运输系统规划设计实验

时间：2024-10-02 百科知识版权反馈

【摘要】：5．依据上述预测结果，利用Trans CAD软件，在基年区域内轨道交通网络的基础上完成交通分配并对结果进行分析，并完成区域内轨道交通网络中远期框架设计。根据实验设计要求，利用Trans CAD软件，将预测的铁路分担量的OD矩阵导入在Trans CAD中建立好的路网中，进行交通分配。

23．1 实验相关知识点

1．数据整理与分析：区域内城镇经济、人口、交通设施、客流量等数据整理与分析方法。

2．建模和数据预测：中远期区域内各主要城镇经济发展趋势预测、人口预测、客流需求预测模型的选择与应用；使用Trans CAD软件完成交通分配仿真的方法。

3．方案设计与评价：区域内城际轨道交通网络中远期框架的规划设计；设计方案的评价（技术指标计算与经济效益评估）。

23．2 实验目的及所需实验技能

运输规划是指根据一定地域范围内的社会经济发展要求，从当地自然经济条件出发，采用数学模型和计算机软件，在大量的运输需求调查的基础上，通过多方案比较，确定交通运输发展的目标和步骤。

运输规划是解决现状运输问题和指导未来运输发展的纲领，是社会发展规划的重要组成部分。

因此，为帮助学生巩固和运用运输系统规划的理论知识，掌握运输需求的各种预测模型的计算方法，了解综合运输系统规划的基本步骤和方法并掌握运输规划方案的正确评估方法，要求学生完成本次运输系统规划设计实验，实验主要内容为区域内城际轨道交通网络中远期框架规划设计。

23．3 实验内容和要求

23．3．1 实验内容

1．根据给定的数据和参考资料，对区域内各主要城镇经济、人口、交通设施、客流量等数据进行整理与分析。

2．依据相关数据，选择合适的模型与方法完成中远期（2020年、2030年）区域内各主要城镇经济发展趋势预测。

3．依据相关数据，选择合适的模型与方法完成中远期（2020年、2030年）区域内各主要城镇人口预测。

4．依据相关数据，选择合适的模型与方法完成区域内各主要城镇间中远期（2020年、2030年）的客流需求预测（发生及吸引出行量，交通分布，轨道交通分担量）。

5．依据上述预测结果，利用Trans CAD软件，在基年区域内轨道交通网络的基础上完成交通分配并对结果进行分析，并完成区域内轨道交通网络中远期（2020年、2030年）框架设计。

6．采用指标计算和交通分配的结果对设计方案进行比选与评估（需结合定性和定量的分析方法）。

23．3．2 实验要求

1．完成“A区域内城际轨道交通网络框架中远期规划”的设计。

2．设计过程中，复习所学的有关理论和方法，查阅参考资料。

3．独立完成方案的设计，并对方案进行理论分析和评估，允许交流和讨论，但不允许抄袭。

4．应列出设计过程中使用的主要参数、模型、计算过程和方法。

23．4 实验主要仪器设备和其他材料

1．主要仪器设备

装有交通规划宏观仿真软件Trans CAD的计算机。

2．其他材料

《交通规划理论与方法》（第二版），陆化普主编，清华大学出版社；

《交通运输系统规划——有关理论与方法》，杨兆升主编，人民交通出版社；

《交通运输系统规划》，任科社主编，人民交通出版社。

23．5 实验方法、步骤说明

23．5．1 论述规划目标，理清设计原理

梳理实验给定的规划区域内的各类数据，定性分析该区域的经济社会发展情况，利用适当假设条件，分析该区域交通网络的现状，并从必要性、目标的制定、可行性分析等方面论述本次规划的目标。

本次设计的主要思路为：数据整理、建模和数据预测、方案设计与评价。依据相关理论和方法，以及实验给定的数据类型，以图示的方式，梳理设计原理，将上述三个步骤中需要用到的数据、方法、步骤和计算的指标列出。

23．5．2 基础数据整理和分析

整理及补充规划区的有关数据和资料，包括：

（1）区域内城镇体系分布图；

（2）区域基年综合交通结构框架图；

（3）城镇间空间直线距离；

（4）区域内道路交通规划图；

（5）各城镇历史统计资料（包括26个城镇的各年份GDP、工业总产值、全社会固定资产投资、人均可支配收入、户籍人口、在岗人数、全方式旅客发送量、全方式旅客吸引量）；

（6）城际铁路单位造价；

（7）基年全方式客流OD分布表；

（8）主要运输方式经济性、快速性与舒适性的系数。

根据以上城市人口水平、社会经济活动数据、交通运输系统现状及规划、客流量及OD流分布、建设投资及运营成本等方面的数据与参数，对所给及收集的数据进行整理和分析，建立必要的数据库。

