土木工程及力學(xué)學(xué)院交通規(guī)劃實驗報告

./成績土木工程與力學(xué)學(xué)院交通運輸工程系實驗報告課程名稱：城市交通規(guī)劃實驗專業(yè)：交通工程班級：交通工程1301班學(xué)號：U201315802姓名：鄭康康指導(dǎo)教師：鄒志云職稱：教授時間：2016.06目錄第一章概述11.實驗背景12.實驗?zāi)康?3.實驗意義24.實驗環(huán)境25.實驗內(nèi)容3第二章實驗操作步驟31.路網(wǎng)和小區(qū)的建立32.路網(wǎng)與小區(qū)的導(dǎo)入53.道路屬性輸入104.小區(qū)編號輸入135.建立型心連桿146.計算阻抗矩陣237.OD分布248.OD的導(dǎo)入導(dǎo)出289.建立期望線3010.交通流量分配3111.畫出流量圖和飽和度圖33第三章實驗總結(jié)35.第一章概述實驗背景TransCAD軟件是由美國Capliper公司開發(fā)的一個完全基于地理信息系統(tǒng)的交通規(guī)劃軟件。TransCAD與其它的交通軟件不同,它集GIS與交通模型與一體,而且它的功能相比更加齊全,特別是它提供了四階段交通預(yù)測模型,這給交通規(guī)劃工作帶來很大的方便。TransCAD對預(yù)測路網(wǎng)復(fù)雜,交通影響因素多的路網(wǎng)交通量,具有直觀、效率高的特點。是世界上使用最廣泛的交通規(guī)劃和需求預(yù)測軟件。AutoCAD軟件是美國Autodesk公司開發(fā)的一種通用計算機輔助設(shè)計軟件,在工程技術(shù)輔助設(shè)計領(lǐng)域有著極高的使用率。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,AutoCAD在道路工程設(shè)計中的重要性和便捷性已逐漸被人們認可。實驗?zāi)康?.熟悉掌握TransCAD的基本操作和交通需求分析；2.掌握研究區(qū)域的交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、社會經(jīng)濟指標(biāo)、交通需求預(yù)測、交通狀態(tài)評估等方法；3.掌握《城市交通規(guī)劃》的理論知識和技術(shù)方法；4.增強學(xué)生實踐動手和自主創(chuàng)新能力,為將來投入該領(lǐng)域的研究和開發(fā)奠定一定的基礎(chǔ)。實驗意義TransCAD軟件是世界上使用最廣泛的交通規(guī)劃和需求預(yù)測軟件。因此,作為交通規(guī)劃專業(yè)的學(xué)生,必須學(xué)會利用該軟件進行交通規(guī)劃和需求預(yù)測,這不僅是現(xiàn)在學(xué)習(xí)的需要,更是將來從事交通類工作的需要。計算機繪圖的趨勢要求道路與橋梁工程等土木類專業(yè)學(xué)生必須要學(xué)習(xí)并熟練掌握使用AutoCAD繪圖的相關(guān)知識和操作技能,這樣才能跟上當(dāng)今土木工程的設(shè)計潮流。本實驗是在交通流數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上,完成對象區(qū)域的交通網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、交通量的統(tǒng)計分析,交通需求預(yù)測、交通狀態(tài)評估等任務(wù)。培養(yǎng)我們深入掌握《交通規(guī)劃》的理論知識和技術(shù)方法,滿足交通規(guī)劃、路網(wǎng)設(shè)計、交通管理、智能交通等相關(guān)工程領(lǐng)域?qū)ξ覀儗W(xué)生具備交通數(shù)據(jù)采集和分析、交通需求預(yù)測及分析、交通網(wǎng)絡(luò)制作、TransCAD〔主要、AutoCAD等專業(yè)軟件操作或計算機等基本技能和素質(zhì)要求,增強我們的實踐動手和自主創(chuàng)新能力,為將來投入該領(lǐng)域的研究和開發(fā)奠定一定的基礎(chǔ)。實驗環(huán)境PC機,TransCAD軟件。實驗內(nèi)容1.TransCAD的基本操作地圖操作、主題圖操作、選擇操作、數(shù)據(jù)操作、矩陣操作、網(wǎng)絡(luò)操作2.