王煒，王建*，華雪東，于維杰，陳思遠(yuǎn)，魏雪延

(東南大學(xué)，a.城市智能交通江蘇省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；b.現(xiàn)代城市交通技術(shù)協(xié)同創(chuàng)新中心，南京210096)

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程不斷加速，路網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，城市道路車(chē)輛數(shù)量快速增長(zhǎng)，基于大數(shù)據(jù)的城市大規(guī)模路網(wǎng)流量分布預(yù)測(cè)已成為研究熱點(diǎn)。交通分配模型作為路網(wǎng)流量分布預(yù)測(cè)的重要技術(shù)工具，能為改善道路服務(wù)水平提供有效的策略支持，同時(shí)，也能為國(guó)家城市交通“暢通工程”建設(shè)，智慧城市建設(shè)，國(guó)家“公交都市計(jì)劃”建設(shè)等提供理論依托。

自20 世紀(jì)中葉以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)交通分配模型開(kāi)展廣泛研究。WARDROP等[1]最先提出著名的用戶(hù)均衡準(zhǔn)則和系統(tǒng)最優(yōu)準(zhǔn)則；BECKMANN[2]在1956年提出解決用戶(hù)均衡問(wèn)題的數(shù)學(xué)編程方法。WARDROP 用戶(hù)均衡原則中假設(shè)出行者能夠確切了解網(wǎng)絡(luò)的交通狀態(tài)，但是該假設(shè)無(wú)法在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)。為解決該問(wèn)題，后續(xù)學(xué)者開(kāi)展廣泛的研究。FISK 等[3]基于Logit 模型，提出隨機(jī)用戶(hù)均衡原則，通過(guò)加入出行阻抗感知誤差指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)出行路徑的選擇；王煒[4-5]通過(guò)模擬出行者的路徑選擇特性，提出動(dòng)態(tài)的多路徑交通分配模型，并提出節(jié)點(diǎn)分配算法求解，有效地提高多路徑交通分配方法的計(jì)算速度與容量；王煒[6]基于交通分配過(guò)程中“出行者最佳路徑”與“系統(tǒng)優(yōu)化”之間的矛盾，建立城市交通網(wǎng)絡(luò)綜合平衡交通分配模型，在理論上實(shí)現(xiàn)路網(wǎng)流量分配的合理化；袁長(zhǎng)偉[7]引入博弈論中的Nash 均衡準(zhǔn)則與系統(tǒng)最優(yōu)準(zhǔn)則，建立基于斯塔克爾伯格博弈模型的路網(wǎng)均衡交通分配方法,并采用廣義乘子法求解；WEI[8]基于交通方式間的換乘率，提出隨機(jī)用戶(hù)均衡模型，考慮交通限行條件下車(chē)輛繞行對(duì)流量分配的影響；VOVSHA[9]提出交叉嵌套Logit (Cross Nested Logit, CNL)模型，描述多模式交通間組合特征，實(shí)現(xiàn)城市多模式交通分配；WANG[10]運(yùn)用CNL 模型，討論自動(dòng)駕駛車(chē)輛與人類(lèi)駕駛混合交通流路網(wǎng)分配問(wèn)題；KAROONSOONTAWONG[11]提出配對(duì)組合Logit(Paired Combinatorial Logit,PCL)模型，將模型中的IIA(Independence from Irrelevant Alternatives)特性應(yīng)用于路徑選擇問(wèn)題，并選取Winnipeg的真實(shí)路網(wǎng)進(jìn)行驗(yàn)證；楊臨澗[12]研究出行者對(duì)路網(wǎng)熟悉程度的指標(biāo)與交通流分配均衡性之間的關(guān)系，提出具有指數(shù)形式信息素更新策略的隨機(jī)用戶(hù)均衡模型蟻群優(yōu)化算法，建立交通分配動(dòng)態(tài)循環(huán)流程；PAZ[13]和潘曉鋒[14]結(jié)合Probit模型與Logit模型的優(yōu)點(diǎn)，提出用于隨機(jī)動(dòng)態(tài)用戶(hù)均衡的混合Logit 算法，建立改進(jìn)的多路徑交通分配模型，并驗(yàn)證其在路網(wǎng)流量計(jì)算中有更高的效率。

