多模式多用戶交通分配模型的詳細(xì)功能

在TransCAD交通分配模型和算法簡(jiǎn)介一文中，我們介紹了TransCAD中主要包含的交通分配模型和算法，使大家對(duì)軟件的交通分配模型有了整理的了解，本文介紹TransCAD主打的多模式多用戶交通分配模型的詳細(xì)功能。

多模式多用戶交通分配模型(Multi-ModelMulti-Class，簡(jiǎn)稱MMA) 是為大城市應(yīng)用設(shè)計(jì)的，并能夠用于省際或區(qū)域范圍的主打模型。MMA模型是一種基于廣義費(fèi)用的分配模型，它允許按照特殊模式和用戶類別同時(shí)將出行分配到道路網(wǎng)，例如小汽車、小貨車、大貨車和集卡作為不同模式，小汽車又分為不同時(shí)間價(jià)值類別等。這種模型能夠準(zhǔn)確地描述所有類型收費(fèi)設(shè)施和HOV和HOT設(shè)施的影響。每種模式和用戶都有不同的路網(wǎng)通行權(quán)、擁堵影響（小汽車當(dāng)量）、時(shí)間價(jià)值（Value of Time）以及道路收費(fèi)成本。

1、MMA交通分配輸入數(shù)據(jù)

您可以定義每一種模式和用戶：

（1）小汽車當(dāng)量：用于確定每種車輛類型的擁堵影響。

（2）模式或用戶排除集：特殊模式或用戶類型不能通行的路段選擇集。

（3）按照路段或者是通過不同的模式的固定費(fèi)率。

（4）應(yīng)用于不同模式的按里程計(jì)算費(fèi)率。

（5）每種模式或用戶類型的特定時(shí)間價(jià)值VOT。

（6）每種模式或用戶類型的OD矩陣。

小汽車當(dāng)量

小汽車當(dāng)量（PCE）通常用于將較大車輛轉(zhuǎn)化成相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)小汽車數(shù)量，以便考慮它們加載到路網(wǎng)上時(shí)，不同車輛類型對(duì)交通的影響。例如，較大、重型車輛相對(duì)于小汽車占用更多的物理道路空間，并且加速和減速性能稍差。對(duì)每種方式，TransCAD都能夠指定小汽車當(dāng)量系數(shù)。更詳細(xì)的小汽車當(dāng)量系數(shù)說明，請(qǐng)參見道路通行能力手冊(cè)。

模式或用戶排除集

您能夠指定每種方式的不包含路段。例如，能夠從卡車方式中排除不滿足橋梁凈空和載重要求的路段，或者在單獨(dú)駕駛車輛方式中排除HOV路段。對(duì)外地牌照管理、貨車禁行路段等管理措施，均可以使用路網(wǎng)的集合來處理。相比其他軟件用模式字段的字符串來定義可通行的路網(wǎng)，集合方式更為簡(jiǎn)潔和靈活。為確定排除集，您需要在線層創(chuàng)建排除方式路段的選擇集。您需要對(duì)每種要排除的方式路段創(chuàng)建選擇集。

固定費(fèi)率和點(diǎn)到點(diǎn)計(jì)算費(fèi)率

用戶能夠在進(jìn)行多方式多類型分配時(shí)同時(shí)考慮固定費(fèi)率和按里程計(jì)算費(fèi)率兩種方式：

（1）固定費(fèi)率是指在通過路網(wǎng)的某一路段時(shí)的成本費(fèi)用。它與流量無關(guān)，所以這有別于出行時(shí)間成本。固定費(fèi)率同出行時(shí)間、通行能力以及路段其它基本屬性一樣，以線層屬性的方式添加。用戶可以為每一種方式設(shè)定不同的費(fèi)率。

（2）點(diǎn)到點(diǎn)費(fèi)率指按照出行路徑的進(jìn)口節(jié)點(diǎn)和出口節(jié)點(diǎn)計(jì)算費(fèi)率。這種費(fèi)率的計(jì)算方法對(duì)于在出入口設(shè)置收費(fèi)站的道路作用很大（例如國(guó)內(nèi)常見的高速公路出入口收費(fèi)）。您需要設(shè)定一個(gè)節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)間的費(fèi)用矩陣，矩陣的行和列ID分別代表出發(fā)地和目的地的節(jié)點(diǎn)編碼，矩陣中每個(gè)格的值代表出發(fā)地到目的地的費(fèi)用。下面是一個(gè)費(fèi)率矩陣表和收費(fèi)設(shè)施位置圖。

