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交通系统建模主要有哪几种模型

来源:未知 作者:澳门新葡亰官网app 时间:2019-11-13 01:46

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  中观交通模型介于宏观模型与微观模型之间,从分配方法上可将宏观、中观、微观模型大体作如下归纳:

  中观模型:主要基于交叉口延误计算,但也可结合使用路阻延误函数的流量分配;

  中观模型与宏观模型相比,分析精度大大提高,可以得到车速、交叉口延误、饱和度等较为具体的分析指标,并且可以作交叉口的信号优化分析;而与微观模型相比,具有建模工作量小,运行速度快,路径分析功能强的优点。因此在进行片区一级的交通分析时,宏观模型精度不够,微观模型又过于复杂,建模和标定的工作量太大且难以管理,中观模型是最为适合的工具。

  以往国内对中观模型的介绍较少,本文将结合本人近年来的使用经验说明中观模型的建立过程。

  中观模型由于要求分析精度较高,分区相应也需要比较小,从经验来看,在做片区一级的交通分析时,通常按次干道的分割进行划分较为合适,并且小区连接线的位置需要尽可能与实际的主要出入口位置一致,这样基本可以保证主干道沿线交叉口的分析精度。

  此外中观模型的路网往往是从宏观模型中截取的一个局部路网,为了正确的反映片区的对外交通和过境交通,需要将片区外围各条干道外端都作为单独的外部小区。

  OD矩阵需要在宏观模型中OD的基础上建立,主要工作有两项,OD的细分和片区出入口小区OD量的分析计算。

  1.外部小区OD的分析计算。外部小区的OD主要是反映整个片区的对外交通和过境交通,需要在宏观模型中通过一定的分配算法进行计算和提取,在EMME/2平台上,使用附加选项分配(additional option assignment)可以较方便的提取出所需的外部小区OD。

  2.宏观模型OD的细分。由于中观模型的分区较小,需要将宏观模型中的OD进行细分,通常的方法是首先制定中观小区与宏观小区的对应关系,然后根据各中观小区大致人口就业情况,制定其在对应宏观小区中所占比例,然后通过相应的矩阵运算得到细分后的中观小区OD。

  路网和公交网的建立主要是一个编码的过程,这里不介绍具体的操作过程,只说明一下需要注意的一些问题:

  1.非信号路口。中观模型中对于非信号路口通常只有两种定义,一是定义为让路路口,即对主要流向的通行能力只稍作降低,而次要流向的通行能力完全视主流向所能提供的可穿插间隔而定;二是定义为虚路口,即程序不对其路口延误进行计算,所有方向延误为0。

  在实际应用中,往往两种定义都不能较好地模拟实际的路口情况,前一种情况下,主要方向流量较大时,次要方向的通行能力会很低,延误则会非常大,甚至达到几千秒,后一种情况又完全没有延误。这时就需要将其作为信号路口来编码,根据各向实际的流量和通行能力状况,设置一个简单信号配时。

  2.立交。如前所述,中观模型对于非信号路口的模拟是不太理想的,对于转弯匝道的出入口同样也存在这个问题,即如果简单的作为让路路口处理,当主线流量较大时,匝道的通行能力会非常低,如果作为虚路口,延误就为0,容易造成分配流量过大。因此不能用中观模型单独对立交进行专门分析,但在所研究的片区范围内存在立交时,可以将立交转弯匝道的出入口编码为信号路口,根据实际情况控制和调整各方向的实际通行能力,以保证整体流量分配的准确性。

  3.转弯混合车道。对于路口同时允许两个方向行驶的混合车道,由于两个方向的车流会互相阻挡,在中观模型运算时有时会计算得到很大的延误时间,这时需要将单独的一个车道拆分成两个车道,每个转弯流向各占一个车道,再通过校正其绿灯通行能力来确保计算的准确性。

  OD反推就是利用现状的观测流量校核OD的算法,是建立中观模型的一个关键步骤,一方面直接用宏观模型OD或OD调查的OD进行分配,其结果往往与实际道路流量还是有一定差距,因此必须用OD反推对现状OD进行校正;另一方面现状路网编码的准确性也直接影响OD反推的结果,必须根据对OD反推结果的分析不断校正路网编码。因此在中观模型的建立中OD反推的过程同时也是路网校正的过程。其总体流程包括观测流量的校核、路网的校核、(下转第140页)