23．5．3 标定各类模型及参数

根据所整理的基年数据，对网络规划的运输需求模型进行标定，包括人口预测模型、社会经济发展预测模型、交通量发生和吸引模型、交通总量平衡调整模型、交通需求分布模型、运输方式选择（分担）模型和交通分配模型进行标定。

1．人口预测模型

需要预测的数据包括户籍人口与在岗人口，这里的预测方法选取logistic模型、指数增长模型和线性增长模型三种模型进行预测，然后将预测结果的精度进行对比，选择其中一种方法的结果作为最终预测值。

2．社会经济发展预测模型

需要预测的数据包括GDP数值、工业总产值、全社会固定资产投资和人均可支配收入。经济预测的数个指标中，主要采用趋势外推法，分别用二次和三次指数平滑进行预测；结合区域内经济发展趋势，选择其中一种方式的预测结果；分析平滑指数α的取值对于预测结果的影响，并根据情况选取其取值。

3．交通量发生和吸引模型

需要预测的数据包括全方式旅客发送量及全方式旅客吸引量，也即是交通需求的预测，该数据与区域内各城镇的经济以及人口息息相关。在上一步中进行预测的区域内26个城镇的4个经济指标和2个人口指标的值，在本步骤中将他们作为全方式OD需求的变量。

为了预测的准确性以及计算的便利，先针对每一个城镇利用Excel对6个变量分别与发生量及吸引量进行相关系数分析，根据相关系数的值，选择一定数量的人口变量和经济变量作为自变量，进行线性回归分析，分别得出全方式旅客发送量和全方式旅客吸引量与各自选择的三个自变量的函数关系式，从而对规划年限的OD总量进行预测。

4．交通总量平衡调整模型

对于预测得到的发送量和吸引量的OD值必须进行修正与平衡，使得总的发送量等于吸引量，方能满足交通分布预测模型的要求。

根据经验可知，在交通调查中，交通产生量比交通吸引量更为可靠，因此这里选用的方法是，以发送量作为基准，将吸引量总量与发送量总量的差值，根据每个城镇的吸引量在总吸引量中的比重，按比例分配到现有的吸引量上，最终可以实现OD平衡。

5．交通需求分布模型

上述步骤预测得到了全方式旅客发生量和吸引量，在进行OD平衡调整后，在交通需求这里采用弗莱特法（Frator法）分别预测出目标年份的全方式OD分布，F法迭代的方法请参考相关理论教材。

6．运输方式选择（分担）模型

离散选择模型（Logit模型）是一种常用的交通方式选择模型，因此在确定各类运输方式（铁路与道路）分担率时，选用该模型。此处应注意查阅相关教材和文献，根据实际情况对模型进行一定的改进。

对于各交通方式的效用函数、离散（聚合）参数β以及其他可能需要的参数的标定，应综合考虑基础资料中给出的三种交通方式的运价率Ri、舒适度Mi、速度vi以及交通方式选择行为的影响因素，进行构建和选择，最终计算得到各个交通方式的分担量。

23．5．4 交通分配

Trans CAD是由美国Caliper公司开发的基于GIS的交通规划软件，它主要集成了交通需求预测、公共交通需求预测等模块，并具有GIS的图形分析功能，在一些发达国家的交通规划管理行业中被广泛地应用，成功地应用到交通规划、设计和管理等工作中，取得了较好的效益。

根据实验设计要求，利用Trans CAD软件，将预测的铁路分担量的OD矩阵导入在Trans CAD中建立好的路网中，进行交通分配。先建立基年的铁路网，再将规划目标年的预测OD导入路网，观察路网中每一个路段的流量，对于显然不能满足的路段，设计新线进行分流。重新设计路网后，再次进行交通流量分配，观察流量变化情况，对轨道交通系统网络进行规划与调整，重复上述步骤，直至规划出合理的目标年铁路网（图23-1）。

图23-1 TransCAD交通分配结果界面

使用Trans CAD构建路网以及导入OD数据的方法如下：

1．路线层的建立

启动Trans CAD软件，导入底图，导入的底图一般是TIF格式的才能导入进来（图23-2）。

（1）建立路线层

点击新建文件图标，出现图23-3窗口，选择建立地理文件并确认，出现图23-4窗口。

选中Line层地理文件类型，并更改名字，还要选中Createatableforendpointdata，表示同时建立一个顶点层，点击OK，出现路段层属性对话框，如图23-5所示。

图23-2 软件初始界面

图23-3 新建文件界面（一）

图23-4 新建文件界面（二）

图23-5 路段层属性对话框

点击Add Field，逐一增加字段属性，也可以不选择建立任意字段，直接跳过这一步，等到以后画完路线层图后需要增加字段属性时再选DATAVIEW→Modifytable中进行添加。