研究區(qū)域路網(wǎng)、交通小區(qū)構(gòu)造及其計算機描述整理出包括如下內(nèi)容的路網(wǎng)基本信息表。路段編號起點終點長度〔Km車速〔km/h車道數(shù)<條>通行能力<pcu/h>道路名稱3.出行生成預(yù)測4.出行分布預(yù)測5.方式劃分預(yù)測6.交通分配預(yù)測7.交通運行狀態(tài)評估根據(jù)分配得到的交通量,分析道路網(wǎng)絡(luò)存在的問題及改善建議。第二章實驗操作步驟路網(wǎng)和小區(qū)的建立分別建立主干路,次干路,支路,小區(qū)等圖層,用多段線命令在CAD中構(gòu)建路網(wǎng),道路要在交叉口處斷開,其他地方不要斷開；交通小區(qū)應(yīng)閉合；分清楚圖層并保存為R12的dxf格式。主干路、次干路、支路分別為三個圖層,大致遵從與主干路連接的為次干路,地域偏遠流量較小的地區(qū)設(shè)置為支路的原則,將相應(yīng)的小區(qū)劃分為這三個等級,并畫在相應(yīng)圖層上,然后將這些路網(wǎng)劃分交通小區(qū),小區(qū)要閉合。本次試驗中我在CAD中所繪制的路網(wǎng)圖中道路分為主干道、次干道、支路三個等級,分別位于不同的圖層,且用不同的顏色作區(qū)分。路網(wǎng)的示意圖如下圖2-1所示：圖2-1路網(wǎng)示意圖然后繪制交通分區(qū),本次實驗的路網(wǎng)以及交通分區(qū)的繪制具有隨意性,我所繪制的交通分區(qū)共有14個,結(jié)合路網(wǎng)圖如下圖2-2所示：圖2-2路網(wǎng)及交通小區(qū)圖〔CAD截圖且圖層屬性如下圖2-3所示：圖2-3圖層屬性圖路網(wǎng)與小區(qū)的導(dǎo)入路網(wǎng)數(shù)據(jù)要檢查,檢查路網(wǎng)的連通性,如有錯誤,在CAD中修改〔少量的可以在TransCAD中修改；建立網(wǎng)絡(luò)net；導(dǎo)入小區(qū)。首先要導(dǎo)入主、次、支路網(wǎng),打開TransCAD軟件,直接將轉(zhuǎn)換后的.dxf文件拖入TransCAD窗口中,選中主、次、直圖層,注意輸入類型要選中Line,即線要素,如下圖2-4所示。圖2-4建立路網(wǎng)且坐標(biāo)系在此處同一選用高斯坐標(biāo)系,如下圖2-5所示：圖2-5坐標(biāo)系選取則在TransCAD中建立的路網(wǎng)圖如下圖2-6所示：圖2-6路網(wǎng)圖然后建立net網(wǎng)絡(luò),注意要素的選取不能有缺漏,如下圖2-7所示：圖2-7建立網(wǎng)絡(luò)net需要注意的一點是,為了統(tǒng)一單位,需要進行基本單位的選取,不然后期的計算結(jié)果可能在單位方面出現(xiàn)問題,如下圖2-8所示：圖2-8基本單位選取然后檢查路網(wǎng)中是否有錯誤節(jié)點,無誤后即可進行下一步操作。然后即可導(dǎo)入小區(qū),在導(dǎo)入小區(qū)環(huán)節(jié)一定要注意導(dǎo)入選項中Preserveblocksasmulti-polygonareas該選項一定不能選擇,不然后期后出現(xiàn)問題,如下圖2-9所示：圖2-9小區(qū)導(dǎo)入?yún)?shù)選擇則導(dǎo)入后的小區(qū)圖如下圖2-10所示：圖2-10小區(qū)圖然后,將小區(qū)圖層導(dǎo)入到路網(wǎng)圖層中,即可得到完整的路網(wǎng)圖如下圖2-11所示：圖2-11完整路網(wǎng)圖道路屬性輸入道路根據(jù)CAD中的圖層分類；添加車速、行程時間〔小數(shù)類型、通行能力三個主要參數(shù)；根據(jù)細化程度分車種輸入,本試驗中只使用小汽車的屬性,參照教程中的數(shù)據(jù),本次試驗我采用了下表3-1中所示的數(shù)據(jù)進行道路屬性的輸入：道路主干道次干道支路通行能力〔pcu/h360024001200車速〔km/h504020表3-1各級道路基本屬性參數(shù)首先要添加這三種屬性,注意通行能力和行程時間的數(shù)據(jù)類型均默認的整形數(shù)值,但行程時間應(yīng)為小數(shù)類型,即Real<8bytes>,如下圖2-12所示：圖2-12道路屬性參數(shù)選擇按照道路等級分別依次增加主、次、支三種線形要素,如下圖2-13所示：圖2-13參數(shù)添加車速和通行能力均可按照上表進行輸入