基于TransCAD和TransModel的沈阳全运会交通疏散预测

【摘要】本文针对沈阳全运会疏散的交通需求预测问题，采用了四阶段预测方法。其中，在交通分配阶段分别采用了重力模型和恩格尔系数法。首先，采用TransCAD交通规划工具进行需求预测计算。然后，利用TransModeler交通仿真软件进行了仿真验证。实验结果表明了方法具有一定的有效性和合理性，计算的结论可以作为沈阳全运会交通控制和交通管理重要参考依据。

【关键词】交通疏散；四阶段预测；阻抗函数；TransCAD；TransModeler

1.引言

伴随着城市化进程的快速发展、城市综合实力的逐步增强和人们物质文化水平的不断提高，城市举办大型活动的需求日益提升。准确预测大型活动疏散的交通需求对制定合理有效的交通管理和控制策略起到关键作用。1959年Luce首次采用了Logit模型进行了预测。1962年，美国芝加哥市提出了“生成—分布—方式—划分—分配”的预测方法。1975年，LeBlanc给出了Beckmann平衡交通分配模型。

1996年亚特兰大奥运会，美国首次将智能交通相关技术应用到奥运会的交通组织和管理中，而且融入了交通需求管理的理论技术，但此次奥运会糟糕的交通管理和赛会安全组织遭到了各方面的质疑和批评。对美国2002年盐湖城冬奥会智能交通技术的研究中，总结了智能交通技术在冬奥会运用中经验和教训，从ATMS和ATIS两大模块作了总结，ATMS主要是从事件管理、路径交通管理和多种联运方式的角度总结，ATIS主要从511电话服务、可交情报板和高速公路无线电咨询等方式来研究。

在疏散路径选择的研究中：2002年Cova等人提出了基于车道的疏散路径方法。基于车道的路径方案能够减小在十字路口的交通延误，减小的延误是通过限制交通合流和预防交叉冲突实现的。Lim和Wolshon在2005年利用微观交通仿真软件CORSIM来模拟了在灾难性的暴风事件下沿着高速公路的车道的反向车流（车道单行）运行。

在疏散方案和政策研究中：Southworth在1991年就提出了区域疏散的过程包括旅程发生、旅途起程时间选择、日的地选择、旅途路线选择和方案的建立。Liu等人在2004年回顾并且讨论了一些有关疏散方案生成过程的论文，文中讨论了制定方案的方法步骤。

在疏散方案的交通仿真模型的研究中：很多的仿真模型和软件包已经开发用来协助设计、运行、管理和评价疏散方案和政策。2003年Daniel Consultants Inc.采用OREMS仿真软件模型来对马里兰州的城区制定的飓风下疏散方案仿真，实验结果证明OREMS能够给出比较合理的疏散时间，通过OREMS，分析者可以通过模拟来得到道路服务水平及其时空分布、运行状况的特征参数、瓶颈路段和各类道路设施的疏散时间。

2006年，吉林大学的赵佳琪对大型活动的交通管理进行了研究，对大型活动的交通特点、交通组织管理方法进行了较为简单的分析，通过借用商用建筑的交通影响分析来对大型活动进行交通影响分析，并通过调查把大型活动与正常情况下的交通作了相应的分析和比较。

本文在这些研究的基础上，针对沈阳全运会的交通需求特征，采用了四阶段交通需求预测方法，利用了TransCAD交通规划软件进行了计算，并采用了TransModeler交通仿真软件进行了验证比较。

2.四阶段交通预测方法

大型活动疏散的交通需求预测，实际上就是单源点多汇点的交通流分配问题。活动会场为源点、最终汇聚到多个目的地，预测目的就是将交通流分配到交通网络的各个路段，并计算疏散的时间。四阶段预测法是目前交通需求预测方法中最为成熟的一个，包括出行生成预测、出行分布预测、交通方式划分以及交通分配等四个步骤。以下是具体的方法描述：

1）出行生成量预测

本文假设以最不利状态推测疏散人群，最不利状态为上座率100%。沈阳全运会主体育场的的座位数，即出行生成量为六万人。

2）出行分布预测

本文采用了重力模型法和恩格尔系数法，预测源点到各个分区之间的出行交换量。出行分布量是点和在单位时间内的平均出行量。点到的交通分布量与点的产生量、的吸引量呈正比，与点到的交通阻抗（距离、时间、费用）成反比。模型如下所示：

式中：表示从点到的出行量，表示待定的系数，表示的出行总量，表示点到的出行阻抗。

3）交通方式划分

考虑到交通诱导疏散的对象是机动车辆，需要将疏散观众个体转化为机动车的数量，同时为了计算方便，还应统一转化为“当量小汽车量”。具体划分方式采用了如下公式：

式中：表示第类车的数量，表示需诱导疏散的人数，表示选择第类车疏散的比例，表示第类车的单位额定载客数。

4）交通分配模型

文本采用了UE均衡模型来推算路网中各路段所承担的交通流量，进而分析不同车流分配格局对路网总体的影响。其中UE均衡模型如下：

式中，表示路段上的交通量，表示路段的交通阻抗，表示点到在第条路径上交通量。

表示如果路段在点到的对应的第条路径上，则=1，否则=0。表示点与间交通量。

路阻函数就是指路段行驶时间与路段交通量之间的函数关系，被广泛应用的是由美国公共道路局开发的函数，形式如下：

式中：表示路段的通行能力，表示路段上的自由行程时间，—待标定的参数，建议、。

3.基于TransCAD工具的预测实例

本文采用了TransCAD交通规划分析软件，针对沈阳十二运开幕式结束后的交通疏散进行了交通需求预测。假定以最不利状态推测疏散人群，最不利状态为上座率100%，即为六万人同时退场。常规公交出行占公共交通出行的分担率为79.49%，出租车出行占13.57%，地铁等其它交通方式占6.94%，根据经验，常规公交的额载率为78人/车，出租车的额载率为4人/车。通常为3.2人/车。则乘公交的人为42925人，为550辆，乘坐出租的为7327人，为2290辆。为了方便计算，在计算过程中需将所有车型按照标准车当量系数转换成标准车当量数。根据经验可知，常规公交、出租车以及私家车的标准车当量系数为2，1，1可得其总流量为：

550×2+2290×1+6000×1=9390 （8）

根据沈阳全运会周围路网的实际情况，疏散路线分为青年大街、五爱隧道、富民桥、沈丹高速、浑南西路五个大方向，在中导入沈阳市地图并在其上绘制路网及交通小区。

根据重力模型和恩格尔系数方法，在中导入需求数据和组织管理措施，选择模型、输入参数进行宏观仿真，所得交通流分配数据，如图3和图4所示。

4.基于TransModeler的仿真实例

本文采用了TransModeler交通仿真软件针对沈阳十二运开幕式结束后的交通疏散进行了交通需求仿真。

5.结论

在利用TransCAD进行宏观规划的基础上，根据沈阳奥体中心周边道路的真实情况（道路宽度、交叉路口等）在TransModeler中绘制出用于路网并带入TransCAD中计算出的各个节点疏散车辆数进行动态仿真，得出初步数据即疏散仿真时间为40分钟，将其与宏观仿真时间相对比，可知重力模型算法下的数据更符合实际情况。依照结果完善宏观方案。

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