但是，大部分交通分配方法對(duì)我國(guó)交通環(huán)境適應(yīng)性較差，無(wú)法精準(zhǔn)刻畫(huà)我國(guó)多模式交通網(wǎng)絡(luò)特征，對(duì)于道路限行等交通管控措施的表達(dá)也不夠準(zhǔn)確，無(wú)法滿(mǎn)足城市交通系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)與管理一體化發(fā)展的要求。由于我國(guó)交通政策制定通常由多個(gè)部門(mén)完成，缺少一體化的統(tǒng)一交通分析方法，不同的分配方法、參數(shù)配置、數(shù)據(jù)輸入、分析軟件會(huì)導(dǎo)致不同的交通分配結(jié)果。此外，隨著我國(guó)城市交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，交通分配的計(jì)算量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，目前的交通分配方法運(yùn)算效率低，交通分配響應(yīng)時(shí)間達(dá)不到大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)分析要求。

為了從整體上解決上述問(wèn)題，本文提出城市交通網(wǎng)絡(luò)交通分配一體化技術(shù)體系，通過(guò)集成常用交通分配方法，滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下的實(shí)際應(yīng)用需求，并將其嵌入交通分析平臺(tái)軟件“交運(yùn)之星-TranStar”中。為進(jìn)一步提高交通分配效率，采用多線(xiàn)程并行計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)多模式交通網(wǎng)絡(luò)流量的并行分配。并選取南京多模式交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)證分析，驗(yàn)證本文提出方法的有效性。

1 交通網(wǎng)絡(luò)一體化交通分配技術(shù)概述

1.1 交通分配方法族譜體系

通過(guò)對(duì)常用交通分配方法的梳理，按路徑選擇類(lèi)型、路段阻抗計(jì)算特征等要素進(jìn)行組合歸納，構(gòu)建能覆蓋大部分常用交通分配方法的族譜體系。

在路徑選擇類(lèi)型方面，交通分配方法分為基于最短路的交通分配方法和基于多路徑的交通分配方法?；谧疃搪返慕煌ǚ峙浞椒▽D 需求按照出行阻抗最小進(jìn)行路徑分配；基于多路徑的交通分配方法需要根據(jù)對(duì)多個(gè)可能路徑的選擇概率將OD需求分配至對(duì)應(yīng)的路徑。由于考慮了出行者在路徑選擇時(shí)的實(shí)際情況，基于多路徑的交通分配能夠有效解決最短路分配流量過(guò)于集中的問(wèn)題。

依據(jù)路段阻抗計(jì)算，交通分配方法分為：?jiǎn)未畏峙?、增量加載及網(wǎng)絡(luò)平衡3類(lèi)方法。單次分配方法直接將所有的OD 需求一次性分配至相應(yīng)的路徑，而不考慮道路流量逐步增加過(guò)程中路徑阻抗變化的影響。增量加載方法是將OD 需求按比例劃分為多個(gè)子矩陣，每個(gè)子矩陣按照順序加載到交通網(wǎng)絡(luò)上，并實(shí)時(shí)修正交通網(wǎng)絡(luò)的路段阻抗。網(wǎng)絡(luò)平衡方法是基于Frank-Wolfe等平衡求解算法，將OD需求迭代加載到交通網(wǎng)絡(luò)上，并進(jìn)行收斂判斷。

根據(jù)路徑選擇類(lèi)型與阻抗計(jì)算的差異，提出交通網(wǎng)絡(luò)交通分配方法族譜體系，如表1所示。

表1 交通分配方法族譜體系Table 1 Overview of traffic assignment methods in literature

1.2 交通分配一體化技術(shù)框架

在進(jìn)行實(shí)際城市交通網(wǎng)絡(luò)分析過(guò)程中，通常需要依托交通分析平臺(tái)軟件。目前，常用的具有網(wǎng)絡(luò)交通分配功能的軟件有TransCAD、EMME、CUBE等，“交運(yùn)之星-TranStar”也逐步受到行業(yè)關(guān)注?！敖贿\(yùn)之星-TranStar”是由東南大學(xué)開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)唯一具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的交通分析平臺(tái)軟件。依托“交運(yùn)之星-TranStar”，融合交通網(wǎng)絡(luò)交通分配方法族譜體系，實(shí)現(xiàn)交通分配一體化技術(shù)的構(gòu)建，主要包括：分配模型一體化、分析對(duì)象一體化及應(yīng)用場(chǎng)景一體化3部分，技術(shù)框架如圖1所示。