您需要定義路段作為固定費(fèi)率或按照里程收費(fèi)路段。您可以通過建立單獨(dú)的選擇集來定義路段。然后，將這些選擇集作為網(wǎng)路設(shè)置對(duì)話框的一個(gè)特殊的選擇集。

運(yùn)行成本

可以設(shè)置一個(gè)基于路段固定的運(yùn)行成本。運(yùn)行成本和其他基于路段的屬性一樣，作為路段圖層的一個(gè)字段。每個(gè)模式（交通方式）可以有不同的字段。運(yùn)行成本多是為了考慮交通方式的成本Skim計(jì)算，我們不建議將運(yùn)行成本考慮到交通分配中，因?yàn)樗麜?huì)扭曲計(jì)算結(jié)果(Caliper,2015)。

時(shí)間價(jià)值VOT

在考慮收費(fèi)道路（如高速公路）、擁擠收費(fèi)政策等相關(guān)模型中，時(shí)間價(jià)值非常重要。每種模式每種用戶類型能夠給定自己的時(shí)間價(jià)值（VOT）。在交通分配中，根據(jù)不同的收入類型，每種收入類型能夠通過MMA方法分配，而且能夠設(shè)定不同的時(shí)間價(jià)值。另一個(gè)例子是對(duì)商業(yè)車輛和私人小汽車同時(shí)進(jìn)行交通分配，在這個(gè)情況下，用戶可以為商業(yè)車輛運(yùn)輸分配更大的時(shí)間價(jià)值。

因?yàn)镸MA方法是一種針對(duì)于廣義費(fèi)用的分配方法，因此，它能夠同時(shí)考慮費(fèi)率成本和時(shí)間成本。您需要為每種方式定義一個(gè)時(shí)間價(jià)值以完成基于廣義費(fèi)用的交通分配。要分析收費(fèi)設(shè)施，時(shí)間價(jià)值的分布非常重要，并不僅僅是用戶類型的平均時(shí)間價(jià)值就能達(dá)到要求(Slavin et. al., 2014)。

OD矩陣文件

用戶必須為每一種模式和用戶給定一個(gè)起訖點(diǎn)出行矩陣。所有的出行矩陣在同一個(gè)矩陣文件中給定，但是矩陣文件中單獨(dú)給出對(duì)應(yīng)于每種模式流量矩陣。

轉(zhuǎn)向懲罰

每個(gè)模式的轉(zhuǎn)向懲罰可以作為選項(xiàng)輸入。需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)特別的轉(zhuǎn)向懲罰表并包含在網(wǎng)絡(luò)文件中。有關(guān)轉(zhuǎn)向懲罰的設(shè)置方法和表格等信息，請(qǐng)參考TransCAD用戶手冊(cè)。在轉(zhuǎn)向懲罰表中，每個(gè)模式可以有一個(gè)懲罰字段。

2、MMA交通分配結(jié)果

MMA的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果與常用的分配結(jié)果相似：

（1）將結(jié)果作為主報(bào)告的一個(gè)附加報(bào)告文件，描述輸入文件、字段、收斂報(bào)告以及分類統(tǒng)計(jì)的詳細(xì)內(nèi)容，如車輛出行總距離和車輛出行總時(shí)間等。

（2）交通流量表、飽和流率（V/C比表）、路段出行時(shí)間和路段速度。

此外，MMA方法能夠提供以下可供選擇的結(jié)果：

（1）路段車流量和飽和流率表。

（2）交通流量的寬度專題圖和飽和度（V/C）的顏色專題圖。

（3）如果應(yīng)用費(fèi)率矩陣，將提供在收費(fèi)節(jié)點(diǎn)進(jìn)出口間的一個(gè)OD矩陣。

3、MMA交通分配的延誤函數(shù)

在交通分配模型中，TransCAD為用戶提供了多種預(yù)設(shè)的流量延遲函數(shù)，其中包括美國(guó)公路局的（BPR）函數(shù)、Akcelik函數(shù)、加拿大EMME/2 錐形擁堵函數(shù)以及Israel運(yùn)輸規(guī)劃研究所（IITRP）函數(shù)。因?yàn)镸MA方法應(yīng)用廣義費(fèi)用函數(shù)，在涉及時(shí)間成本的操作中僅使用流量延誤函數(shù)。后面章節(jié)將對(duì)每種函數(shù)作進(jìn)一步解釋。用戶可以創(chuàng)建自己的流量延誤函數(shù)。更多的關(guān)于創(chuàng)建自己的流量延誤函數(shù)的說明，請(qǐng)參閱TransCAD自定義延誤函數(shù)創(chuàng)建和使用。

