多源數(shù)據(jù)融合法更新公路通道車(chē)流OD矩陣

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

區(qū)域交通小區(qū)機(jī)動(dòng)車(chē)出行OD矩陣是進(jìn)行交通規(guī)劃、交通運(yùn)行管理等重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．依據(jù)路段流量及先驗(yàn)出行信息進(jìn)行區(qū)域交通小區(qū)OD估計(jì)的方法得到了廣泛地應(yīng)用．這些方法可以歸為統(tǒng)計(jì)估計(jì)方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法兩類(lèi)，是基于極大熵法或是基于最小信息理論或是網(wǎng)絡(luò)平衡技術(shù)進(jìn)行研究［1－4］．此外，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)定位、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為OD的獲取開(kāi)辟了新的途徑［5－7］．同時(shí)，考慮核查線(xiàn)流量以及核查線(xiàn)的位置，也為OD矩陣估計(jì)提供了新的思路［8－9］．本文以服務(wù)高速公路運(yùn)輸通道改擴(kuò)建交通運(yùn)行管理為目的，設(shè)法綜合運(yùn)用現(xiàn)有的多種車(chē)流數(shù)據(jù)，以更新經(jīng)過(guò)公路通道的車(chē)流OD為目的，最終獲取經(jīng)校核且更為可靠的區(qū)域交通小區(qū)OD矩陣．

1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)源

改擴(kuò)建公路由于處于交通要道，出入口都安設(shè)有車(chē)流量檢測(cè)器，可以獲取各出入口分車(chē)型的流量．改擴(kuò)建公路本身及其周邊干線(xiàn)重要路段上也安設(shè)有路段流量檢測(cè)器，可以獲取部分重要路段的分車(chē)型流量．另外，改擴(kuò)建工程預(yù)備工程階段一般都進(jìn)行了交通小區(qū)車(chē)流OD調(diào)查，雖存在抽樣率低、精度低的缺陷，但也能大致反映交通流量、流向的趨勢(shì)．

與已有的OD估計(jì)方法不同，本文獲取最終OD初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：工程預(yù)備階段調(diào)查車(chē)流OD、互通出入口流量、部分路段流量．預(yù)備工程階段調(diào)查區(qū)域車(chē)流OD，在之前的眾多相關(guān)文獻(xiàn)中稱(chēng)之為先驗(yàn)OD，主要為判斷改擴(kuò)建工程是否可行，反映改擴(kuò)建前期區(qū)域內(nèi)的出行狀況，在一定程度上體現(xiàn)了交通出行的發(fā)展趨勢(shì)，因精度低，難以用于改擴(kuò)建時(shí)期的運(yùn)行管理研究．另外一個(gè)重要且十分有用的流量數(shù)據(jù)是公路通道沿線(xiàn)互通的出入口流量，它在上述文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有涉及，是本文研究獲取區(qū)域交通小區(qū)車(chē)流OD的重要數(shù)據(jù)源之一，但與工程預(yù)備階段OD存在著時(shí)間上的不一致性．

2 多源數(shù)據(jù)融合法

2.1 技術(shù)路線(xiàn)

多源數(shù)據(jù)融合法技術(shù)路線(xiàn)，見(jiàn)圖1．

圖1 多源數(shù)據(jù)融合法技術(shù)路線(xiàn)

2.2 數(shù)據(jù)源統(tǒng)一

工程預(yù)備階段獲得的OD矩陣（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“初始OD矩陣”）存在諸多不足，需要進(jìn)行調(diào)整校核，但首先應(yīng)初步保證初始OD與當(dāng)前已獲得的通道路段流量和出入口流量在時(shí)間上保持統(tǒng)一．本文運(yùn)用Fartar增長(zhǎng)率法將初始OD矩陣逐步推算到現(xiàn)狀階段，得到從初始年份直到現(xiàn)狀的OD矩陣（未校核），再利用TransCAD分別進(jìn)行隨機(jī)用戶(hù)平衡分配，得到各年區(qū)域路網(wǎng)及通道的流量．

