TransCAD軟件在軌道交通客流預測中的應用摘 要 軌道交通網絡是一種特殊的公共交通網絡,其網絡分配十分復雜。文章以TransCAD軟件為開發平臺,通過由軌道交通、常規公交以及步行網組成的聯合網絡進行交通分配,從而實現軌道交通客流預測。闡述了軌道交通客流分配基本原理和實施過程,并對圖層的設置、網絡實體的表達、基礎數據的存放和分配結果的表現等問題進行了探討。關鍵詞 軌道交通;聯合網絡;TransCAD軟件;客流預測0引 言 軌道交通基礎信息系統所集成的信息大部分同空間地理位置密切相關[1,2],TransCAD軟件把地理信息技術和交通規劃技術較好地結合在一起,可以方便地對各類交通運輸及相關數據進行存儲、提取、分析和可視化處理。筆者結合重慶市軌道交通客流預測的具體實例,在TransCAD軟件平臺上建立集步行、常規公交和軌道的聯合網絡,進行交通分配,從而實現對軌道的客流預測。筆者重點探討了TransCAD軟件中圖層的設置、網絡實體的表達、基礎數據的存放以及分配結果的表現形式等問題。1聯合網絡軌道客流預測 在軌道交通客流預測中,當方式劃分結束并獲得公交OD后,有兩種方法可得到軌道客流量。一是從公交OD中區分常規公交OD和軌道站點OD,再利用路網分配技術將軌道站點OD在軌道網上進行分配;二是利用方式劃分和交通分配聯合模型將公交OD在聯合網絡中進行分配[3]。 將公交OD分成常規公交OD和軌道站間OD后,再在各自獨立的路網上進行分配,這在工程實際中會遇到技術問題:常規公交和軌道交通之間的方式劃分是一次性完成的,劃分時參數標定依據的基礎數據是通過實際調查或者意向調查得來的,不能實時地反映公交線路的實際流量對公交旅行時間和公交服務水平的影響;軌道交通在城市交通結構中屬于干線交通,存在大量的接駁交通線路與各交通小區相連,給軌道OD在軌道網中的分配帶來困難。 利用方式劃分和交通分配聯合模型實現公交OD下軌道客流量的預測,可以方便地解決上述問題,取得很好的預測效果。圖1是在TransCAD軟件平臺中,將公交OD在聯合網絡中進行軌道交通客流預測的流程圖。1.1聯合網絡圖層的設置 地理信息系統是利用層的概念來貯存和分析信息的[4],把不同圖層相互疊加起來,實現對研究區域信息的可視化。為了進行軌道交通的客流預測,一般可抽象為5個圖層。 1)交通小區層。用于存放交通小區及其屬性信息,如小區人口、土地利用以及交通發生吸引量等。交通小區的劃分是否合理對于交通量的預測和分析至關重要。在軌道交通客流預測的小區劃分中,為了保證各個站點上下客流量及線路客流量預測的準確性,應將不同的軌道交通站點劃分到不同的小區中去。因此小區的劃分要較常規的交通規劃項目劃分得更細。同時,這樣的劃分也滿足不同軌道交通站點服務于不同區域的功能要求。
2)城市道路層。用于存放城市道路網及其屬性。道路網由一系列連續的路段組成,路段與路段相交的地方代表交叉口。在每一路段的屬性層設置Walktime、Drivertime和IVTT等字段,分別表示該路段的步行時間、小汽車通行時間以及乘客車內乘行時間。其中,步行時間一般不考慮擁擠影響,采用路段距離除以平均步行速度,而小汽車通行時間應該考慮交通擁擠影響后的估算時間或是觀測時間,該時間近似于常規公共汽車的車內時間IVTT。 3)步行網絡層。在已建好的城市道路層的基礎上,建立選擇集,用來表示步行網絡。在聯合網絡分配過程中,其主要承擔小區到站點的步行交通和站點間換乘的連接線。并不是所有的步行線路都要包括在該選擇集中,主要應包括公交站點周圍的步行交通網以及具有換乘功能的各車站間的步行線路。 4)公交線路層。主要存放公交線網及其屬性。在TransCAD軟件中,常規公交和軌道網是建立在同一個圖層中。為了定義常規公交網和軌道網,需對公交線路層的各線路的屬性中增加Mode字段,以區分常規公交和軌道交通。常規公交和軌道交通統一建立在一個稱為RouteSyst-em的圖層上,該圖層主要包括如下幾個典型字段:1Mode字段,用來定義軌道交通、常規公交等不同公交方式,如用1代表軌道,2代表常規公交等;2Headway和Variance字段,用來定義車輛的車頭時距及方差,可以分常規公交和軌道分別定義;3Capacity字段,用來定義線路的通行能力,一般用人次表示;4Fare字段,用來定義各公交線路的收費方式。 