272931333537CapacityRestraintIncremental從圖中可以看出量限制法和增量分配法兩種分配方法所得的結(jié)果差異較大，通過計算，容量限制法有71.1%的路段V/C大于增量分配法。

但兩種分配方法得出的路段的大小的趨勢大致相同，即：路段1、5、11、21、26、38，分別對應(yīng)于路網(wǎng)上1、2節(jié)點間的路段，1、3節(jié)點間的路段，12、13節(jié)點間的路段7、18節(jié)點間的路段312節(jié)點間的路段，20節(jié)點間的路段，這些路段相較于其他路V/C比要小，均小1，增量分配法在這些路段上V/C集中在0.1448-0.7183，容量限制法在這些路段上

V/C集中在0.417-0.9806；而對于路段6、、、、、、25、32、36，分別對應(yīng)于路網(wǎng)上78節(jié)點間的路段1617節(jié)點間的路段1920節(jié)點間的路段，21、22節(jié)點間的路段22、23節(jié)點間的路段13、24節(jié)點間的路段，、節(jié)點間的路段17、19節(jié)點間的路段，、14點間的路段，1522節(jié)點間的路段，10、16節(jié)點間的路段，這些路段相較于其他路段V/C比要大，容量限制法在這些路段上V/C集中在1.8539-3.4701，增量分配法在這些路段上2.0631-2.9828。

V/C集中

四、不同通需求下各配方法分配結(jié)分析將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5倍小至原來的0.7倍到兩個新的OD矩陣，重新進行交通分配，得到的各種分配方法對應(yīng)的的分配結(jié)果，如下所示。（）戶衡（UE）低交通需求

正常交通需求高交通需求

從折線圖可以看出三種交通需求下曲線的大致形狀一致即在一些相同的路段，V/C都要小，另外一些相同的路段，都要大。同時，由路段流量表分析可得，將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5后，重新進行交通分配，發(fā)現(xiàn)有的路段擴大的倍數(shù)大于1.5，有些路段甚至大于2，如路段、5、14、26，分別對應(yīng)于路網(wǎng)上、2節(jié)點間的路段，、3節(jié)點間的路段，16、18節(jié)點間的路段，3、12節(jié)點間的路段，均為該市的外圍路段。將OD矩陣中的數(shù)據(jù)縮小至原來的0.7倍進行交通分配現(xiàn)有60.5%的路段的V/C縮小的倍數(shù)大于0.7。

（）統(tǒng)化配SO）低交通需求正常交通需求

高交通需求從折線圖可以看出三種交通需求下曲線的大致形狀一致即在一些相同的路段，V/C都要小，另外一些相同的路段，都要大。

同時，由路段流量表分析可得，將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5后，重新進行交通分配，發(fā)現(xiàn)有的路段擴大的倍數(shù)大于1.5，有些路段甚至大于2，如路段、5、14、26，分別對應(yīng)于路網(wǎng)上、2節(jié)點間的路段，、3節(jié)點間的路段，16、18節(jié)點間的路段，3、12節(jié)點間的路段，均為該市的外圍路段。將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5倍后，重新進行交通分配，雖UE、SO兩種分配方法均有的路段擴大的倍數(shù)大于1.5，但是對應(yīng)的路段不相同，即有些路段UE所得結(jié)果中V/C擴大的倍數(shù)大于1.5，而SO所得結(jié)果中該路段V/C擴大的倍數(shù)小于1.5。將OD矩陣中的數(shù)據(jù)縮小至原來的0.7倍，重新進行交通分配，發(fā)現(xiàn)所有路段的V/C縮小的倍數(shù)均大于，縮小的倍數(shù)介于0.86-1.05。這一點與UE得結(jié)果極為不同。（）機戶衡低交通需求

正常交通需求高交通需求

從折線圖可以看出三種交通需求下曲線的大致形狀一致即在一些相同的路段，V/C都要小，另外一些相同的路段，都要大。同時，由路段流量表分析可得，將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5后，重新進行交通分配，發(fā)現(xiàn)有的路段擴大的倍數(shù)大于1.5（該比例極大的大于UE的78.9%的比例）有些路段甚至大于2，如路段1、、26，分別對應(yīng)于路網(wǎng)上、2節(jié)點間的路段，、3節(jié)點間的路段，3、12節(jié)點間的路段，均為該市的外圍路段。將OD矩陣中的數(shù)據(jù)縮小至原來的0.7倍，重新進行交通分配，發(fā)現(xiàn)50%路段的V/C縮小的倍數(shù)大于0.7，而另外50%路段V/C縮小的倍數(shù)小于。

（）有無配（AllNothing）低交通需求正常交通需求

高交通需求從折線圖可以看出三種交通需求下曲線的大致形狀一致即在一些相同的路段，V/C都要小，另外一些相同的路段，都要大。

同時，由路段流量表分析可得，將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大1.5后，重新進行交通分配，除個別路段以外（路段16、17、、33）基本上所有路段流量也相應(yīng)地擴大1.5倍。值得注意的是，在高中低三種交通需求下，路段（介于節(jié)點、17）分配到流量均為0。將OD矩陣中的數(shù)據(jù)縮小到原來的0.7倍后，重新進行交通分配，除個別路段以外（路段17、29、33），基本上所有路段流量也相應(yīng)地縮小0.7倍。（）

分法低交通需求

正常交通需求高交通需求

從折線圖可以看出三種交通需求下曲線的大致形狀一致即在一些相同的路段，V/C都要小，另外一些相同的路段，都要大。同時，由路段流量表分析可得，將OD矩陣中的數(shù)據(jù)擴大