MMA模型的廣義費(fèi)用函數(shù)是：

4、MMA交通分配的用戶界面

本次按照TransCAD 9.0 中文版軟件展示其界面，更多中文版信息，請(qǐng)查閱：中文版TransCAD/TransModeler即將發(fā)布一文。

主界面

下圖是MMA交通分配的主界面。除了上述輸入數(shù)據(jù)和參數(shù)的設(shè)置外，交通分配的方法（算法），流量延誤函數(shù)VDF的類型都可以選擇。

交通分配算法包括：AON全有全無算法，UE用戶均衡FW算法，N Conjugate UE-N共軛FW算法，SUE隨機(jī)用戶均衡（誤差項(xiàng)服從指數(shù)、正態(tài)、均勻分布等），Path-Based UE/OUE即高精度收斂算法。有關(guān)算法更多信息請(qǐng)查看TransCAD交通分配模型和算法簡(jiǎn)介。

交通分配的各種常用延誤函數(shù)可供用戶選擇，需要自定義延誤函數(shù)，請(qǐng)參閱TransCAD自定義延誤函數(shù)創(chuàng)建和使用。

選項(xiàng)界面

選項(xiàng)輸出包括了是否創(chuàng)建流量和飽和度專題圖。用于分析尾氣排放的車輛冷啟動(dòng)報(bào)告，用于熱啟動(dòng)分配的上一次分配流量和路徑文件輸出等。如果要輸出交叉口轉(zhuǎn)向流量，事先應(yīng)定義需要分析轉(zhuǎn)向流量的節(jié)點(diǎn)選擇集。

針對(duì)流量溯源的分析，有些交通規(guī)劃軟件需要對(duì)每次從查詢分析分別做交通分配，這樣十分費(fèi)時(shí)。TransCAD則可以保存路徑文件，在分配后對(duì)任意的選擇路段（關(guān)鍵路段）/小區(qū)進(jìn)行查詢分析。TransCAD的查詢分析功能十分強(qiáng)大，可以定義完全通過一系列路段（and關(guān)系），或者是使用了一系列路段任意路段（or關(guān)系），可用于分析橋梁、快速路承擔(dān)的OD功能，過境交通量等。

當(dāng)然，路徑文件還可以用于創(chuàng)建子區(qū)域、查看任意OD對(duì)之間的多個(gè)路徑的分配情況等，這里就不做詳細(xì)介紹了。

5、子區(qū)域分析即子區(qū)域OD矩陣

對(duì)區(qū)域交通需求預(yù)測(cè)時(shí)，往往需要對(duì)一些區(qū)域的交通流狀況作進(jìn)一步細(xì)化分析，例如市中心的分析。為了分析子區(qū)域，TransCAD有一個(gè)程序可以為子區(qū)域提供OD表。這個(gè)OD表可以更加精細(xì)的分析關(guān)注的區(qū)域。子區(qū)域矩陣和網(wǎng)絡(luò)也可以作為交通仿真模型的輸入，例如使用TransModeler進(jìn)行仿真。MMA分配模型同樣支持子區(qū)域分析。例如，可以從一個(gè)全市的交通分配模型得到一個(gè)子區(qū)域路網(wǎng)和OD矩陣，進(jìn)行細(xì)化的交通影響評(píng)價(jià)分析。

定義子區(qū)域

定義一個(gè)子區(qū)域，可以通過以下的一種方式提供密閉的環(huán)形區(qū)域：

（1）在面圖層選擇一個(gè)或多個(gè)區(qū)域，用外部的邊界作為境界線。

（2）直接在屏幕上用手繪多邊形工具繪制境界線，或者加載之前畫好的多邊形。

（3）當(dāng)然，也可以通過創(chuàng)建路段集合直接選擇部分網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行使用。

子區(qū)域OD矩陣通過和境界線相交的路段（簡(jiǎn)稱相交路段）和區(qū)域內(nèi)部的形心來定義的。相交路段在區(qū)域外的點(diǎn)，不管是普通節(jié)點(diǎn)還是形心，都稱為外部形心（虛擬的節(jié)點(diǎn)）。子區(qū)域矩陣是正方形的，也就是說行和列都包括了內(nèi)部形心和外部形心。

