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科研标准
交通需求预测组合模型研究 点击量:13739
项目名称:交通需求预测组合模型研究
承接时间:2006-10-11
委托单位:
项目主持人:
技术负责人:
项目负责人:吴子啸 全波
主要参加人:赵杰、吴子啸、全波、蔡润林、戴继锋
项目简介:

    采用精确的交通需求预测结果对不同规划方案进行对比和评价是保证规划科学性的必要条件,而传统的“四阶段”交通需求预测模型,在其序列步骤的不同阶段对于出行时间和交通拥挤效果的考虑缺乏一致性。针对四阶段模型存在的缺陷,本课题在充分借鉴国内外相关成果的基础上,研究提出了适合我国城市交通特点的交通需求预测组合模型建模技术及参数标定方法、考虑出行时耗预算约束的交通需求预测流程、交通需求预测组合模型的实施框架、以及组合模型建模与参数标定的数据基础等一系列理论成果,建立了居民出行调查数据的规范化和标准化格式,并将模型成果在EMME平台上进行了实施。课题研究成果直接体现在《城市轨道交通线网规划编制标准》的客流预测章节,所开发的技术在《南阳中心城区综合交通规划》、《石家庄综合交通规划》的交通需求预测中得到应用,有效提高了需求预测结果的精度与判读性。

详细介绍:

    1 项目背景

    《交通需求预测组合模型研究》是2006年院科研基金资助项目,课题成果于2008年12月通过评审验收。课题针对目前“四阶段模型”需求预测方法中,初始阶段输入的出行时间与最后从分配步骤中得到的出行时间缺乏一致性的显著弱点,采用理论和方法上更为先进的组合模型技术,展开交通需求预测组合模型研究,以使交通需求分析建立在更合理的行为假设基础上,确保在规划的过程中得出一致性的输出结果,为规划方案形成和选择提供科学的依据。

    2 主要内容

    2.1  研究目标

    建立能够适合我国国情、体现当前国际最新研究成果和面向未来的交通需求预测组合模型框架,并以INRO公司发布的EMME 3交通规划软件及其附带的宏语言为平台,在实际项目中实现交通需求预测组合技术。

    通过对比,分析和评价四阶段模型在不同情况下输出结果的偏差及对规划方案形成的影响。运行组合模型技术来分析交通系统服务水平与多模式交通网络流量分布之间的互动关系,从而使城市交通系统规划和管理更具科学性和超前性。

    2.2  研究思路与技术路线

    目前我国许多城市正处于城市化与机动化的快速发展阶段。城市人口和私家车的激增,城市交通拥堵及其伴生的环境污染与安全等问题日益严重。因此,对城市未来交通系统进行有序、科学的规划变得十分必要。但另一方面,我国未来城市发展在城市规模、机动化发展水平等方面存在很大的不确定性,这使得科学规划面临巨大的挑战。并且,发达国家城市并没有类似相关的经验可供借鉴。

    通常,交通规划可以借助于网络优化理论来进行。但我国城市未来发展的不确定性使得构造的优化问题维数十分巨大,即使现代计算机的强大计算能力也难以求解。于是,运用启发式搜索方法来构造规划方案更为现实可行。在这种情况下,采用精确的交通需求预测结果对不同的规划方案进行对比和评价是保证规划科学性的必要条件。

    传统的交通需求预测模型—四阶段模型,在其序列步骤的不同阶段对于出行时间和交通拥挤效果的考虑并不一致。这就是四阶段模型的最著名和广为讨论的缺陷。该缺陷在1996年关于美国旧金山海湾地区的诉讼案中成为了关键事件,诉讼案也说明了交通需求预测方法和模型的社会及政治影响。弥补四阶段模型这一缺陷的方法之一是引入“反馈”机制,循环进行四阶段模型的最后三个阶段。

    本课题研究采用理论和方法上更为先进的组合模型技术来克服传统交通需求预测四阶段模型的缺陷。交通需求预测组合技术就是通过陈述行为假设,将其转化为数学条件并寻求满足这些条件的解。出行决策的不同维度可以通过模型组合技术同时决定,从而实现结果的一致性。

    2.3  主要技术内容

    研究内容由以下六个部分组成。

    1)交通需求预测模型在我国的应用及发展情况

    目前在我国交通规划领域最为常用的交通需求预测模型是传统的四阶段模型,应用已有二十多年的历史。但其显著的缺点已被学界所公认,即四阶段模型的依序进行,上一阶段的输出作为下一阶段的输入,必然产生结果的不一致性,特别是分配前后的交通网络供给水平并不一致。国内随着经济的发展,机动车保有量的激增,许多城市的路网拥堵情况非常普遍,在这种情况下,四阶段预测模型的这一缺点更加突出。在不断的工程实践过程中,国内部分规划技术人员又对四阶段模型进行了改进,即引入反馈机制的四阶段模型。但应用效果并不十分理想。

