在TransCAD交通分配模型和算法簡介一文中，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，簡稱MMA) 是為大城市應(yīng)用設(shè)計的，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用的分配模型，它允許按照特殊模式和用戶類別同時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間價值類別等。這種模型能夠準(zhǔn)確地描述所有類型收費設(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）、時間價值（Value of Time）以及道路收費成本。

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率。

（4）應(yīng)用于不同模式的按里程計算費率。

（5）每種模式或用戶類型的特定時間價值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，不同車輛類型對交通的影響。例如，較大、重型車輛相對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，請參見道路通行能力手冊。

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，或者在單獨駕駛車輛方式中排除HOV路段。對外地牌照管理、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。您需要對每種要排除的方式路段創(chuàng)建選擇集。

固定費率和點到點計算費率

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

（1）固定費率是指在通過路網(wǎng)的某一路段時的成本費用。它與流量無關(guān)，所以這有別于出行時間成本。固定費率同出行時間、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)定不同的費率。

（2）點到點費率指按照出行路徑的進(jìn)口節(jié)點和出口節(jié)點計算費率。這種費率的計算方法對于在出入口設(shè)置收費站的道路作用很大（例如國內(nèi)常見的高速公路出入口收費）。您需要設(shè)定一個節(jié)點到節(jié)點間的費用矩陣，矩陣的行和列ID分別代表出發(fā)地和目的地的節(jié)點編碼，矩陣中每個格的值代表出發(fā)地到目的地的費用。下面是一個費率矩陣表和收費設(shè)施位置圖。

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

運行成本

可以設(shè)置一個基于路段固定的運行成本。運行成本和其他基于路段的屬性一樣，作為路段圖層的一個字段。每個模式（交通方式）可以有不同的字段。運行成本多是為了考慮交通方式的成本Skim計算，我們不建議將運行成本考慮到交通分配中，因為他會扭曲計算結(jié)果(Caliper,2015)。

時間價值VOT

在考慮收費道路（如高速公路）、擁擠收費政策等相關(guān)模型中，時間價值非常重要。每種模式每種用戶類型能夠給定自己的時間價值（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)定不同的時間價值。另一個例子是對商業(yè)車輛和私人小汽車同時進(jìn)行交通分配，在這個情況下，用戶可以為商業(yè)車輛運輸分配更大的時間價值。

因為MMA方法是一種針對于廣義費用的分配方法，因此，它能夠同時考慮費率成本和時間成本。您需要為每種方式定義一個時間價值以完成基于廣義費用的交通分配。要分析收費設(shè)施，時間價值的分布非常重要，并不僅僅是用戶類型的平均時間價值就能達(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起訖點出行矩陣。所有的出行矩陣在同一個矩陣文件中給定，但是矩陣文件中單獨給出對應(yīng)于每種模式流量矩陣。

轉(zhuǎn)向懲罰

每個模式的轉(zhuǎn)向懲罰可以作為選項輸入。需要創(chuàng)建一個特別的轉(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，請參考TransCAD用戶手冊。在轉(zhuǎn)向懲罰表中，每個模式可以有一個懲罰字段。

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)果作為主報告的一個附加報告文件，描述輸入文件、字段、收斂報告以及分類統(tǒng)計的詳細(xì)內(nèi)容，如車輛出行總距離和車輛出行總時間等。

（2）交通流量表、飽和流率（V/C比表）、路段出行時間和路段速度。

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)用費率矩陣，將提供在收費節(jié)點進(jìn)出口間的一個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運輸規(guī)劃研究所（IITRP）函數(shù)。因為MMA方法應(yīng)用廣義費用函數(shù)，在涉及時間成本的操作中僅使用流量延誤函數(shù)。后面章節(jié)將對每種函數(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，請參閱TransCAD自定義延誤函數(shù)創(chuàng)建和使用。

MMA模型的廣義費用函數(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)算法更多信息請查看TransCAD交通分配模型和算法簡介。

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)，請參閱TransCAD自定義延誤函數(shù)創(chuàng)建和使用。

選項界面

選項輸出包括了是否創(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報告，用于熱啟動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)點選擇集。

針對流量溯源的分析，有些交通規(guī)劃軟件需要對每次從查詢分析分別做交通分配，這樣十分費時。TransCAD則可以保存路徑文件，在分配后對任意的選擇路段（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對之間的多個路徑的分配情況等，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

對區(qū)域交通需求預(yù)測時，往往需要對一些區(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有一個程序可以為子區(qū)域提供OD表。這個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，可以從一個全市的交通分配模型得到一個子區(qū)域路網(wǎng)和OD矩陣，進(jìn)行細(xì)化的交通影響評價分析。

定義子區(qū)域

定義一個子區(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）在面圖層選擇一個或多個區(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，不管是普通節(jié)點還是形心，都稱為外部形心（虛擬的節(jié)點）。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)點或通過點是外部形心，通過了子區(qū)域，到達(dá)或通過外部形心。

（2）出行的出發(fā)點或通過點是外部形心，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)點為區(qū)域內(nèi)部形心，到達(dá)點也為內(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，會增加一個子區(qū)域OD。

子區(qū)域分析對大型區(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)果和整個模型的分配結(jié)果會有可能產(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，收費道路分析等等。MMA模型的不同模式和用戶之間的影響是對稱的，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，以最大程度接近實際情況。更加高級和細(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)原理十分深奧，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