CUBE 軟件在宏觀交通仿真系統(tǒng)中的應用

王克紅 趙 磊

（河北工程大學 碩士研究生，河北 邯鄲 056038）

1 引言

城市交通規(guī)劃作為城市規(guī)劃的重要組成部分，對解決城市交通問題、保障城市可持續(xù)發(fā)展顯示出越來越重要的作用。宏觀交通仿真作為城市交通規(guī)劃方案評價與分析的重要手段，已在國內(nèi)外得到廣泛應用。本文利用國際上廣泛使用的CUBE/TRIPS 仿真軟件建立某市宏觀交通仿真系統(tǒng)，對該市現(xiàn)狀路網(wǎng)和規(guī)劃路網(wǎng)進行宏觀交通仿真分析和評價。

2 CUBE/TRIPS 軟件介紹

CUBE 是由美國Citilabs 公司開發(fā)的產(chǎn)品，是一套卓越的交通模擬與規(guī)劃軟件系統(tǒng)。CUBE的核心是與微軟視窗相似的界面Cube Base。Cube Base 將CUBE 系統(tǒng)中的其他軟件整合成一套易用的建摸與分析工具。Cube Base 的主要優(yōu)點之一是它能與當今最流行的地理信息系統(tǒng)軟件ArcGIS 直接銜接。Cube 包括軟件有：Cube Voyager、Cube Cargo、Cube Dynasim、Cube Voyager、Cube Land、Cube Polar。本文主要用的是Cube Voyager，其具有全面且易用的宏觀交通規(guī)劃軟件；可用于小汽車、公交車、軌道交通、摩托車、自行車以及行人等的流量預測。Cube在世界近40多個國家的研究機構(gòu)、高等院校、咨詢公司等部門中得到了廣泛的應用。

CUBE/TRIPS 支持完整的四階段交通規(guī)劃模型。它是以一系列相互獨立的功能模塊為基礎進行的集成，每一個獨立的程序模塊都具有其特定的功能，并且相互間在數(shù)據(jù)傳遞上具有繼承性。在交通建模過程中，用戶可以靈活地組合各個功能模塊來完成具體的交通建模工作[1]。下面主要介紹CUBE/TRIPS 軟件的交通需求預測模型[1]：

出行生成，預測研究區(qū)域內(nèi)小區(qū)出行生成量和吸引量，軟件主要提供回歸分析模型、類別分析模型、層次回歸分析模型等；

出行分布，預測小區(qū)間出行的空間分布，軟件提供的有增長率法(包括固定增長率、單約束增長系數(shù)、Fratar 法)或重力模型(模型中阻抗函數(shù)通常采用指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)和gramma 函數(shù))，計算未來OD 矩陣。預測各小區(qū)之間的出行分布特征；

方式劃分，預測交通出行在各種交通模式中的分擔情況，軟件提供的函數(shù)包括轉(zhuǎn)移曲線法、不同形式的Logit 模型等；

交通分配，主要是計算路網(wǎng)分配交通量，軟件提供了如最短路、多路徑、動態(tài)多路徑、容量限制方法等。在分配過程中，軟件可以實現(xiàn)路徑建立、路徑搜索、流量加載、路阻函數(shù)修正等功能。并且在每個階段都形成單獨的報告文件。可以根據(jù)研究的需求靈活選用[2][3]。

交通影響分析的“四階段”預測方法，應用CUBE／TRIPS 軟件，可以進行比較細致而又合理的交通規(guī)劃和預測分析。

3 CUBE/TRIPS 軟件建模

采用CUBE／TRIPS 建模，采用交通量需求預測四階段法，首先要對建立的模型有整體性把握。建模的基本思路是：首先，用軟件的矩陣推算模塊，把交通調(diào)查所得到的機動車出行數(shù)據(jù)與核查線交通量調(diào)查數(shù)據(jù)進行校核，得到了校核后的O-D 矩陣。其次，把得到的校核矩陣作為基本數(shù)據(jù)傳入CUBE／TRIPS 軟件的需求生成模塊進行分析，從而得到了出行發(fā)生總量與吸引總量。然后，通過CUBE／TRIPS 軟件的出行分布模塊，把總的吸引量和發(fā)生量轉(zhuǎn)換成小區(qū)之間的O-D 量，進行方式劃分，最后利用TRIPS軟件的出行分配模塊，把各種出行方式的空間O-D 量分配到具體的交通網(wǎng)絡上[4]，最終得出分配結(jié)果。預測流程如圖1 所示。

宏觀模型主要分為四個部分，分別是供應模型、需求模型、分配模型和分析模型。

圖1 路網(wǎng)建立及路徑建立流程圖

3.1 供應模型

該部分主要任務是建立供應模型使用的路網(wǎng)、小區(qū)劃分及輸人調(diào)查交通量并建立核查線。在CUBE／TRIPS 中，通過應用MVNET 模塊檢查繪制路網(wǎng)生成模型中存在問題的道路，如，未連接上的路口等，讓用戶很快的知道。在使用MVNET 模塊時，需在參數(shù)中設置“NE-WVOL”，為建立的路網(wǎng)加入流量字段，并在流量字段中添加調(diào)查的交通量，如道路通行能力，設計車速等。