    比四阶段模型在理论和方法上更为先进的是组合模型技术。2000年后,国外对交通需求预测组合模型的研究和应用逐渐加快。而国内这方面的研究相对缓慢,实际应用尚属空白。

    2)交通需求分析的指导原则

    交通需求分析的基本指导原则为:

    ·交通需求分析的前提和依据

    ·交通需求分析的技术流程

    ·交通需求分析的阶段内容要求

    ·需求分析结果的合理性论证与说明

    3)组合模型的建模理论与参数标定方法

    组合模型的建模理论与参数标定是本研究的核心内容,分解为以下四个研究课题。

    1)组合模型建模的理论与方法

    ·组合模型的数学建模方法及特点

    ·求解组合模型的算法

    ·组合模型解的稳定性与唯一性

    2)组合模型参数标定

    ·组合模型的参数标定方法

    ·组合模型参数标定的数据基础

    ·组合模型参数的取值范围

    3)组合模型应用实例分析

    ·出行决策的维数

    ·求解模型的算法

    ·参数标定方法

    ·软件实施

    4)考虑国情的组合模型建模技术及参数标定方法

    ·需求分析的前提和依据

    ·出行决策的维数

    ·调查数据的可获取性

    ·城市间的比对

    4)组合模型建模与参数标定的数据基础

    交通预测组合模型的参数标定需要大量的详实数据,数据的主要来源是各个城市的居民出行调查。统一的基础数据库是交通需求预测模型的要求,需要从居民出行调查的设计、数据录入与存档、统计分析三个步骤进行规范化和标准化。

    1)居民出行特征调查的设计

    ·出行的定义

    ·调查方法

    ·调查表设计

    ·调查组织方法

    2)居民出行特征调查数据的录入与存档

    ·异常数据剔除与修正原则

    ·数据存档格式

    3)居民出行特征调查统计分析

    ·统计分析的内容要求

    ·统计报告构成

    5)交通需求预测组合模型的实施框架

    本部分主要解决如何将组合模型的理论方法应用至工程实践。

    ·组合模型的技术流程

    ·组合模型的实施步骤

    ·组合模型的软件实现

    ·组合模型的应用实例

    6)不同交通需求预测方法的比较研究

    对比不同预测方法在不同条件下的应用效果,包括:

    ·应用实例

    ·分析不同拥堵条件下的各模型输出结果

    ·结果的偏差及对规划方案形成的影响

    3 技术特点

    (1) 组合模型参数的标定及求解算法。组合模型参数的标定表达为一个双层问题,并设计其求解算法。同时,寻求高效率的组合模型求解算法也是本课题研究的重点。

    (2) 出行时耗的规律性及在交通需求预测模型中的应用。我国许多城市处于快速机动化和快速城市化的过程中,这导致我国城市交通需求预测更加难以把握。如何通过把握出行时耗的规律来应对我国城市交通需求预测并提高预测结果的合理性是本课题研究的另一个重点。

    (3) 除了在理论上的研究之外,本课题研究更加注重对生产项目的指导意义。研究任务中设置了交通需求分析的指导原则以及调查数据标准化的内容,为将来进行相关方面的技术措施标准制定提供了基础。

    4 特色及评价

    (1) 通过国际、国内城市的交通调查数据分析,提出了在集计的水平上,出行时耗预算是相对稳定的结论。

    (2) 提出了交通需求预测组合模型的建模方法和参数标定方法。

    (3) 在交通需求预测组合模型的实施流程中引入出行时耗预算的约束。

    (4)将新提出方法在加拿大INRO公司发布的EMME软件中进行了实施。

    作为纵向研究课题,本课题研究对交通所其它科研和生产项目起到了支撑作用。本课题研究的成果直接体现在《城市轨道交通线网规划编制标准》的客流预测章节,使得该标准顺利通过专家评审。另外,本课题研究所开发的技术在《南阳中心城区综合交通规划》、《石家庄综合交通规划》中的交通需求预测部分得到应用,提高了预测的精度和交通规划的科学性。
项目图片:
  • 交通需求预测组合模型的实施流程
  • 项目成果在《南阳中心城区综合交通规划》中的应用
     
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