面向城市大型活动的交通流疏散策略优化及仿真研究

【摘要】本文针对城市大型活动的交通流疏散策略，将计划划分为宏观、中观和微观三个等级，依次进行，提高了优化的准确率，在宏观计划中应用了重力模型四阶段法，同时用恩格尔系数计算法和人群比例系数计算法两种方法以验证方案的通用性；在transcad软件中静态仿真实现重力模型的“四阶段法”，在transmodeler软件中对交通流进行宏观的动态仿真，得出理论数据及交通流分配图。

【关键词】城市大型活动；交通疏散；transcad；优化；transmodeler；仿真

1.引言

城市大型活动（Urban Special Events，简称USE）是指城市内部举行的规模较大，参与人数较多的集体性活动，而沈阳市的全运会也将要进行，如何运用各种交通管理手段，保证大型活动期间的交通安全、顺畅，尽量减少对背景交通需求的影响，本项目正是以此为出发点，以面向一个城市范围的大型活动交通疏散为研究背景，探索合理的交通规划与管制策略，缓解短时交通拥堵，提高疏散效率，为实现大型活动交通规划的社会化、协同化和智能化提供理论和方法支持。

本课题旨在利用系统优化与调度方法、动态交通流理论、智能优化算法和机器学习相结合优化技术，结合面向大型活动交通疏散体系的重点需求，以确保大型活动交通可靠性，降低对背景交通环境的影响为总体研究目标，聚焦于路网交通流预测与实时动态优化，通过基于动态交通流和机器学习的建模方法和动态进化计算理论，为城市大型活动的交通规划提供理论支撑与技术手段。

该项研究与国家中长期科技发展规划战略中的重要研究领域“交通运输业”与“现代服务业”紧密结合，研究成果不仅能够丰富和发展城市交通应急管理理论和方法，具有重要的学术意义，而且实现城市交通资源的可调可控，为大型活动的交通指挥调度提供稳定的保障，提高城市交通效率及突发事件的处置能力，对于建设资源节约型和环境友好型城市，具有重要的应用前景和现实意义。

2.实施方案

2.1 交通需求分析和交通基础设施调查以形成数据库

首先先利用已有的信息储备来形成最基本的数据库，将地图导入已有软件，以形成路网的几何形状、信号灯、停车场等位置，同时，调研缺失信息以及具体路况（如路段单行、转弯限制等），以保证仿真方案的切实可行性。

2.2 宏观模型的建立以及在transcad中静态仿真实现

2.2.1 当量的计算

本次我们以在体育场举办的开幕式为例，以最不利状态推测散场人群。不利状态为该活动的上座率 100%且60000人同时退场。

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”。沈阳市私家车平均拥有量26万台，占公众机动化出行方式的80%，常规公交和出租车占公众机动化出行比20%，私家车按三口之家出行，平均载客量为3人，沈阳私家车拥有比例为10%，可估算出此次疏散中私家车有 2000台，乘私家车疏散的人数为6000，按照最不利状态疏散原则，假设所有观众均采用机动化出行方式出行，则选择搭乘公共交通方式出行的人数约为54000人。

根据公式Ni=p×i/fi

常规公交出行占公共交通出行的分担率为79.49%，出租车出行占公共交通出行的分担率为13.57%，地铁等其它交通方式出行的分担率为6.94%，根据经验计算可得，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辆车，乘坐出租的为7327人，为2290辆车，最终得到总的交通流量为9390pcu。

2.2.2 transcad中重力模型的实现

在transcad中绘制宏观路网及交通小区。

根据宏观方案对宏观路网及交通小区的确立，在transcad软件中导入沈阳市地图并在其上绘制路网及交通小区（如图1、2所示）。

带入未来年份OD分布矩阵进行交通流的分配。

根据重力模型法求得未来年份的OD分布矩阵，在transcad中进行宏观仿真，得出理论数据及交通分配图（如图3、4所示）。

采用恩格尔系数算法再次仿真并与重力模型算法进行分析比较，以排空时间为评价指标，验证得出重力模型算法更优，为了验证重力模型法的合理性、可靠性，采用恩格尔系数算法求得新的OD分布矩阵并进行再次静态仿真，得出理论数据及交通流分配图。