圖1 交通分配一體化技術(shù)框架Fig.1 Introduction of unified traffic assignment method

分配模型一體化通過(guò)交通分配族譜體系實(shí)現(xiàn)，將常用的交通分配模型進(jìn)行一體化集成，能有效提升模型的利用效率。通過(guò)分析對(duì)象一體化，能實(shí)現(xiàn)對(duì)城市多模式交通網(wǎng)絡(luò)流量的分方式分析以及組合分析，有效降低多模式交通流量分析工作量與預(yù)測(cè)的誤差。通過(guò)應(yīng)用場(chǎng)景一體化，能實(shí)現(xiàn)城市開(kāi)發(fā)、交通規(guī)劃、交通建設(shè)、管理控制等多場(chǎng)景的協(xié)同分析與評(píng)價(jià)，提升交通分配技術(shù)的實(shí)用價(jià)值。

2 交通網(wǎng)絡(luò)交通分配模型一體化

2.1 交通分配模型一體化構(gòu)架

交通分配模型一體化是實(shí)現(xiàn)交通分配一體化的基礎(chǔ)，通過(guò)設(shè)計(jì)一個(gè)涵蓋交通分配方法族譜中所有方法的一體化模型體系，滿(mǎn)足多分析對(duì)象、多應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)交通分配模型的需求。交通分配模型一體化構(gòu)架如圖2所示。

圖2 交通分配模型一體化框架Fig.2 Framework of unified analytical model of traffic assignment method

所有交通分配模型共享同一個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)交通分配基礎(chǔ)模型與快速算法模塊，不同的交通分配方法需配置不同的關(guān)鍵參數(shù)與交通阻抗函數(shù)。通過(guò)“模型關(guān)鍵參數(shù)”“交通阻抗函數(shù)”“交通網(wǎng)絡(luò)交通分配基礎(chǔ)模型與快速算法”的模塊組合，建立城市交通網(wǎng)絡(luò)交通分配一體化模型體系。

2.2 交通分配模型一體化設(shè)計(jì)

(1)交通分配基礎(chǔ)模型

交通網(wǎng)絡(luò)交通分配基礎(chǔ)模型是網(wǎng)絡(luò)交通流量分析的基礎(chǔ)，為了統(tǒng)一各類(lèi)交通分配方法，各類(lèi)交通分配方法均使用相同的路徑選擇基礎(chǔ)模型，該模型是Logit 模型的修正形式[5，15]。假設(shè)交通網(wǎng)絡(luò)中從n 節(jié)點(diǎn)到s 節(jié)點(diǎn)有m 條有效出行路徑，那么第k條出行路線(xiàn)被選擇的概率P(n,s,k)計(jì)算模型為

式中：tj(ns)為交通網(wǎng)絡(luò)中從n 節(jié)點(diǎn)到s 節(jié)點(diǎn)的第j條有效出行路徑的行程時(shí)間，0

(2)交通分配關(guān)鍵參數(shù)

交通分配模型的關(guān)鍵參數(shù)定義為σ，決定了交通分配的具體方法，也代表了城市交通出行的路徑選擇特征差異。通過(guò)對(duì)式(1)的數(shù)值分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)σ 的取值大于100時(shí)，交通分配的路徑選擇結(jié)果與最短路交通分配基本一致；當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)σ 的取值介于1～12，交通分配的路徑選擇結(jié)果與多路徑交通分配一致，如表2所示。

表2 交通分配一體化方法模型關(guān)鍵參數(shù)取值Table 2 Key parameters of unified traffic assignment method