  OD反推算法在国内外经过多年的研究,已经较为成熟,现在一般的交通软件都提供了OD反推的功能。此处不多做介绍,但需要注意OD反推技术自身的局限性,不能希望在完全没有基础OD的情况下通过OD反推来得到实际OD,主要原因为实际测站的数量都是有限的,而OD对的数量却往往很大,从数学上来说OD反推问题实际具有无穷多的解,所以说如果反推所用的初始OD偏差很大的话,结果的准确性就无法保证。

  由于各路口/路段的流量观测通常是同时进行的,而上下游之间实际存在一定的时间差,并且有实际的观测误差存在,在实际观测流量中可能会出现上下游流量不匹配的情况,而在交通模型分配中,上下游的流量必须是完全匹配的。因此在进行OD反推计算前需要先将所有的观测流量标在一张大路网图上,比较各路段上游入口和下游出口的流量是否匹配,并对相差较大的地方进行分析和调整。

  路网校核需要结合OD反推反复进行,即先进行OD反推运算,再校核路网,再OD反推,再校核路网……,直至路网编码较为合理,拟合结果与观测结果较为吻合,具体校核主要分三个方面进行:

  1.异常道路通行能力的校核。首先需要重点校核计算出的通行能力小于实际观测流量的情况,这时必须调整路网编码,确保实际通行能力较为合理,具体调整方法需要根据经验和实际情况来分析;其次是检查和校核通行能力很小或很大的情况,一般来说让路路口的次要流向和混合车道通行能力容易过小,而虚路口通行由于不计算延误,通行能力非常大,需要根据实际情况进行分析。

  2.异常延误的校核。主要是检查延误特别小(为0或只有几秒)或是特别大(达到几百秒甚至几千秒)转弯流向,判断其是否合理,并加以调整。

  3.异常路径的校核。挑选有代表性的OD对,根据计算出的道路与交叉口延误画出最短路径,分析其是否合理。

  经过路网校核后,路网应当已经较为准确,并且反推的结果也应当与实际观测流量非常吻合。但这时反推得到的OD还不能直接应用,因为OD反推实际上不具有唯一解,还需要对其进行分析,并相应地调整OD反推算法的参数设置,以确保结果的合理性。与路网校核一样,OD量的校核也需要结合OD反推运算反复进行,直至结果较为合理。

  要使分配流量与观测流量吻合,最便捷的办法就是直接调整O点和D点分别位于测站两端的OD对,因此OD反推中最容易出现的问题就是区域内部短距离出行OD量过大,解决办法有以下几种:在OD反推的算法参数中设定一个OD调整的下限值,当初始OD量低于此下限值时就不作调整;当确信初始OD已较为准确时,可以设定OD对调整的最大允许幅度;在有些软件中,可以通过约束矩阵指定特定OD对的允许变化幅度。

  分析对外交通的总量及方向分布,过境交通的总量是否合理,一般来说在计算初始OD时应该已对此作过详细分析,如果初始OD较为准确的话,关系就不会太大,但如果反推中OD调整变化幅度较大,就可能会出现问题,解决的主要办法是对初始OD进行调整,尽可能明确主要的过境交通流向和流量,对外交通的总量和方向分布,并可在OD反推计算中控制相应OD对的允许调整幅度。

  OD量的校核也要通过OD反推反复进行,直到最终结果较为理想,才可用于实际方案测试中。

  方案测试主要就是利用已校正完成的中观模型,测试实际交通改善方案的效果,这里不介绍具体的操作过程,实际在方案测试中需要注意的主要问题有两点:

  一是在方案调整之后,往往需要对周边的交叉口信号配时进行调整,如果不需要专门作信号控制的改善方案,只需分析一下各路口不同相位间的饱和度差别,并根据其进行调整,使各流向的饱和度较为均衡;如果需专门作信号控制方案的分析,则需要逐个路口进行详细分析和计算。

  二是在改善方案与现状的变化较大时,改善方案的路网中就可能会出现一些新的编码不准确的问题,就需要对路网进行再一次的校核,检查通行能力、延误、分配路径三个方面有无异常,并相应地加以调整。

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