5)公交站點層。用于存放公交站點及其屬性信息。公交站點可以分為物理站點和普通站點,其中物理站點是指所有車次路過該站都必須停靠的站點,而普通站點則指某些線路的特定站點。在TransCAD中,如果網絡中有物理站點應先設物理站點,而普通站點則在軌道網和常規公交網布設完后,再統一布設。1.2 聯合網絡的實體表達 根據公交網絡的特點可以建立線路、站點和道路的拓撲關系。在實際情況中,軌道網、常規公交網和站點的空間分布在出行換乘搜索中十分重要。因此,建立聯合網絡需考慮如下因素。 1)交通小區(即面層)與外界網絡(線層)的聯系。在GIS交通軟件中一般通過虛設小區質心與外界路網的連接線,即出入線(也稱為形心連桿)與外界路網相連。在TransCAD聯合網絡中,可采用兩種方法來聯系:1將小區質心與其周圍能步行到達的各公交站點直接連接,同時將相互發生換乘的各站點連接,如圖2所示;2在建立軌道網、常規公交網的同時,基于GIS建立各站點之間的步行交通網,在這種網絡中,只需將小區質心與步行網絡節點相連,如圖3所示。 2)軌道網、常規公交網與底層路網之間的聯系。聯系是通過將公交站點與底層路網的節點相對應而建立起來的。如果公交站點恰好是底層網絡的節點則可直接建立聯系;如果站點不與底層節點完全重合,則應在確定的距離范圍內搜索其對應節點,將該站點近似認為在該節點上。公交網絡與底層網絡之間的聯系,如圖4所示[5]。 3)交通分配網絡的建立。TransCAD軟件并不是直接在建立的各種交通網絡上進行分布、分配的,而是生成的一種虛擬的網絡結構,即*.net或者*.tnw文件,該文件中除了包含各個網絡實體外,還包括各種屬性。對于普通交通網絡,主要包括路段通行能力、路段長度、自由流速、自由流時間等屬性。對于聯合網絡,包括各種交通實體的屬性,如底層路網、公交網和公交站點的屬性。 4)其他網絡設置。在TransCAD軟件中,可以通過Setting菜單對網絡進行進一步的設置,如對收費方式、各時間段的權重、停車換乘方式等進行設置。在TransCAD軟件中提供了幾種收費方式,供規劃者選擇,包括:1一票制,即不考慮距離的遠近,均是一種票價;2線路區間票,即按照乘坐的起終點的位置收費,只對該線路車輛而言;3方式區間票,按照乘坐的起終點的位置收費,但允許在該方式的車輛之間的免費換乘;4混合票制,是一票制和區間制的結合,可以組合成多種收費制度。1.3 網絡基礎數據的存放 1)矩陣(matrix)。TransCAD中一部分數據存儲在矩陣中。如交通分配所需的各特征年的OD表、交通阻抗等。對于公共交通還存在一些其他特殊的基礎數據也存儲在矩陣中。在聯合網絡交通分配問題中,主要是用來存儲費用矩陣,特別是區間票制式的費用矩陣,包括不同線路或方式的區間費用矩陣,如常規公交區間費用矩陣和軌道區間費用可以采用下面矩陣表示。 2)數據表(table)。以向量表示的數據通常存儲在一種叫做Table的文件中。如在聯合網絡分配中可以建立不同方式之間的換乘費用等。1.4 分配結果的表現形式 聯合網絡軌道交通客流預測TransCAD實現模型能夠生成圖表等形式,來反映客流預測的結果。其主要內容包括:1聯合網絡流量分配圖,通過該圖規劃者能夠直觀地了解到客流量在軌道網、常規公交網以及步行網的分布狀況;2公共交通各個站點乘降量和斷面流量表,通過該表可以清楚的知道各個公交站點的乘降量和各斷面的流量;3各個步行路段的流量,TransCAD還生成一個表用來表示各個步行路段的流量,并繪制在網絡圖中;4用圖、表表示各個站點間的換乘次數、廣義費用、距離和車內時間等,規劃者還可自定義生成所需的多種統計數據。2實例應用 按照上述方法,采用TransCAD軟件對重慶市軌道交通客流進行了預測。線路站點乘降量和線路斷面流量如表1所列,由于常規道路網的復雜性和階段變化性,在建立網絡時僅考慮了由步行網和軌道網組成的聯合網絡,從而進行軌道交通流預測。