根據(jù)對(duì)北京市、南京市近2000 萬(wàn)條出行軌跡數(shù)據(jù)的擬合分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)σ 取值分別為6.18、8.87 時(shí)，對(duì)北京市、南京市交通出行路徑的擬合誤差最小。

(3)交通阻抗函數(shù)

交通阻抗函數(shù)的形式及參數(shù)主要根據(jù)交通網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型和交通方式的不同而存在差異。國(guó)際上常用的交通阻抗函數(shù)多數(shù)是在美國(guó)聯(lián)邦公路局效用函數(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同交通網(wǎng)絡(luò)類(lèi)型及交通方式修改與重新標(biāo)定而成。即

式中：t 為路段阻抗；t0為零流阻抗；q 為道路實(shí)際流量；c 為道路通行能力；α、β 為模型的阻抗參數(shù)。

(4)交通網(wǎng)絡(luò)交通分配快速算法

面向?qū)嶋H工程應(yīng)用中的大型城市交通網(wǎng)絡(luò)，王煒[5]采用“優(yōu)先隊(duì)列優(yōu)化”的Dijkstra算法計(jì)算最短路矩陣，計(jì)算速度大幅度提升。同時(shí)，利用Dijkstra算法一次計(jì)算能獲取所有交通節(jié)點(diǎn)至某OD 作用點(diǎn)的“一批”最短路線(xiàn)的特點(diǎn)，采用快速排序算法確定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的交通分配順序，通過(guò)“一批”最短路線(xiàn)與節(jié)點(diǎn)分配法中每次分配具有相同終點(diǎn)的“一批”O(jiān)D 量匹配，可一次完成“一批”O(jiān)D 量的交通分配。一般而言，有待分析的交通小區(qū)數(shù)量越多，交通分配快速算法的運(yùn)算效率越高。

3 交通網(wǎng)絡(luò)交通分配對(duì)象一體化

3.1 基于交通分析平臺(tái)的分配對(duì)象一體化架構(gòu)

在實(shí)際的城市交通網(wǎng)絡(luò)分析中，需要對(duì)自行車(chē)、步行、機(jī)動(dòng)車(chē)、公共交通等多模式出行方式的交通需求進(jìn)行交通分配。不同的分配對(duì)象通常需要采用不同的模型來(lái)分配，過(guò)程繁雜且計(jì)算量巨大，需要依托多個(gè)交通分析軟件進(jìn)行。本文依托“交運(yùn)之星-TranStar”中的“交通分配基礎(chǔ)模型與算法”一體化分配模型，根據(jù)分配對(duì)象要求通過(guò)選擇分配參數(shù)及阻抗函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同交通方式交通分配的一體化，如圖3所示。

圖3 交通分配對(duì)象一體化框架Fig.3 Framework for multimodal unified traffic assignment

將交通網(wǎng)絡(luò)分配對(duì)象劃分為兩大板塊：基于交通工具的交通運(yùn)行分析板塊，包括：步行交通分配、自行車(chē)交通分配和機(jī)動(dòng)車(chē)(分車(chē)型)交通分配；基于客流需求的公共交通分析板塊，包括：公交愿望客流交通分配、公交網(wǎng)絡(luò)客流交通分配和公交線(xiàn)路客流交通分配。

3.2 道路交通網(wǎng)絡(luò)的交通分配一體化

道路網(wǎng)絡(luò)交通分配包括：步行、自行車(chē)和機(jī)動(dòng)車(chē)(小汽車(chē)、公交車(chē)、出租車(chē)、貨車(chē)與摩托車(chē))交通分配。

(1)步行交通分配

在日常步行交通中，步行流量受步行出行速度的波動(dòng)性較小，通常步行出行阻抗只需要考慮路徑的長(zhǎng)度與節(jié)點(diǎn)的延誤，無(wú)需考慮步行流量的影響。因此，選擇基于最短路或多路徑的單次交通分配方法即可完成步行的交通分配。