2.3 在transmodeler软件中对交通流进行宏观的动态仿真实现

2.3.1 绘制宏观仿真路网

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中绘制出用于仿真的路网（如图5所示）。

2.3.2 进行动态仿真

带入Transcad中计算出的各个节点疏散车辆数到OD矩阵中，在TransModeler中进行动态仿真，并得出初步数据即疏散宏观仿真的时间。

2.3.3 在宏观层面进行细微的改进

由于仿真后结果输出的排空时间长于我们能接受的预期时间，于是便在道路的管制上做一些微调，比如强制某些道路只能转向而不能直行。还在原来的一个出口商增设至三个出口，使车辆能更快更通畅的进入车道。并在此仿真，时间由原来的1小时减少为43分钟（如图6所示）。

2.4 已完成中观的计划并且将要进行仿真验证

通过对宏观的计算及仿真得出的结果，我们进行了一系列的中观的调度安排，其具体交通管制和调流如下。

2.4.1 路的管制

交通管制区域划分：

交通封闭区：以奥体中心体育场为中心，天坛街以东（含天坛街），浑南三路以南（不含浑南三路），富民街以西（不含富民街），浑南中路以北（含浑南中路）为交通封闭区。交通封闭期间，除持有奥体中心体育场院内停车场通行证的车辆外，禁止其它车辆在此区域通行。其停车场允许vip车辆、媒体车辆、以及其中的场内大巴。

交通管制区：浑河大街以东（不含浑河大街），南堤中路以南（含南堤路），富民街以西（含富民街），远航路以北（不含远航路）为交通管制区。交通管制期间，除持有开幕式通行证的车辆、公交专线车辆，禁止其它车辆经此区域通行。

交通疏导区：沈苏快速路以东，文艺路以南，长青街以西，绕城高速公路以北为交通疏导区。交通调流期间，在此区域内特殊时段，采取指定路段单行，延长绿灯时间，分流，限制转向方向等方式疏导。

2.4.2 停车场设置

奥体中心体育场内停车场：可停放车450辆，其中T1、T2、T3贵宾车辆、参赛运动员车辆、技术官员车辆在环廊西侧指定停车位停放；注册媒体车辆在西南侧指定停车位停放；赞助商车辆在环廊东南侧指定停车位停放；BOB媒体车辆在环廊南侧指定停车位停放；工作人员车辆在环廊东北侧指定停车位停放。 奥体中心体育场周边停车场：奥体中心周边设置3处社会机动车辆停车场、3处非机动车停车场、1处公安车辆停车场、1处工作车辆停车场、3处公交车辆停车场及4处备用停车场，共计可停放各类机动车10320辆。其中1、2、3号社会停车场可停放5300辆。

2.4.3 交通组织

1）青年大街：按6：2比例分配车道（由北向南2排车道；由南向北6排车道）。其中，由南向北不限制车辆通行；由北向南只允许持证工作车辆和公交车通行。对文化路立交桥实行由南向北单向交通组织；三好街至青年大街一段实行单向交通组织，逆向一排道只允许公交车通行。

2）浑河大街：按7：3比例分配车道（由南向北7排车道；由北向南3排车道）。此外，还要在浑河桥北桥头摆放指示标牌，指引由北向南前往机场方向的车辆经最左侧2排车道通行。

3）富民街：对富民街从文化东路以南实行由南向北的单向交通组织。

2.4.4 车的配置

我们沈阳的全运会的运行中心、接待中心、新闻中心。官员村（含兴奋剂检测站）将为50余个代表团团部、1500人提供住宿、餐饮、会议等设施；运动员村具备接待约1.5万名运动员、教练员的能力；媒体村具备接待大约3500名注册记者的能力。则T4人数为2万人。预测T1～T3客户群将使用小客车约300辆，T4使用中巴车约200辆，T5使用公交车约600辆。

3.结论

本文针对城市大型活动的交通流疏散策略，将计划划分为宏观、中观和微观三个等级，依次进行，提高了优化的准确率，在宏观计划中应用了重力模型四阶段法，同时用恩格尔系数计算法和人群比例系数计算法两种方法以验证方案的通用性，得出结论该方法在大型活动紧急疏散中切实可行，在transcad软件中静态仿真实现重力模型的“四阶段法”，在transmodeler软件中对交通流进行宏观的动态仿真，得出理论数据及交通流分配图，为沈阳市全运会的紧急疏散提供了一个优化方案。

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