最新的交通建模過程中的路阻函數(shù)研究

　　【摘 要】路阻函數(shù)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(shù)參數(shù)的確定需要結(jié)合建模方法、建模精度以及參數(shù)調(diào)用等多方面綜合考慮，是影響模型計(jì)算精度的關(guān)鍵參數(shù)，本文結(jié)合交通模型軟件的處理方式，研究路阻函數(shù)型式、調(diào)查、標(biāo)定和校驗(yàn)方法，并得到了符合濟(jì)南市出行規(guī)律的路阻函數(shù)值。

　　【關(guān)鍵詞】交通建模；路阻函數(shù)；參數(shù)標(biāo)定

　　1 路阻函數(shù)的作用

　　路阻函數(shù)包括路段和節(jié)點(diǎn)兩部分。

　　路段流量延誤函數(shù)，用于反映不同等級(jí)道路隨著路段車流量增加，行程時(shí)間延誤的增長規(guī)律。

　　節(jié)點(diǎn)的控制延誤及轉(zhuǎn)向排隊(duì)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(qū)別。在出行時(shí)間中，節(jié)點(diǎn)的延誤占有一定比重，特別是當(dāng)節(jié)點(diǎn)擁擠或阻塞時(shí)，節(jié)點(diǎn)延誤可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過路段行駛時(shí)間，因此必須對(duì)路阻函數(shù)進(jìn)行節(jié)點(diǎn)延誤的修正。當(dāng)轉(zhuǎn)向在網(wǎng)絡(luò)的連線之間發(fā)生時(shí)，大部分規(guī)劃軟件程序允許用戶應(yīng)用限制規(guī)則、處罰和延遲等。

　　2 路阻函數(shù)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的交通量是與小區(qū)之間的距離有關(guān)。吸引力隨著出行時(shí)間降低的變化趨勢的規(guī)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(shù)。

　　方式選擇階段常用的Logit模型方法，基于出行距離、車輛擁有條件、出行費(fèi)用、出行時(shí)間、舒適度、可達(dá)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(shù)是影響車輛隨著路段分配流量增加選擇路徑的主要依據(jù)。依據(jù)查詢道路網(wǎng)的最短行程時(shí)間判斷出行路徑的選擇。

　　3 節(jié)點(diǎn)路段化延誤函數(shù)構(gòu)建

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

　　交通模型中通過在節(jié)點(diǎn)進(jìn)口道添加延誤函數(shù)的查詢索引，將節(jié)點(diǎn)處的控制延誤和停車延誤引入到交通分配中。節(jié)點(diǎn)流量延誤函數(shù)的形式一般分為兩種：一種是根據(jù)城市交通調(diào)查統(tǒng)計(jì)的按照相交道路等級(jí)分類的節(jié)點(diǎn)平均延誤（分級(jí)式節(jié)點(diǎn)延誤），以表格的形式存儲(chǔ)；另一種是根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)回歸得到的節(jié)點(diǎn)流量延誤函數(shù)（聯(lián)動(dòng)式節(jié)點(diǎn)延誤），以函數(shù)方程的形式存儲(chǔ)。

　　基于對(duì)模型精度、數(shù)據(jù)處理難易程度、后期維護(hù)的考慮，構(gòu)建延誤函數(shù)型式如下式。其中路段延誤參考BPR函數(shù)型式，交叉口延誤則按照分段函數(shù)的型式。

　　d―總的延誤時(shí)間；

　　D―路段流量延誤；

　　I―節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向延誤；

　　Ti―路段零流時(shí)間；

　　αβ―參數(shù)值；

　　x―路段流量；

　　i―分類分轉(zhuǎn)向延誤調(diào)查數(shù)值。

　　4 調(diào)查及參數(shù)標(biāo)定

　　4.1 調(diào)查方法

　　路段車輛延誤調(diào)查的方法主要有跟車法、觀測法、路段調(diào)查法等幾種，根據(jù)構(gòu)建的延誤函數(shù)型式，路段延誤與節(jié)點(diǎn)延誤分開計(jì)算，因此路段延誤采用路段調(diào)查法。