(2)自行車(chē)交通分配

采用增量加載或迭代平衡的交通分配方法，考慮自行車(chē)流量對(duì)出行阻抗的影響，得到自行車(chē)路段流量分配結(jié)果。自行車(chē)的交通阻抗函數(shù)考慮多種交通環(huán)境因素對(duì)自行車(chē)出行者出行阻抗的影響，即

式中：AB為路網(wǎng)中所有自行車(chē)路段；ta(B)為路段a的出行阻抗；La(B)為路段a 的長(zhǎng)度；Va(B)為路段a的自行車(chē)交通量；va,f(B)為路段a 的自行車(chē)設(shè)計(jì)通行速度；α、β 為模型的阻抗參數(shù)；Ca(B)為路段自行車(chē)實(shí)際通行能力。

(3)機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配

機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配包含：公交車(chē)、小汽車(chē)、出租車(chē)、摩托車(chē)及貨車(chē)的出行OD需求分配，將5種主要方式的OD 需求同步進(jìn)行交通分配計(jì)算。機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配的模型及參數(shù)取值參考表2，阻抗函數(shù)的選擇主要采用式(1)。

考慮到機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配的計(jì)算量較大，本文采用并行計(jì)算技術(shù)，通過(guò)多線(xiàn)程分別處理每個(gè)交通分配子任務(wù)，并通過(guò)交通分配參數(shù)表控制每個(gè)線(xiàn)程所需訪問(wèn)的獨(dú)立資源，包括：OD矩陣、阻抗文件、模型參數(shù)，保證每個(gè)線(xiàn)程的高效獨(dú)立運(yùn)行。機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配并行計(jì)算流程如圖4 所示。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用表明，運(yùn)用并行計(jì)算技術(shù)進(jìn)行增量加載或網(wǎng)絡(luò)迭代平衡交通分配，可最多節(jié)省約75%的計(jì)算時(shí)間。

圖4 機(jī)動(dòng)車(chē)交通分配方法流程Fig.4 Flow chart of traffic assignment method for automotive vehicles

3.3 公共交通網(wǎng)絡(luò)的交通分配一體化

公共交通分配根據(jù)依托網(wǎng)絡(luò)、結(jié)果要求與應(yīng)用場(chǎng)景的不同分為：愿望客流交通分配、公交網(wǎng)絡(luò)交通分配、公交線(xiàn)路交通分配3 類(lèi)，分配方法總結(jié)如表3所示。

表3 3種公共交通網(wǎng)絡(luò)交通分配方法總結(jié)Table 3 Summation of three transit traffic assignment methods

公交愿望客流交通分配是將公交OD 在城市基礎(chǔ)道路交通網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行分配，分析整個(gè)城市基礎(chǔ)道路網(wǎng)絡(luò)的公交客流愿望走向。在阻抗計(jì)算過(guò)程中，將原則上無(wú)條件開(kāi)展公交服務(wù)的路段類(lèi)型(例如，高速公路、步行道等)阻抗設(shè)為無(wú)窮大，其余路段按照式(1)計(jì)算阻抗，獲得公交愿望客流交通分配所需的阻抗。

公交網(wǎng)絡(luò)客流交通分配通過(guò)將公交OD 在布設(shè)有公交線(xiàn)路的道路網(wǎng)絡(luò)上分配，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)公共交通網(wǎng)絡(luò)客流分布情況的分析。在阻抗計(jì)算過(guò)程中，根據(jù)道路上布設(shè)的公交線(xiàn)路多少及公交線(xiàn)路類(lèi)型(包括軌道交通線(xiàn)路)確定運(yùn)輸能力，將沒(méi)有布設(shè)公交線(xiàn)路的路段阻抗設(shè)為無(wú)窮大，其余路段按照式(1)計(jì)算阻抗，獲得公交網(wǎng)絡(luò)客流交通分配所需的阻抗。

公交線(xiàn)路客流交通分配能夠獲取公交線(xiàn)路的斷面和站點(diǎn)客流量。與基于公交愿望客流和公交網(wǎng)絡(luò)客流交通分配僅考慮線(xiàn)路出行阻抗不同，公交線(xiàn)路客流交通分配考慮出行與換乘的綜合阻抗，通過(guò)將公交OD 分配至具有公交線(xiàn)路與站點(diǎn)設(shè)置的公交網(wǎng)絡(luò)上，獲取公共交通站點(diǎn)與線(xiàn)路橫斷面的客流值。

