TrancCAD在交通预测“四阶段法”中的应用

徐建军，关志伟，刘晓锋

（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222）

TrancCAD在交通预测“四阶段法”中的应用

徐建军，关志伟，刘晓锋

（天津职业技术师范大学汽车与交通学院，天津300222）

出行生成预测、出行分布预测、方式划分以及交通分配是“四阶段法”交通预测的主要步骤，其预测过程计算复杂，需要经过反复迭代计算才能得出结果。在TransCAD中运用“四阶段法”进行交通预测，大大简化了预测步骤，减少了计算过程。本文基于交通预测问题，采用实例运用的方法，在TransCAD中运用“四阶段法”进行实例验证，并指出在运用TransCAD进行交通预测时需要注意的问题。结果表明，在TransCAD软件中运用“四阶段法”进行交通预测方便可靠。

“四阶段法”；TransCAD软件；交通预测

TransCAD是具有地理信息功能的交通规划软件，该软件功能非常完备，地理信息系统（geographic information system，GIS）和交通模型2大功能都能实现。它不仅能够提供传统的交通需求“四阶段预测法”和非集结模型等功能，还能提供动态交通分配、物流规划、模型管理器等功能。在预测过程中，工作人员只需调查现状路网的状况，并对预测模型进行充分理解，即可运用TransCAD软件对其进行交通预测。Trans CAD软件能够对影响因素多、路网复杂及影响区大的路网交通进行准确的交通量预测，并以表格或专题地图的形式将结果直观地表现出来。本文用实例介绍“四阶段法”在TransCAD中的运用过程。

1　交通量预测方法流程

“四阶段法”是目前国内外最常用的交通需求预测方法之一，其预测步骤如下。

1.1出行生成预测

主要对各个小区未来年的出行产生量和吸引量进行预测。其预测的结果只是各小区的出行产生量或吸引量的总和，而并未将产生量和吸引量联系起来［1］。常用的出行生成预测方法有原单位法、交叉分类法、回归分析法及增长系数法等。其中，回归分析法的运算量相对较少，可以解释多因素对出行生成量的重叠影响。假设某类出行的生成量受社会经济活动稳定影响（这种影响可以通过历史或调查数据确定），那么可以通过对未来年相应社会经济活动的预测确定未来年的出行生成量，这就是回归分析法的基本原理。

1.2出行分布预测

为得出未来年小区间的交通流向和流量，必须进行出行分布预测以确定未来年的OD矩阵。出行预测方法主要有2类：一类是增长系数法，该方法主要认为未来年的出行分布由现状的出行分布乘以相应的增长系数得到。常用的有Fratar法、常数增加系数法和平均增长率法［2］。另一类是重力模型法，该方法认为2小区出行分布的大小受2小区间的距离、费用及时间等因素的影响。由于该模型最初的提出是受牛顿万有引力的启发，故称为“重力模型”［3］。常用的重力模型公式为：

式中：qij代表i、j分区间的出行分布量预测值；cij代表2分区之间的阻抗；Oi和Dj分别代表分区i的出行产生量和分区j的出行吸引量；α代表参数；f（cij）代表阻抗函数。

阻抗函数f（cij）常采用的形式有：

1.3方式划分预测

方式划分也称方式选择，方式划分预测是将各小区间的出行分布量划分成各小区的交通方式分布量。出行者的出行特性及交通方式特性等均会影响出行者对出行方式的选择，而良好的方式划分模型应能对影响出行者出行选择的因素进行准确的描述［4］。移动曲线法、重力模型的转化型、回归分析法、非集计模型等是常用的方式划分预测模型。Logit模型是较为常用的一种非集计模型，其公式为：

1.4交通分配

交通分配是指根据未来年的OD矩阵，按照可选路径的出行阻抗，将交通量分配到各个路网上，继而得出每个路段的交通流量［5］。用户平衡模型是TransCAD软件中众多交通分配方法中较为常用的一种。此模型假设全部路网出行所用的时间不以出行者主动更改出行路线造成的时间改变而改变［6］。因此，在用户平衡模型中，路网的出行时间之和总是最小。

该模型为：

式中：r、s为路网中的起讫点；xa为路段a上的交通流量；ta为路段a的阻抗；为点对（r，s）间的第k条路径的交通流量；为0-1开关变量；qrs为点对（r，s）间的OD量。

2　实例应用

通过导入AutoCAD的DXF文件建立线地理文件或小区地理文件，也可以运用TransCAD自带的作图工具画出路网及小区。在建立路段文件时，需要给路段添加速度（Speed）、通行能力（Capacity）及自由流时间（Time）等属性。在完成路段文件编辑后，要对路网的连通性进行检查，即检查路网中是否有不连通或者虚接的线段，避免在进行交通分配时由于路段不连通而出现错误。交通小区的划分则可以根据项目的实际情况进行。现状路网如图1所示。现假设要对图1的路网进行交通预测分析。该路网共涉及9个小区，小区的划分主要以重要的道路为边界，该路网中共60个路段，路段编号如图1所示，现对该路网进行四阶段法预测。

图1　现状路网

2.1出行产生和生成量预测

在TransCAD中，可以根据现状的产生、吸引量以及通过现状和将来人口预测出的未来出行产生、吸引量，采用回归分析法进行预测，试验中具体数据均由调查得出。在运行预测前，首先要对回归模型参数进行估计。将现状人口设为自变量，分别将现状的出行产生量和吸引量作为因变量，完成模型的估计。模型估计完成后即可对未来的产生量、吸引量进行预测。