子區(qū)域的OD是指任何一部在區(qū)域內(nèi)的出行，一共有四種情況：

（1）出行的出發(fā)點(diǎn)或通過點(diǎn)是外部形心，通過了子區(qū)域，到達(dá)或通過外部形心。

（2）出行的出發(fā)點(diǎn)或通過點(diǎn)是外部形心，進(jìn)入子區(qū)域，到達(dá)區(qū)域內(nèi)形心。

（3）出行的出發(fā)點(diǎn)為區(qū)域內(nèi)部形心，走出區(qū)域外，到達(dá)或通過外部形心。

（4）出行的出發(fā)點(diǎn)為區(qū)域內(nèi)部形心，到達(dá)點(diǎn)也為內(nèi)部形心。

定義好子區(qū)域后，TansCAD需要指定子區(qū)域的名字，以及以名字為前綴的一下路段和節(jié)點(diǎn)集合：

例如子區(qū)域的名字為CBD，則TransCAD 創(chuàng)建以下集合：CBD_Centroids, CBD_External, CBD_Crossing和CBD_Links。除了創(chuàng)建集合外，TransCAD還自動(dòng)進(jìn)行如下操作：

（1）顯示子區(qū)域的信息，包括內(nèi)部形心，外部形心以及子區(qū)域路段的數(shù)目。

（2）高亮顯示內(nèi)部形心、外部形心和子區(qū)域內(nèi)的路段。

（3）地圖縮放到定義的子區(qū)域。

當(dāng)前子矩陣建立后，所有的節(jié)點(diǎn)和路段集合仍舊保留，以便使用它們進(jìn)行后期分析。

子區(qū)域的創(chuàng)建準(zhǔn)備

子區(qū)域矩陣的創(chuàng)建需要交通分配的一般性輸入數(shù)據(jù)。另外，TransCAD需要定義的子區(qū)域名稱以及存儲(chǔ)子區(qū)域矩陣的OD文件名字。子區(qū)域的定義可以選擇以下三種方法：

在交通分配一般的數(shù)據(jù)結(jié)果基礎(chǔ)上，會(huì)增加一個(gè)子區(qū)域OD。

子區(qū)域分析對(duì)大型區(qū)域模型是十分有用的。州際和大區(qū)域?qū)用娴哪Ｐ停訁^(qū)域分析是一個(gè)很重要的應(yīng)用。在這種環(huán)境下，境界線上的流量分析能夠協(xié)助判斷整個(gè)模型的有效性。在大型模型中使用子區(qū)域分析需要十分小心。雖然子區(qū)域分析可以減少很多計(jì)算量，即使是這樣直接拿出來的子路網(wǎng)和子OD進(jìn)行分配，模型的結(jié)果和整個(gè)模型的分配結(jié)果會(huì)有可能產(chǎn)生差別。

用路徑文件分析子區(qū)域

如果在交通分配中保存了路徑文件，就可以用它來進(jìn)行子區(qū)域分析，并且不需要運(yùn)行帶交通分配的子區(qū)域分析程序。

6、結(jié)語

TransCAD的MMA模型是最為通用的交通分配模型，幾乎涵蓋了所有交通分配模型的功能。根據(jù)分配的算法，延誤函數(shù)的不同選擇，可以形成各種組合。它可以廣泛應(yīng)用于大城市道路交通分配模型，收費(fèi)道路分析等等。MMA模型的不同模式和用戶之間的影響是對(duì)稱的，具有最優(yōu)化模型的求解的要求。換句話說，小汽車和卡車的延誤函數(shù)表示的車速是一樣的。在不一樣的情況下，交通分配模型需要由變分不等式來表示，并且對(duì)延誤函數(shù)具有十分嚴(yán)格的要求，算法才有可能收斂，超出了本文討論的范疇。根據(jù)最優(yōu)化模型的數(shù)學(xué)特性，多模式多用戶流量的路段解唯一，分模式和用戶類別的流量解不唯一、路徑流量解也不唯一，但是軟件的算法遵循比例（Proportionality）原則，以最大程度接近實(shí)際情況。更加高級(jí)和細(xì)化的分配模型，可以參考宏觀DTA，中觀和微觀DTA模型。交通分配模型的數(shù)學(xué)原理十分深?yuàn)W，讀者感興趣可以參考相關(guān)文獻(xiàn)。

原文標(biāo)題：TransCAD多模式多用戶交通分配模型

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審核編輯：湯梓紅