4 交通網(wǎng)絡(luò)交通分配場(chǎng)景一體化

影響城市交通系統(tǒng)的因素很多，從交通需求的源頭(城市開(kāi)發(fā))，服務(wù)于出行的交通供給建設(shè)(交通網(wǎng)絡(luò))，到交通流的末端(交通管理)涉及多個(gè)政府部門(mén)，各部門(mén)間的職能既有差異也存在交叉。只有建立起城市綜合交通體系跨部門(mén)協(xié)作的一體化技術(shù)平臺(tái)，才能為跨部門(mén)協(xié)同提供可能，也是實(shí)現(xiàn)城市交通系統(tǒng)優(yōu)化，緩解城市道路交通擁堵，提高交通系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量的必要前提。其中，交通網(wǎng)絡(luò)交通分配的應(yīng)用場(chǎng)景一體化是一體化技術(shù)平臺(tái)的核心。交通相關(guān)政府部門(mén)機(jī)構(gòu)及職能如圖5所示。

圖5 交通相關(guān)政府部門(mén)機(jī)構(gòu)示意Fig.5 Illustration of authorities of different transportation-related government departments

交通網(wǎng)絡(luò)交通分配服務(wù)于城市交通系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)施建設(shè)、運(yùn)行管理、政策制定等各個(gè)環(huán)節(jié)，滿(mǎn)足各相關(guān)部門(mén)的交通分析要求，交通分配應(yīng)用場(chǎng)景一體化是實(shí)現(xiàn)跨部門(mén)協(xié)同的基礎(chǔ)。以下是涉及的部分應(yīng)用場(chǎng)景：

(1)針對(duì)交通源頭的交通需求生成，規(guī)劃部門(mén)、城建部門(mén)和發(fā)改委等利用交通分配一體化技術(shù)，優(yōu)化土地利用性質(zhì)和城市人口分布，控制出行需求，在宏觀層面提高交通系統(tǒng)性能。

(2)針對(duì)出行過(guò)程中的路徑選擇，交通分配一體化技術(shù)幫助交通部門(mén)、公交公司等規(guī)劃設(shè)計(jì)基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，例如，多模式交通網(wǎng)絡(luò)、停車(chē)場(chǎng)、綜合交通樞紐規(guī)劃等，改善交通供給條件。

(3)針對(duì)交通末端的時(shí)空資源利用，交通分配一體化技術(shù)能夠協(xié)助交通管理、城市管理等部門(mén)優(yōu)化交通信號(hào)和交通運(yùn)行組織，進(jìn)行交通應(yīng)急處置，提高交通運(yùn)行的可達(dá)性與安全性。

對(duì)于交通分配場(chǎng)景一體化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，以局部區(qū)域車(chē)輛限號(hào)為例，如圖6所示。當(dāng)選定交通分配場(chǎng)景“局部區(qū)域車(chē)輛限號(hào)”后，需要手動(dòng)操作，明確區(qū)域限號(hào)的時(shí)空范圍、限號(hào)的規(guī)則(車(chē)種車(chē)型、限號(hào)比例等)，再由一體化技術(shù)自動(dòng)對(duì)分配數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)自動(dòng)更新，將“局部區(qū)域車(chē)輛限號(hào)”方案轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。隨后，交通模型模塊根據(jù)分配場(chǎng)景的不同，自動(dòng)匹配選擇需要的模型，并設(shè)置好推薦參數(shù)。對(duì)于交通分配模型，會(huì)涉及到分配對(duì)象、分配方法、分配參數(shù)及交通阻抗函數(shù)4 方面的確認(rèn)。最后，評(píng)價(jià)模塊會(huì)自動(dòng)匹配好與分配場(chǎng)景相適應(yīng)的評(píng)價(jià)內(nèi)容。由此，完成交通分配場(chǎng)景一體化技術(shù)工作。

圖6 交通網(wǎng)絡(luò)交通分配場(chǎng)景一體化案例Fig.6 A example for unified traffic assignment application