3.2 需求模型

需求模型主要包括出行生成模型、反推OD模型、出行分布模型；軟件中的MVMODEL 模塊直接將Excel 中的出行生成模型的計算結(jié)果導人模型中。用ME 模塊進行OD 反推，建立該模型需要輸入的數(shù)據(jù)，標定的出行分布函數(shù)參數(shù)等，根據(jù)宏觀仿真分析的特點，其需要輸入的數(shù)據(jù)主要有費用矩陣、核查文件、各分區(qū)發(fā)生吸引量和分區(qū)間的路徑文件。軟件用MVGRAM模塊來實現(xiàn)出行分布模型，該模塊提供的三種模式分別對應三個功能：a)標定參數(shù)模式；b)重力模型模式；c)增長率法模式。宏觀路網(wǎng)仿真中的交通分布可采用重力模型法。根據(jù)反推的現(xiàn)狀OD 矩陣，應先進行重力模型參數(shù)的標定。由于交通分布需要的初始OD 矩陣和未來年發(fā)生的吸引量已在前面的模型中得到，所以只需連接到模塊上即可。

3.3 分配模型

分配模塊主要是通過MVHWAY 模塊將預測的OD 矩陣分配到路網(wǎng)中，得到路段的交通量。

3.4 分析模型

分析模型主要是對分配結(jié)果進行圖形分析和對路網(wǎng)服務水平的變化進行分析。采用CUBE／TRIPS 中提供的圖形分析模塊，可以繪制各種分析圖表來形象的表示結(jié)果，如道路負荷圖，路網(wǎng)速度圖，交叉口流量流向圖等。

4 實例

4.1 某市交通現(xiàn)狀仿真

采用CUBE 軟件對現(xiàn)狀路網(wǎng)進行分析，得到道路的負荷度圖和現(xiàn)狀道路速度圖如圖2 和圖3 所示。

圖2 現(xiàn)狀道路負荷度圖

圖3 現(xiàn)狀道路速度圖

由道路負荷圖可知：該市斷頭路太多；路網(wǎng)密度不均勻，總體呈現(xiàn)中心密，四周疏，造成四周的道路負荷度高；部分主、次干道道路通行能力過低等原因?qū)е略撌鞋F(xiàn)有的大部分道路負荷度高。該市主要商業(yè)區(qū)大都位于老城區(qū)，區(qū)內(nèi)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)不合理，道路窄，交叉口多且間距短，嚴重影響道路交通的暢通；而處于主要商業(yè)區(qū)的主、次干道都是城市的干路，承擔著大量的城市過往交通，自身的交通負荷已比較高，同時又地處商業(yè)繁華區(qū)，區(qū)內(nèi)比較高的出行產(chǎn)生和吸引，大量的匯入和離去交通嚴重干擾道路上的交通流，大大降低了道路的通行能力。這一方面需改善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加連接區(qū)與區(qū)之間的干道；另一方面需要進行有效的分流，減輕道路的交通負荷。

4.2 未來年(2010年)規(guī)劃路網(wǎng)仿真

針對現(xiàn)狀道路通行能力的不足，采取交通流量不變，改變道路網(wǎng)如：將通行量大的斷頭路連接到附近的主次干道上，將工業(yè)區(qū)，汽車站等吸引的交通量分流到通行能力大的環(huán)城路上；并對商業(yè)密集區(qū)及附近的道路進行拓寬處理；

對處理后的未來年2010年進行出行生成、交通分布、方式劃分、交通分配預測仿真，其路網(wǎng)負荷度、速度分配分別如圖4 和圖5 所示。

從模擬結(jié)果看出，改進后的路網(wǎng)通行能力有了明顯的提高，主干道的負荷減小。

圖4 2010年宏觀預測道路負荷度圖

圖5 2010年宏觀預測道路速度圖

5 結(jié)論

本文參考交通規(guī)劃四階段模型及其相關理論，初步利用CUBE／TRIPS 軟件建立一套城市宏觀交通仿真系統(tǒng)模型。該模型仿真結(jié)果可以為某市交通規(guī)劃和交通管理提供參考。但由于相關數(shù)據(jù)調(diào)查工作量較大等原因，對于公共交通及自行車等其他交通方式本文未作詳細分析，有待進一步深入研究和驗證。

[1]楊濤等.CUBE／TRIPS 軟件及其在交通影晌分析中的應用[J].交通與安全,2006,2(4):20-25.

[2]楊兆升.交通運輸系統(tǒng)規(guī)劃[M].人民交通出版社,2004,9.

[3]吳春雷等.基于TransCAD 軟件的交通影響分析方法[J].交通與計算機,2008,3(26):79-82.

[4]劉敬青.城市交通規(guī)劃軟件包(TRIPS)應用與思考[J].城市交通,1999,11(2):37-39.