分配得到的通道路段流量及各出入口流量相對(duì)于現(xiàn)狀情況而言仍然存在較多不足，需要進(jìn)一步的調(diào)整．調(diào)查所得的現(xiàn)狀公路通道路段流量及沿線(xiàn)互通出入口流量，可以更為直接地反映公路通道的通行狀況．因此，考慮將其作為標(biāo)準(zhǔn)與由初始OD分配得到的流量進(jìn)行比對(duì)，再結(jié)合互通與交通小區(qū)的映射關(guān)系，對(duì)現(xiàn)狀OD矩陣（未校核）進(jìn)行調(diào)整、校核（在利用調(diào)查獲得的流量前，將調(diào)查得到的路段流量和互通出入口流量按標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型轉(zhuǎn)換為當(dāng)量小汽車(chē)）．

2.3 數(shù)據(jù)融合

設(shè)初始OD矩陣為M0（分車(chē)型），M1，M2，…，Mn分別為由M0逐步推算而來(lái)的各年的分車(chē)型的區(qū)域OD，且Mn為未校核的現(xiàn)狀OD．那么Mn分配得到的通道各互通出口流量為Ak，入口流量為Bk；經(jīng)過(guò)車(chē)型統(tǒng)一后的調(diào)查得到的出口流量為ˉAk，入口流量為ˉBk．其中：k為研究線(xiàn)路上的第k個(gè)互通．針對(duì)同一互通，通過(guò)線(xiàn)性回歸分析比較交通分配得到的出入口流量與調(diào)查值的相似性，根據(jù)這種相似性來(lái)顯示初始OD的準(zhǔn)確性，進(jìn)而判斷其是否需要進(jìn)行調(diào)整．根據(jù)本文的實(shí)際需要，此處采用不帶常數(shù)的一元線(xiàn)性回歸模型，即yk＝bxk．其中：yk為分配得到的互通k出、入口流量；xk為依賴(lài)時(shí)間的互通k出入口流量調(diào)查值；b為擬合參數(shù)．此處b與1的差別顯著與否，體現(xiàn)了兩類(lèi)互通出入口流量差別的大小，也就表明了初始OD的準(zhǔn)確與否，進(jìn)而判斷是否需要調(diào)整．若擬合的相關(guān)系數(shù)R2較大，且b接近于1，則無(wú)需調(diào)整；否則，與該互通出入口相聯(lián)的交通小區(qū)OD需要調(diào)整．特別地，當(dāng)b＜1時(shí)，說(shuō)明分配得到的互通出入口流量與調(diào)查流量相差較大，即意味著初始OD矩陣中與該互通出入口相聯(lián)的交通小區(qū)OD值需要適當(dāng)?shù)財(cái)U(kuò)大；而當(dāng)b＞1時(shí)，則需要向相反的方向做類(lèi)似的處理．

假定經(jīng)比較后，確定需要進(jìn)行流量調(diào)整的互通為k（k＝1，2，…，n），對(duì)應(yīng)的出口或入口流量的差值為xk－yk，且該差值可正可負(fù)．將通道影響區(qū)域劃分為m個(gè)交通小區(qū)，任意兩個(gè)小區(qū)間的出行流量為T(mén)ij．其中：i為起點(diǎn)小區(qū)；j為訖點(diǎn)小區(qū)；（i，j）∈Mn，i，j＝1，2，…，m．設(shè)αik為當(dāng)交通小區(qū)i的出行是通過(guò)互通k實(shí)現(xiàn)時(shí)，其出行交通量在互通k的出口流量Ak或入口流量Bk中所占的比例，那么可以得到,…，n．其中：Oi分別為調(diào)整前后以小區(qū)i為起點(diǎn)的流量之和；Di，D′i分別為調(diào)整前后以小區(qū)i為訖點(diǎn)的流量之和．然后，以現(xiàn)狀OD矩陣（未校核）為基礎(chǔ)，結(jié)合新的交通小區(qū)發(fā)生、吸引量（即，），利用Fratar增長(zhǎng)率法獲得發(fā)生、吸引平衡的通道影響區(qū)交通小區(qū)出行OD矩陣．

2.4 精度檢驗(yàn)

本文以調(diào)查的現(xiàn)狀路段流量作為“查核線(xiàn)”來(lái)檢查調(diào)整后的OD矩陣精度．具體方法如下：將調(diào)整后的分車(chē)型的區(qū)域OD矩陣在分析的路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶(hù)平衡分配，得到各路段分車(chē)型流量；挑選具有調(diào)查流量的路段，分車(chē)型對(duì)分配的流量和調(diào)查流量進(jìn)行χ2檢驗(yàn)，由此判斷調(diào)整后的OD矩陣的準(zhǔn)確性．設(shè)調(diào)查得到的路段流量為…，，…，對(duì)應(yīng)的方差為；相應(yīng)地，調(diào)整后的OD矩陣分配得到的通道路段流量為q1，q2，…，ql，…，qn，對(duì)應(yīng)的方差為S2，l＝1，2，…，n．其中：，ql表示第l個(gè)路段的流量．那么，在假設(shè)通道路段流量呈正態(tài)分布，給定顯著水平為α的情況時(shí)，認(rèn)為兩類(lèi)路段流量差別較大，即說(shuō)明調(diào)整后的OD矩陣不夠準(zhǔn)確．