基于交通分配模型一體化與分析對(duì)象一體化，構(gòu)建城市土地開(kāi)發(fā)、交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、交通管理控制、公共交通系統(tǒng)、交通政策制定等應(yīng)用場(chǎng)景一體化的網(wǎng)絡(luò)交通分配技術(shù)平臺(tái)體系，形成用“統(tǒng)一的數(shù)據(jù)，統(tǒng)一的方法，統(tǒng)一的軟件”，在共享的“一體化”平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)城市交通問(wèn)題解決方案的協(xié)同處置，如圖7所示。

圖7 城市交通網(wǎng)絡(luò)交通分配一體化技術(shù)虛擬仿真平臺(tái)Fig.7 Virtual simulation platform for unified traffic assignment model for urban network

5 案例分析

選擇江蘇南京主城區(qū)作為案例，驗(yàn)證本文提出的交通分配一體化方法。南京市道路網(wǎng)絡(luò)包含：332 個(gè)交通小區(qū)，32907 個(gè)交通節(jié)點(diǎn)，公交線(xiàn)路669條，公交站點(diǎn)7162 個(gè)和110224 個(gè)OD 出行點(diǎn)對(duì)。根據(jù)實(shí)際的道路流量數(shù)據(jù)校準(zhǔn)，案例中的關(guān)鍵參數(shù)σ 取值為9。南京市道路網(wǎng)絡(luò)如圖8所示。

圖8 南京市道路網(wǎng)絡(luò)示意Fig.8 Road network in Nanjing

5.1 基于交通分配一體化技術(shù)的道路網(wǎng)絡(luò)流量分析

運(yùn)用交通分配一體化技術(shù)分析南京市多模式交通網(wǎng)絡(luò)流量。行人流量、自行車(chē)流量與機(jī)動(dòng)車(chē)流量的分布如圖9所示。圖9清晰地顯示各種交通方式流量較大的區(qū)域，為交通基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、交通管理和控制方案設(shè)計(jì)提供重要的支撐。例如，結(jié)合預(yù)測(cè)結(jié)果，確定在長(zhǎng)江上修建新橋梁的具體位置，并制定有效的通行方案，為目前過(guò)江通道分擔(dān)一部分流量。

圖9 基于交通分配一體化技術(shù)的道路網(wǎng)絡(luò)交通分配結(jié)果Fig.9 Road network traffic assignment results using unified traffic assignment method

5.2 基于交通分配一體化技術(shù)的公共交通客流量分析

公共交通愿望客流交通分配與公共交通網(wǎng)絡(luò)交通分配的結(jié)果如圖10 所示。通過(guò)圖10 可知，近年來(lái)，隨著人口和土地的擴(kuò)張，例如，寶華大道等(圖10 中圓圈覆蓋的區(qū)域)市郊區(qū)域公共交通客流量增長(zhǎng)較大，需要擴(kuò)大公共交通網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域，增加相關(guān)區(qū)域的公共交通班次，提高區(qū)域的公共交通服務(wù)水平。

圖10 基于公共交通愿望客流與公共交通網(wǎng)絡(luò)交通分配的公共交通客流預(yù)測(cè)Fig.10 Prediction of transit passenger flow by multimodal network-based and transit-network-based transit passenger flow assignment method

本研究還采用了公交線(xiàn)路交通分配方法，分析預(yù)測(cè)規(guī)劃建設(shè)中的南京地鐵6 號(hào)線(xiàn)各車(chē)站客流。地鐵6 號(hào)線(xiàn)的線(xiàn)路為南北走向，北起棲霞區(qū)，向西經(jīng)過(guò)南京經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)后南下進(jìn)入主城，南至南部新城。線(xiàn)路總長(zhǎng)度為32 km，共18 個(gè)車(chē)站，包括7 個(gè)中轉(zhuǎn)站。南京地鐵6號(hào)線(xiàn)及其站點(diǎn)分布如圖11所示。