,而行程時間則需要利用距離除以車速求得,如下圖2-14所示：圖2-14行程時間計算過程由于道路較多,故在此分主干道、次干道、支路的屬性分別展示在下圖2-15、2-16、2-17中：圖2-15主干道道路屬性數(shù)據(jù)圖2-16次干道道路屬性數(shù)據(jù)圖2-17支路道路屬性數(shù)據(jù)小區(qū)編號輸入首先增加小區(qū)編號屬性,數(shù)據(jù)類型為默認類型,如下圖2-18所示：圖2-18增加小區(qū)編號屬性則小區(qū)編號輸入后如下圖2-19所示：圖2-19小區(qū)編號輸入建立型心連桿為了把各個小區(qū)的出行量分配砸路段上,給各個小區(qū)建立型心連桿。這個過程要在線層和點層中新加元素,且新的元素和舊的元素?zé)o差別,通過小區(qū)ID連接。首先在Line-Endpoints圖層中加入小區(qū)ID屬性,如下圖2-20所示：圖2-20增加小區(qū)ID屬性然后在Line圖層也增加小區(qū)ID屬性,如下圖2-21所示：圖2-21增加小區(qū)ID屬性然后在Line-Endpoints層中加入小區(qū)編號屬性。然后即可建立形心連桿,注意通過小區(qū)ID連接,且需要注意的是ID是以小區(qū)ID為依據(jù),故應(yīng)選擇IDsfromzonelayer選項,如下圖2-22所示：圖2-22參數(shù)選擇則自動生成的型心連桿如下圖2-23所示：圖2-23自動生成的型心連桿圖由于型心連桿可以自動添加也可以手動添加,故在此為了體現(xiàn)功能,選擇手動添加一條型心連桿。注意手動添加的型心連桿是沒有自動生成小區(qū)ID的編號的,所以應(yīng)該手動輸入,本實驗中手動添加的型心連桿如下圖2-24所示：圖2-24手動添加的型心連桿圖最短路工具可以檢查新建道路的連通性,由于可以檢查的節(jié)點數(shù)過多,在此就舉例介紹,如下圖2-25所示：圖2-26最短路徑檢查添加型心連桿的屬性〔參照支路標(biāo)準(zhǔn),為了防止經(jīng)過性交通流取道型心連桿；在Line-Endpoints層建立型心要素,以小區(qū)ID>0.1作為篩選條件,如下圖2-27所示：圖2-27建立型心要素結(jié)果如下圖2-28所示：圖2-28增加型心要素同時在Line層進行相同的操作,結(jié)果如下圖2-29所示：圖2-29增加型心要素對型心要素中的數(shù)據(jù)進行補充,車速為20,通行能力為1200,行程時間利用公式length/車速*3.6求得,結(jié)果如下圖所示2-30所示：圖2-30型心連桿數(shù)據(jù)補充然后將小區(qū)編號連接到節(jié)點的屬性中,鏈接過程如下圖2-31所示：圖2-31鏈接建立過程在生成的鏈接表中,Line-Endpoints:1.小區(qū)編號列數(shù)值為：zone:1小區(qū)編號,結(jié)果如下圖2-32所示：圖2-32鏈接表則小區(qū)編號已經(jīng)被連接到節(jié)點的編號中,結(jié)果如下圖2-33所示：圖2-33鏈接成果將小區(qū)編號導(dǎo)入到節(jié)點的屬性中,以備后用；計算阻抗矩陣分別采用最短出行時間和最短出行長度作為阻抗矩陣,在此次試驗中我選用行程時間矩陣來進行度量。首先,生成距離矩陣,此處命名為SPMAT-L.mtx,矩陣如下圖2-34所示：圖2-34距離矩陣同時可生成行程時間矩陣,如下圖2-35所示：圖2-35行程時間矩陣OD分布計算小區(qū)未來發(fā)生和吸引量,本次試驗的OD交通量為虛構(gòu)數(shù)據(jù),在excel表格中直接生成,如下圖2-36所示：圖2-36OD原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入到TransCAD中的結(jié)果如下圖2-37所示：圖2-37導(dǎo)入DO在zone表格中增加P、A屬性,如下圖2-38所示：圖2-38屬性添加在zone表中添加鏈接,鏈接過程如下圖2-39所示：圖2-39建立鏈接連接表如下圖2-40所示：圖2-40鏈接表則可得到鏈接成果如下圖2-41所示：圖2-41鏈接成果打開阻抗矩陣,并且更改矩陣的索引,首先需要添加索引,索引名為小區(qū)ID,然后矩陣的行和列均以小區(qū)ID為依據(jù),結(jié)果如下圖2-42所示：圖2-42以小區(qū)ID為索引的距離矩陣然后進行交通分配,若迭代不成功,可以增大迭代次數(shù)數(shù)值,也可適當(dāng)增大目標(biāo)收斂范圍,交通分配結(jié)果如下圖2-43所示：圖2-43交通分配結(jié)果矩陣OD的導(dǎo)入導(dǎo)出將OD表導(dǎo)出,建立新的索引,即以小區(qū)編號為索引,更改索引后的矩陣如下圖2-44所示：圖2-44以小區(qū)編號為索引的交通分配矩陣將交通分配矩陣保持為.bin文件,然后將分配結(jié)果的一維數(shù)據(jù)保存為.dbf格式的文件,再保存為OD.xsl格式文件,采用VBA編程語言進行后續(xù)的操作。