最新的交通建模過(guò)程中的路阻函數研究

最新的交通建模過(guò)程中的路阻函數研究

　　【摘 要】路阻函數貫穿于交通建模的出行分布、方式選擇和交通分配多個(gè)階段，函數參數的確定需要結合建模方法、建模精度以及參數調用等多方面綜合考慮，是影響模型計算精度的關(guān)鍵參數，本文結合交通模型軟件的處理方式，研究路阻函數型式、調查、標定和校驗方法，并得到了符合濟南市出行規律的路阻函數值。

　　【關(guān)鍵詞】交通建模；路阻函數；參數標定

　　1 路阻函數的作用

　　路阻函數包括路段和節點(diǎn)兩部分。

　　路段流量延誤函數，用于反映不同等級道路隨著(zhù)路段車(chē)流量增加，行程時(shí)間延誤的增長(cháng)規律。

　　節點(diǎn)的控制延誤及轉向排隊延誤是行程時(shí)間延誤中重要部分，是城市模型有別于公路模型的主要區別。在出行時(shí)間中，節點(diǎn)的延誤占有一定比重，特別是當節點(diǎn)擁擠或阻塞時(shí)，節點(diǎn)延誤可能會(huì )遠遠超過(guò)路段行駛時(shí)間，因此必須對路阻函數進(jìn)行節點(diǎn)延誤的修正。當轉向在網(wǎng)絡(luò )的連線(xiàn)之間發(fā)生時(shí)，大部分規劃軟件程序允許用戶(hù)應用限制規則、處罰和延遲等。

　　2 路阻函數的模型使用階段

　　出行分布階段常用的重力模型方法被吸引來(lái)的交通量是與小區之間的距離有關(guān)。吸引力隨著(zhù)出行時(shí)間降低的變化趨勢的規律，一方面與出行的目的有關(guān)，另一方面與出行的方式有關(guān)。描述這種趨勢的就是阻力函數。

　　方式選擇階段常用的Logit模型方法，基于出行距離、車(chē)輛擁有條件、出行費用、出行時(shí)間、舒適度、可達性等條件。不同方式的延誤時(shí)間，影響方式之間的競爭關(guān)系。

　　交通分配階段流量延誤函數是影響車(chē)輛隨著(zhù)路段分配流量增加選擇路徑的主要依據。依據查詢(xún)道路網(wǎng)的最短行程時(shí)間判斷出行路徑的選擇。

　　3 節點(diǎn)路段化延誤函數構建

　　在交通分配模型中，采用的路段流量延誤函數模型有BPR函數、Akcelik函數、錐形擁堵函數以及IITRP函數。

　　交通模型中通過(guò)在節點(diǎn)進(jìn)口道添加延誤函數的查詢(xún)索引，將節點(diǎn)處的控制延誤和停車(chē)延誤引入到交通分配中。節點(diǎn)流量延誤函數的形式一般分為兩種：一種是根據城市交通調查統計的按照相交道路等級分類(lèi)的節點(diǎn)平均延誤（分級式節點(diǎn)延誤），以表格的形式存儲；另一種是根據調查數據統計回歸得到的節點(diǎn)流量延誤函數（聯(lián)動(dòng)式節點(diǎn)延誤），以函數方程的形式存儲。

　　基于對模型精度、數據處理難易程度、后期維護的考慮，構建延誤函數型式如下式。其中路段延誤參考BPR函數型式，交叉口延誤則按照分段函數的型式。

　　d―總的延誤時(shí)間；

　　D―路段流量延誤；

　　I―節點(diǎn)轉向延誤；

　　Ti―路段零流時(shí)間；

　　αβ―參數值；

　　x―路段流量；

　　i―分類(lèi)分轉向延誤調查數值。

　　4 調查及參數標定

　　4.1 調查方法

　　路段車(chē)輛延誤調查的方法主要有跟車(chē)法、觀(guān)測法、路段調查法等幾種，根據構建的延誤函數型式，路段延誤與節點(diǎn)延誤分開(kāi)計算，因此路段延誤采用路段調查法。