圖11 地鐵6號(hào)線(xiàn)及其站點(diǎn)分布Fig.11 Subway line 6 and stations it traverses

由于地面公交網(wǎng)絡(luò)與地鐵網(wǎng)絡(luò)相互連通，因此，基于公交線(xiàn)路交通分配方法預(yù)測(cè)過(guò)程中，需要選取南京市所有地面公交與地鐵線(xiàn)路、所有中轉(zhuǎn)站進(jìn)行計(jì)算。地鐵6 號(hào)線(xiàn)各個(gè)車(chē)站高峰時(shí)段預(yù)測(cè)的上車(chē)、下車(chē)客流如表4 所示，其中：站點(diǎn)1 和站點(diǎn)13上車(chē)客流量較多，站點(diǎn)8、站點(diǎn)11 和站點(diǎn)14 下車(chē)客流量較多，計(jì)算結(jié)果能夠?yàn)榈罔F站站點(diǎn)選址與站點(diǎn)停站時(shí)間等提供參考。

表4 基于公交線(xiàn)路客流分配一體化技術(shù)的南京6號(hào)線(xiàn)客流量預(yù)測(cè)Table 4 Predicted on-board and off-board flows of subway line 6 in Nanjing per hour using transit-line-based transit passenger flow assignment method

5.3 基于交通分配一體化技術(shù)的交通管理措施分析

夫子廟地區(qū)作為南京市主要的旅游區(qū)，在高峰時(shí)段容易產(chǎn)生車(chē)輛擁堵，因此，需要采用限流、限行等交通管控措施對(duì)該區(qū)域進(jìn)行交通管理如圖12所示。采用交通分配一體化技術(shù)，對(duì)夫子廟區(qū)域進(jìn)行管控分析，評(píng)價(jià)各項(xiàng)管控措施的實(shí)施效果。分析的措施包括：①擁堵收費(fèi)，即進(jìn)入該地區(qū)每輛私家車(chē)收費(fèi)5元；②尾號(hào)單雙號(hào)限行；③禁止貨車(chē)進(jìn)入該區(qū)域。

圖12 交通管理限制區(qū)域Fig.12 Presumed access-restriction area

表5 為使用3 種管理措施后相關(guān)指標(biāo)變化情況，可知，在交通管理區(qū)域內(nèi)出行需求、每公里流量與路段飽和度都有降低。設(shè)置擁堵收費(fèi)緩解區(qū)域擁堵效果最好，可減少43.45%的出行需求和59.31%的路段飽和比。由于貨車(chē)出行占比較小，因此，貨車(chē)禁行無(wú)法明顯緩解區(qū)域擁堵。雖然擁堵收費(fèi)大大降低區(qū)域內(nèi)的總出行費(fèi)用，但是，部分出行者被迫在區(qū)域外繞行，因此，區(qū)域外出行費(fèi)用增加1.77%。相比之下，尾號(hào)限行政策能夠顯著降低區(qū)域內(nèi)、外的總出行成本，該方案將更受到交通管理者的青睞。

表5 3類(lèi)管理措施計(jì)算結(jié)果Table 5 Performances of three access-restriction strategies

6 結(jié)論

本文提出了交通分配方法的族譜體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建覆蓋分配模型、分析對(duì)象及應(yīng)用場(chǎng)景的交通分配一體化技術(shù)，依托交通分析軟件“交運(yùn)之星-TranStar”對(duì)所提出的交通分配一體化技術(shù)進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)，并選取南京市開(kāi)展實(shí)例分析。

實(shí)例驗(yàn)證表明，交通分配一體化技術(shù)能夠充分應(yīng)對(duì)我國(guó)城市交通復(fù)雜特征，具有處理超萬(wàn)節(jié)點(diǎn)交通網(wǎng)絡(luò)，分析步行、自行車(chē)、小汽車(chē)、公交等多模式對(duì)象，適應(yīng)交通規(guī)劃、建設(shè)、管理等場(chǎng)景需求的一體化交通分配能力，可以支持政府相關(guān)部門(mén)開(kāi)展各類(lèi)交通方案的決策，改善交通系統(tǒng)的服務(wù)水平，具有較強(qiáng)的工程應(yīng)用價(jià)值。