如果要對某階段的軌道客流進行預測,可以把對該軌道線路有影響的部分常規公交線和軌道組成聯合網絡,進行客流預測,重慶市軌道交通網絡客流量預測如圖5所示。3結束語 隨著軌道線路的延長和銜接點的增加,軌道客流量也不斷加大,使得客流分析的方法變得較復雜。TransCAD軟件把地理信息技術和交通規劃技術較好的結合在一起,經過合理的設計,能夠較合理的模擬出乘客在軌道交通網中的路徑選擇行為,從而進行軌道交通客流預測,因此該軟件在軌道交通客流預測方面具有廣闊的應用前景。參考文獻1楊 明,王 煒,陳學武,等.基于GIS的城市公交出行時間鏈研究.公路交通科技,2004,21(5):117～1202楊新苗.基于GIS的標準公交基礎信息系統.標準化工作,2001,26(5):26～293陸化普,朱 軍,王建偉.城市軌道交通規劃的研究與實踐.北京:中國水利水電出版社,2001.100～1034李季濤,楊俊峰.基于GIS的公交網絡模型及其在公交線路查詢中的應用.大連鐵道學院學報.2004.25(2):30～335 CaliterCorporation.TransCADTransportationGISSoftware(TravelDemandModelingwithTransCAD4.0).America:CaliterCorporation,2000.261～300
2)城市道路層。用于存放城市道路網及其屬性。道路網由一系列連續的路段組成,路段與路段相交的地方代表交叉口。在每一路段的屬性層設置Walktime、Drivertime和IVTT等字段,分別表示該路段的步行時間、小汽車通行時間以及乘客車內乘行時間。其中,步行時間一般不考慮擁擠影響,采用路段距離除以平均步行速度,而小汽車通行時間應該考慮交通擁擠影響后的估算時間或是觀測時間,該時間近似于常規公共汽車的車內時間IVTT。 3)步行網絡層。在已建好的城市道路層的基礎上,建立選擇集,用來表示步行網絡。在聯合網絡分配過程中,其主要承擔小區到站點的步行交通和站點間換乘的連接線。并不是所有的步行線路都要包括在該選擇集中,主要應包括公交站點周圍的步行交通網以及具有換乘功能的各車站間的步行線路。 4)公交線路層。主要存放公交線網及其屬性。在TransCAD軟件中,常規公交和軌道網是建立在同一個圖層中。為了定義常規公交網和軌道網,需對公交線路層的各線路的屬性中增加Mode字段,以區分常規公交和軌道交通。常規公交和軌道交通統一建立在一個稱為RouteSyst-em的圖層上,該圖層主要包括如下幾個典型字段:1Mode字段,用來定義軌道交通、常規公交等不同公交方式,如用1代表軌道,2代表常規公交等;2Headway和Variance字段,用來定義車輛的車頭時距及方差,可以分常規公交和軌道分別定義;3Capacity字段,用來定義線路的通行能力,一般用人次表示;4Fare字段,用來定義各公交線路的收費方式。 5)公交站點層。用于存放公交站點及其屬性信息。公交站點可以分為物理站點和普通站點,其中物理站點是指所有車次路過該站都必須停靠的站點,而普通站點則指某些線路的特定站點。在TransCAD中,如果網絡中有物理站點應先設物理站點,而普通站點則在軌道網和常規公交網布設完后,再統一布設。1.2 聯合網絡的實體表達 根據公交網絡的特點可以建立線路、站點和道路的拓撲關系。在實際情況中,軌道網、常規公交網和站點的空間分布在出行換乘搜索中十分重要。因此,建立聯合網絡需考慮如下因素。 1)交通小區(即面層)與外界網絡(線層)的聯系。在GIS交通軟件中一般通過虛設小區質心與外界路網的連接線,即出入線(也稱為形心連桿)與外界路網相連。在TransCAD聯合網絡中,可采用兩種方法來聯系:1將小區質心與其周圍能步行到達的各公交站點直接連接,同時將相互發生換乘的各站點連接,如圖2所示;2在建立軌道網、常規公交網的同時,基于GIS建立各站點之間的步行交通網,在這種網絡中,只需將小區質心與步行網絡節點相連,如圖3所示。 2)軌道網、常規公交網與底層路網之間的聯系。聯系是通過將公交站點與底層路網的節點相對應而建立起來的。