小区的产生量与吸引量相等，因此在完成出行生成预测后，必须对每个小区的产生量和吸引量进行平衡，2方面相等以后再进行下一步的出行分布预测。

2.2出行分布量预测

增长系数法和重力模型法都可以用来预测出行分布量。在TransCAD中利用增长系数法对路网进行出行分布预测时，需要的数据包括现状的OD矩阵和未来年的出行发生、吸引量数据表。现状OD矩阵可以通过2个途径获得：一是可以对小区居民进行出行调查，特点是工作量大、人力物力财力耗费量大；一是可以用从结果反推过程的方法，即通过路段的交通量在TransCAD中反推出现状OD矩阵，特点是简单、省时、花费小，但反推出的OD矩阵有时与实际情况差别较大［7］。因此，在预测过程中应根据实际需要选取获得OD矩阵的方法。试验中的现状OD矩阵是通过对小区居民的出行调查获得。未来年的出行发生、吸引量数据表可以根据现状的发生、吸引量数据利用回归分析法在TransCAD预测获得。

在利用重力模型进行出行分布预测时，首先需要生成小区的阻抗矩阵。阻抗矩阵由TransCAD软件中的MP（multiple paths）工具运算生成。由于只需计算质心之间的阻抗，在生成阻抗矩阵之前需要将质心筛选出来。利用TransCAD中的筛选功能，根据质心的特点进行筛选。在生成的过程中，可以选择生成最短出行时间阻抗矩阵，也可以选择生成最短出行距离阻抗矩阵。需要注意的是，在生成的最短出行距离阻抗矩阵中包括了质心连接线的距离。

在生成阻抗矩阵后，需要对重力模型进行标定。运行TransCAD的Gravity Calibration项，结合上述2个矩阵即可得到一个数据视图，重力模型标定结果参数如表1所示。表中b值即为幂函数型阻抗函数的参数。

表1　重力模型标定结果参数

对重力模型进行标定后即可预测未来年的出行分布矩阵。依据现状阻抗矩阵、未来年出行产生和吸引量表以及得到的阻抗函数参数b，即可运行重力模型。该小区未来年的OD分布预测结果如表2所示。

表2　未来年OD矩阵预测结果

2.3交通分配

在得到未来年的OD分布预测结果后，即可对路网进行交通分配。由于软件只识别从交通网络节点处进入的出行分布量，而OD矩阵中只记录小区的分布量，因此要对OD矩阵进行索引转换（即将小区的ID转换成交通网络节点的ID）。索引转换结束后，即可利用TransCAD的交通分配功能，选择分配方法对交通流量进行分配。操作步骤为：①打开未来年的OD分布矩阵；②对OD矩阵进行索引转换，保证质心ID与小区ID一致；③运用用户平衡法（user equilibrium wardrop，UEW）进行交通分配。在分配结束后，其结果可以以数据表的形式呈现，也可以利用更加直观的流量流向图呈现，其交通分配流量图如图2所示。

由图2可以看出，路段3、7及路段50的交通流量分配最大，路段6、9、10、13等的交通流量分配较小，其具体流量分配结果如表3所示。

图2　路网交通分配流量图

表3　部分路网交通量分配结果

3　结束语

“四阶段法”是相对使用范围最大、预测准确度较高的一种交通预测方法。运用TransCAD软件进行“四阶段法”交通预测免去了复杂的计算过程，简化了交通预测步骤，使预测结果更加准确可靠。应用于现实生活中，要得到更加精确的结果，必须加大数据调查力度，以获得更加准确可靠的路网基础数据，并且不断地调整与测试。将“四阶段”预测法运用在TransCAD软件中，这在道路建设项目中具有重要的指导作用。

［1］闫小勇，刘博航.交通规划软件实验教程［M］.北京：机械工业出版社，2010.

［2］董庆.TransCAD在交通量预测中的应用［J］.湖北理工学院学报，2013（4）：49-50.

［3］吴春雷，常玉林.基于TransCAD软件的交通影响分析方法研究［J］.交通与计算机，2008，26（3）：80-81.

［4］宋睿，晏克非，郑建.TransCAD在四阶段交通需求预测中的应用［J］.交通科技与经济，2011，13（1）：80-81.

［5］邱勇.TransCAD软件在交通量预测中的应用［J］.咸阳师范学院报，2010，25（4）：76-77.

［6］沙滨，袁振州.基于TransCAD软件的交通需求预测研究［J］.山西科技，2006（1）：24-26.

［7］姚智胜，熊志华.TransCAD软件及其在交通影响分析中的应用［J］.交通与计算机，2003，21（6）：121.

Application of the traffic forecasting“four-stage method”in TransCAD

XU Jian-jun，GUAN Zhi-wei，LIU Xiao-feng
（School of Automobile and Transportation，Tianjin University of Technology and Education，Tianjin 300222，China）

Trip generation forecast，trip distribution forecast，mode split and traffic assignment are main steps of the“fourstage method”traffic forecasts.Its forecasting process is full of computational complexity，and it needs the repeated iterative calculation to get the results.Using the“four-stage method”to carry traffic forecasts in TransCAD greatly simplifies the prediction step and reduces the computational process.The“four-stage method”prediction step is introduced，and some examples are taken to introduce the prediction process of“four-stage method”in TransCAD software.It also points out the problems that need to be paid attention to in TransCAD application.The result shows that it is convenient and reliable to use the“four stage method”in TransCAD software.

“four-stage method”；TransCAD software；traffic forecast

U491.14

A

2095－0926（2015）04－0046－04

2015-07-08

国家自然科学基金资助项目（51408417）；天津市自然科学基金项目（14JCTPJC00472）；公安理论及软科学研究计划项目（2012LLYJTJSJ077）；天津市高等学校科技发展基金项目（20140917）.

徐建军（1991—），女，硕士研究生；关志伟（1970—），男，教授，硕士生导师，研究方向为交通环境与安全技术.