　　調查節點(diǎn)延誤的方法主要有停車(chē)時(shí)間法和行程時(shí)間法，根據構建的延誤函數型式，節點(diǎn)延誤滿(mǎn)足與相交道路等級相關(guān)的控制延誤和停車(chē)延誤即滿(mǎn)足要求，因此調查采用停車(chē)時(shí)間法。

　　4.2 參數標定

　　通過(guò)對交通流規律的定性判斷，可以得出兩條基本結論：

　�。�1）在同樣的道路負荷度下，單位長(cháng)度高等級道路上的行駛時(shí)間短，這種差異性在負荷度越大的情況下越明顯。

　�。�2）T=f（V/C）的函數曲線(xiàn)形狀向上彎曲，在BPR函數中的數學(xué)條件可以描述為β>1。

　　本文結合實(shí)際工作，提出了微觀(guān)擬合、宏觀(guān)校核的兩層次參數標定方法，宏觀(guān)層次的工作主要是參數的校核，利用微觀(guān)層次擬合的特性參數進(jìn)行交通分配計算，得出城市的機動(dòng)車(chē)出行宏觀(guān)指標如平均出行時(shí)耗、出行距離以及總體交通負荷度狀況等等，通過(guò)對宏觀(guān)指標的校核來(lái)調整微觀(guān)參數的選取。

　　在參數標定工作流程中以下三個(gè)環(huán)節是整個(gè)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)：

　�。�1）調查數據準確度的保證；

　�。�2）微觀(guān)層次參數標定；

　�。�3）宏觀(guān)層次模型參數的校核。

　　5 軟件平臺處理方式

　　在交通規劃軟件TransCAD中，節點(diǎn)延誤以定義全局的轉向懲罰的形式給出，為確定值。在交通規劃軟件Emme中，節點(diǎn)延誤根據具體節點(diǎn)調用的延誤函數計算延誤值，延誤函數的形式可以是分級式，也可以是聯(lián)動(dòng)式；同時(shí)可以相交道路等級的不同進(jìn)行較為細致的分級。

　　6 濟南市參數標定及校驗

　�。�1）路段延誤函數

　　經(jīng)過(guò)對調查數據的觀(guān)測處理，得到了近350個(gè)路段流量數據和1600個(gè)道路瞬時(shí)車(chē)速數據。根據奇異數據排除原則，將奇異數據排查以后，共得到1800條數據，利用這些數據進(jìn)行數學(xué)擬合以標定模型參數。

　　標定基本思路如下：

　　令 ， ，根據BPR函數的形式可以得到：

　　其中，V―路段機動(dòng)車(chē)流量；

　　C―路段機動(dòng)車(chē)通行能力；

　　T―路段機動(dòng)車(chē)行駛時(shí)間；

　　T0―路段機動(dòng)車(chē)自由行駛時(shí)間。

　　根據調查數據分析及國內外參數值得參考，最終結合濟南市實(shí)際道路情況，建立7個(gè)BPR函數。

　　圖2不同等級道路BPR函數曲線(xiàn)擬合圖

　�。�2）節點(diǎn)延誤

　　圖3 交叉口延誤測算匯總

　　經(jīng)過(guò)對調查數據的處理分析，最終得到各登記道路節點(diǎn)各轉向延誤時(shí)間。

　�。�3）參數校驗

　　分布檢驗

　　在出行分布校核中，判斷模型標定參數的精度，通常采用卡方檢驗。即需要檢查模型得到的出行距離分布曲線(xiàn)與實(shí)際調查得到的出行距離曲線(xiàn)之間的一致性，得到的卡方值與臨界值進(jìn)行比較，卡方值越小，說(shuō)明模型標定的結果越符合實(shí)際情況。

　　運用該方法對濟南市的出行分布模型進(jìn)行校核，可以看出，現狀出行分布模型計算出的出行量與實(shí)際調查所得到的出行量擬合較好。

　　分配檢驗

　　小客車(chē)分配路段流量與路段核查線(xiàn)調查小客氣流量對比R2值為0.97，達到了擬合現狀小客車(chē)流量的精度要求。

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