如果公交站點恰好是底層網絡的節點則可直接建立聯系;如果站點不與底層節點完全重合,則應在確定的距離范圍內搜索其對應節點,將該站點近似認為在該節點上。公交網絡與底層網絡之間的聯系,如圖4所示[5]。 3)交通分配網絡的建立。TransCAD軟件并不是直接在建立的各種交通網絡上進行分布、分配的,而是生成的一種虛擬的網絡結構,即*.net或者*.tnw文件,該文件中除了包含各個網絡實體外,還包括各種屬性。對于普通交通網絡,主要包括路段通行能力、路段長度、自由流速、自由流時間等屬性。對于聯合網絡,包括各種交通實體的屬性,如底層路網、公交網和公交站點的屬性。 4)其他網絡設置。在TransCAD軟件中,可以通過Setting菜單對網絡進行進一步的設置,如對收費方式、各時間段的權重、停車換乘方式等進行設置。在TransCAD軟件中提供了幾種收費方式,供規劃者選擇,包括:1一票制,即不考慮距離的遠近,均是一種票價;2線路區間票,即按照乘坐的起終點的位置收費,只對該線路車輛而言;3方式區間票,按照乘坐的起終點的位置收費,但允許在該方式的車輛之間的免費換乘;4混合票制,是一票制和區間制的結合,可以組合成多種收費制度。1.3 網絡基礎數據的存放 1)矩陣(matrix)。TransCAD中一部分數據存儲在矩陣中。如交通分配所需的各特征年的OD表、交通阻抗等。對于公共交通還存在一些其他特殊的基礎數據也存儲在矩陣中。在聯合網絡交通分配問題中,主要是用來存儲費用矩陣,特別是區間票制式的費用矩陣,包括不同線路或方式的區間費用矩陣,如常規公交區間費用矩陣和軌道區間費用可以采用下面矩陣表示。 2)數據表(table)。以向量表示的數據通常存儲在一種叫做Table的文件中。如在聯合網絡分配中可以建立不同方式之間的換乘費用等。1.4 分配結果的表現形式 聯合網絡軌道交通客流預測TransCAD實現模型能夠生成圖表等形式,來反映客流預測的結果。其主要內容包括:1聯合網絡流量分配圖,通過該圖規劃者能夠直觀地了解到客流量在軌道網、常規公交網以及步行網的分布狀況;2公共交通各個站點乘降量和斷面流量表,通過該表可以清楚的知道各個公交站點的乘降量和各斷面的流量;3各個步行路段的流量,TransCAD還生成一個表用來表示各個步行路段的流量,并繪制在網絡圖中;4用圖、表表示各個站點間的換乘次數、廣義費用、距離和車內時間等,規劃者還可自定義生成所需的多種統計數據。2實例應用 按照上述方法,采用TransCAD軟件對重慶市軌道交通客流進行了預測。線路站點乘降量和線路斷面流量如表1所列,由于常規道路網的復雜性和階段變化性,在建立網絡時僅考慮了由步行網和軌道網組成的聯合網絡,從而進行軌道交通流預測。如果要對某階段的軌道客流進行預測,可以把對該軌道線路有影響的部分常規公交線和軌道組成聯合網絡,進行客流預測,重慶市軌道交通網絡客流量預測如圖5所示。3結束語 隨著軌道線路的延長和銜接點的增加,軌道客流量也不斷加大,使得客流分析的方法變得較復雜。TransCAD軟件把地理信息技術和交通規劃技術較好的結合在一起,經過合理的設計,能夠較合理的模擬出乘客在軌道交通網中的路徑選擇行為,從而進行軌道交通客流預測,因此該軟件在軌道交通客流預測方面具有廣闊的應用前景。參考文獻1楊 明,王 煒,陳學武,等.基于GIS的城市公交出行時間鏈研究.公路交通科技,2004,21(5):117～1202楊新苗.基于GIS的標準公交基礎信息系統.標準化工作,2001,26(5):26～293陸化普,朱 軍,王建偉.城市軌道交通規劃的研究與實踐.北京:中國水利水電出版社,2001.100～1034李季濤,楊俊峰.基于GIS的公交網絡模型及其在公交線路查詢中的應用.大連鐵道學院學報.2004.25(2):30～335 CaliterCorporation.TransCADTransportationGISSoftware(TravelDemandModelingwithTransCAD4.0).America:CaliterCorporation,2000.261～300