　　調(diào)查節(jié)點(diǎn)延誤的方法主要有停車時(shí)間法和行程時(shí)間法，根據(jù)構(gòu)建的延誤函數(shù)型式，節(jié)點(diǎn)延誤滿足與相交道路等級(jí)相關(guān)的控制延誤和停車延誤即滿足要求，因此調(diào)查采用停車時(shí)間法。

　　4.2 參數(shù)標(biāo)定

　　通過對(duì)交通流規(guī)律的定性判斷，可以得出兩條基本結(jié)論：

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

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

　　本文結(jié)合實(shí)際工作，提出了微觀擬合、宏觀校核的兩層次參數(shù)標(biāo)定方法，宏觀層次的工作主要是參數(shù)的校核，利用微觀層次擬合的特性參數(shù)進(jìn)行交通分配計(jì)算，得出城市的機(jī)動(dòng)車出行宏觀指標(biāo)如平均出行時(shí)耗、出行距離以及總體交通負(fù)荷度狀況等等，通過對(duì)宏觀指標(biāo)的校核來調(diào)整微觀參數(shù)的選取。

　　在參數(shù)標(biāo)定工作流程中以下三個(gè)環(huán)節(jié)是整個(gè)工作的重點(diǎn)和難點(diǎn)：

　�。�1）調(diào)查數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的保證；

　�。�2）微觀層次參數(shù)標(biāo)定；

　�。�3）宏觀層次模型參數(shù)的校核。

　　5 軟件平臺(tái)處理方式

　　在交通規(guī)劃軟件TransCAD中，節(jié)點(diǎn)延誤以定義全局的轉(zhuǎn)向懲罰的形式給出，為確定值。在交通規(guī)劃軟件Emme中，節(jié)點(diǎn)延誤根據(jù)具體節(jié)點(diǎn)調(diào)用的延誤函數(shù)計(jì)算延誤值，延誤函數(shù)的形式可以是分級(jí)式，也可以是聯(lián)動(dòng)式；同時(shí)可以相交道路等級(jí)的不同進(jìn)行較為細(xì)致的分級(jí)。

　　6 濟(jì)南市參數(shù)標(biāo)定及校驗(yàn)

　�。�1）路段延誤函數(shù)

　　經(jīng)過對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的觀測處理，得到了近350個(gè)路段流量數(shù)據(jù)和1600個(gè)道路瞬時(shí)車速數(shù)據(jù)。根據(jù)奇異數(shù)據(jù)排除原則，將奇異數(shù)據(jù)排查以后，共得到1800條數(shù)據(jù)，利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)擬合以標(biāo)定模型參數(shù)。

　　標(biāo)定基本思路如下：

　　令 ， ，根據(jù)BPR函數(shù)的形式可以得到：

　　其中，V―路段機(jī)動(dòng)車流量；

　　C―路段機(jī)動(dòng)車通行能力；

　　T―路段機(jī)動(dòng)車行駛時(shí)間；

　　T0―路段機(jī)動(dòng)車自由行駛時(shí)間。

　　根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)分析及國內(nèi)外參數(shù)值得參考，最終結(jié)合濟(jì)南市實(shí)際道路情況，建立7個(gè)BPR函數(shù)。

　　圖2不同等級(jí)道路BPR函數(shù)曲線擬合圖

　�。�2）節(jié)點(diǎn)延誤

　　圖3 交叉口延誤測算匯總

　　經(jīng)過對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)的處理分析，最終得到各登記道路節(jié)點(diǎn)各轉(zhuǎn)向延誤時(shí)間。

　　（3）參數(shù)校驗(yàn)

　　分布檢驗(yàn)

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

　　運(yùn)用該方法對(duì)濟(jì)南市的出行分布模型進(jìn)行校核，可以看出，現(xiàn)狀出行分布模型計(jì)算出的出行量與實(shí)際調(diào)查所得到的出行量擬合較好。

　　分配檢驗(yàn)

　　小客車分配路段流量與路段核查線調(diào)查小客氣流量對(duì)比R2值為0.97，達(dá)到了擬合現(xiàn)狀小客車流量的精度要求。

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