点击OK，出现保存对话框，选择保存路径及文件名称点击Save，出现路段层地图界面，如图23-6所示。

图23-6 路段层地图界面

（2）添加路段

在路段层上，点击Tools→mapediting→toolbox出现地图编辑工具栏（图23-7）。

图23-7 地图编辑工具栏

点击，逐一增加路段，先用鼠标单击，表示建立路线的一个起点，再在终点上双击鼠标完成一个路段的建立。每一次完成后点击绿色的信号灯标志，它表示保存路段的建立，如果选择红色的信号灯标志则表示放弃保存新建立的路段；如果路段画错了，用鼠标选中路段，点击红色圆圈标志，它表示删除线路，再按绿色的信号灯标志，表示保存这一次的删除命令，便可以删掉不需要的路段。

（3）输入路段属性数据

选择NEWDATAVIEW以打开路段层数据库，会弹出显示路线层属性情况窗口，如图23-8所示。

图23-8 路线层的属性情况

逐一输入路段属性数据，如果需要增加一个字段属性时（即增加一个新列）可以选择在DATAVIEW→Modifytable中进行添加。

①检查线层的连接性情况

●确保地图显示的是线层。

●选择Tools→Mapediting→Checklinelayerconnectivity，在Threshold中选择测量距离，比如选择数字1m，选择OK（图23-9）。

图23-9 连接性检查

●如果显示是没有问题，证明建立的路线层没有连接性问题，如果有问题需要重新对建立的路线层进行修改。

②显示顶点ID

●首先选中顶点层，然后选中Automaticlables，弹出对话框，将Field选择ID，即选择标记点层的ID字段。

●设置好其他位置、字体、颜色等选项后按OK，得到标记ID字段的地图（图23-10）。

图23-10 顶点ID的显示

③transcad默认ID下OD与实际OD表间的转换与导入

由于transcad中点序号产生是由于画图顺序决定的，因此在实际使用中可能与OD表的顺序不同。所以需要将实际的OD转换成transcad中的默认ID下OD矩阵。

●首先在点层增加一个real的属性，输入实际OD点的序号（图23-11）。

●在实际序号输入之后导入OD矩阵：对Excel进行预处理，在列号前加一个字母使得其与数字形成区分，并打开处理后的Excel文件，如图23-12所示。

图23-11 增加一个real的属性

图23-12 OD矩阵的预处理结果

●新建一个导入矩阵（注意此时建立矩阵时ID选取real）（图23-13）。

图23-13 新建一个矩阵

需要同时选择两张表的第一列，之后在目标表中选取菜单中Matrix中的import。之后按图23-14进行选择。

图23-14 导入矩阵的相关步骤

点击finish得到实际OD表，之后完成实际OD与默认OD转换。在导入实际OD矩阵之后，选择之后会出现如图23-15所示界面。

图23-15 实际OD与默认OD转换

图23-16 建立新的index

此时需要建立新的index，因此点击addindex，之后做如图23-16所示选择。这里简单说明一下real是实际序号，而ID是默认序号。

之后将rows与columns选择new，这样OD表就自动转换成了地图默认ID下的OD表（图23-17），最后点击close，至此OD转换结束。

图23-17 实际与默认OD转换完成

④创建网络结构

每一次对路线层进行修改时都要重新创建网络结构，特别是在交通分配之前，更要进行网络结构的重新创建。

在路网层上，点击Networks／Paths→Create，调出创建网络对话框，如图23-18所示。

图23-18 创建网络对话框

图23-19 交通分配设置

将Optional Fields里的内容全选，连接后的路网将继承这些属性，点OK，保存对话框。

⑤交通分配

选择在路线层，Planning→Trafficassignment，弹出对话框，Method选择最短路径法， Matrix选择OD矩阵，然后设置好其他属性，选择OK完成交通分配（图23-19）。

所得到的分配结果保存在新自动建立的line＋asm＿linkflow数据表中，主要在AB＿Flow、BA＿Flow和Tot＿Flow三列中，它们分别显示AB（即系统默认的正方向）、BA（即系统默认的反方向）和双向的总流量分配情况，可以将这个数据表保存在DBASE文件格式，然后用Excel打开，进行进一步的数据分析工作（图23-20）。

图23-20 交通分配的数据结果

地图上的分配结果显示：选择Planning→Planning Utilities→Createflowmap，选中TOT＿Flow，即显示双向的总流量（图23-21、图23-22）。

图23-21 图形化分配结果显示设置

图23-22 图形化分配结果显示

地图中流量数值的显示：首先选中线层，然后选中Automaticlables，弹出对话框，将Field选择AB＿Flow／BA＿Flow，即选择显示线路层的AB和BA方向分配的流量情况，选中OK后，地图中显示出分配的流量数值（图23-23）。