在轉(zhuǎn)換生成的excel表格中分別添加OD-out表和OD-in表,采用VBA編程語言進行操作,其中OD-out表中編程代碼如下圖2-45所示：圖2-45OD-out表編程代碼最終生成的成果如下圖2-46所示：圖2-46導(dǎo)入到excel的OD矩陣同時在OD-int中的編程代碼如下圖2-47所示：圖2-47OD-out表編程代碼則生成的OD-in的部分?jǐn)?shù)據(jù)如下圖2-48所示〔數(shù)據(jù)過多,故展示一部分：圖2-48OD-in部分?jǐn)?shù)據(jù)然后將OD-in表中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入TransCAD中,可以建立新的矩陣,如果與原來的交通分配的矩陣一致,則說明是正確的。導(dǎo)入結(jié)果如下圖2-49所示,與原分配矩陣一致,證明OD導(dǎo)入成功。圖2-49導(dǎo)入的OD矩陣建立期望線打開以小區(qū)編號為索引的OD矩陣,以此為基礎(chǔ)建立期望線,可得期望線圖如下圖2-50所示：圖2-50期望線圖交通流量分配交通分配預(yù)測是指將各個交通分區(qū)之間的出行分布量分配到交通網(wǎng)絡(luò)的各條邊上去的工作過程,是交通預(yù)測四階段模型中的最后一個階段。交通分配通常采用Wardrop提出的用戶平衡模型以及系統(tǒng)最優(yōu)模型。本次課程設(shè)計中,采用用戶平衡模型對交通量進行分配。打開重力模型分配的OD矩陣,并把矩陣的索引更改為節(jié)點的ID,更改后的矩陣如下圖2-51所示：圖2-51以節(jié)點ID為索引的OD矩陣進行交通量分配,然后代開分配后保存的文件,增減VC屬性,數(shù)據(jù)類型為小數(shù)型,即Real<8bytes>。把兩個表連接到一起,計算飽和度。建立鏈接,如2-52所示：圖2-52鏈接參數(shù)設(shè)置在鏈接表中計算飽和度V/C,部分?jǐn)?shù)據(jù)如下圖2-53和2-54所示：圖2-53飽和度計算圖2-54飽和度計算畫出流量圖和飽和度圖由軟件生成的流量圖如下圖2-55所示：圖2-55流量圖分配量圖如下圖2-55所示：圖2-56分配量圖飽和度圖如下圖2-57所示：圖2-57飽和度圖若路網(wǎng)飽和度在合理范圍內(nèi),不必再繼續(xù)調(diào)整路網(wǎng)；若仍有部分路網(wǎng)飽和度過大,則仍需繼續(xù)優(yōu)化道路網(wǎng)絡(luò)?！灿捎谥皇欠峙湫∑嚱煌?考慮還有其他交通方式在道路上的分配,因此小汽車的最大的飽和度最好不要超過0.8根據(jù)飽和度圖,調(diào)整現(xiàn)狀路網(wǎng)。具體的措施包括：提高道路等級和道路通行能力、或者新建道路。第三章實驗總結(jié)通過利用TransCAD軟件進行交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃,我對道路同網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的流程有了進一步的了解。在試驗過程中,面對全英文的軟件界面,的確感覺到有些許的不適應(yīng)。在老師講解完基本操作后,沒有經(jīng)過具體實踐的我還是有些似懂非懂。好在后期我們還有很多的自己動手操作的時間。剛開始進行實際操作的時候,基本上就是照著教學(xué)視頻一步一步來,因為第一次做,所以一昧追求速度,有些不懂、不理解的步驟也只是機械地按照教程來做,具體為什么不管,花了多半個下午的時間,也基本上把整個流程過了一遍,但回想一下,基本上還是什么都不會。所以還是老老實實重新來做,遇到不懂的步驟,先在教學(xué)PPT上找原理,實在不懂,再請教