3 實(shí)例分析

以京港澳高速公路（河北段）為例，選擇小客車(chē)車(chē)流作為研究對(duì)象，對(duì)多源數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行測(cè)試和檢驗(yàn)．京港澳高速公路全線(xiàn)共設(shè)互通38處，其中一般服務(wù)型互通33處，樞紐型互通5處．根據(jù)研究的特點(diǎn)和需要，將影響區(qū)內(nèi)各個(gè)市、縣級(jí)行政區(qū)劃劃分為52個(gè)交通小區(qū)；各交通小區(qū)通過(guò)以上互通與京港澳高速公路產(chǎn)生直接或間接的聯(lián)系，見(jiàn)圖2．圖3則顯示了初始年份（2007）影響區(qū)響區(qū)內(nèi)利用京港澳高速公路出行，各小區(qū)間的小客車(chē)車(chē)流OD分布狀況．（由于涉及到的交通小區(qū)眾多，故根據(jù)影響區(qū)內(nèi)路網(wǎng)及小區(qū)劃分的特點(diǎn)，進(jìn)行了進(jìn)一步的小區(qū)及流量合并以簡(jiǎn)化顯示．）

圖2 影響區(qū)交通小區(qū)劃分

圖3 影響區(qū)2007年OD分布（小客車(chē)）（單位：pcu／d）

以影響區(qū)內(nèi)各縣、市的地理區(qū)位和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等為依據(jù)，選取具有代表性的6個(gè)互通作為分析對(duì)象．表1包含了所選6個(gè)互通2007～2010年的調(diào)查得到的互通出入口小汽車(chē)流量．

由初始OD矩陣M0推算而來(lái)的各年的OD矩陣分別為 M1（2008），M2（2009），M3（2010，即現(xiàn)狀年份）．然后利用TransCAD對(duì)以上OD矩陣在河北省路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶(hù)平衡分配，得到2007年至2010年京港澳沿線(xiàn)各互通出入口小汽車(chē)流量．表2呈現(xiàn)了由分配得到的互通出入口小汽車(chē)流量．

綜合表1和表2，以表1中的流量值為“標(biāo)準(zhǔn)”，利用SPSS分析軟件，對(duì)同一互通2007～2010年的出入口流量分配值yk與調(diào)查值xk（亦即Ak或／和Bk）進(jìn)行線(xiàn)性回歸，其結(jié)果見(jiàn)表3．

根據(jù)以上分析結(jié)果顯示，由第2部分所確定的判斷準(zhǔn)則，在涿州北互通（k＝1）、徐水互通（k＝2）、石家莊互通（k＝5）、邢臺(tái)北（k＝6）處出入口流量回歸參數(shù)b與1相差較大和相關(guān)系數(shù)R2也相對(duì)較小，因而，這4個(gè)互通出入口對(duì)應(yīng)的交通小區(qū)需要進(jìn)行流量調(diào)整．利用TransCAD確定的互通與交通小區(qū)間的映射關(guān)系見(jiàn)表4．

表1 互通出入口小汽車(chē)流量調(diào)查值 pcu／d

表2 分配得到各年互通出入口小汽車(chē)流量 pcu／d

表3 互通出入口流量回歸分析結(jié)果 pcu／d

表4 互通與交通小區(qū)的映射關(guān)系

由以上映射關(guān)系，根據(jù)第2部分中介紹的方法調(diào)整表5中涉及的所有OD對(duì)的交通量．表5以交通小區(qū)3，5，24和37為例呈現(xiàn)了OD調(diào)整情況．然后以交通小區(qū)量為基礎(chǔ)，利用 Fratar增長(zhǎng)率法獲得調(diào)整后的小汽車(chē)車(chē)流OD矩陣．

表5 現(xiàn)狀小汽車(chē)車(chē)流OD調(diào)整 pcu／d

將以上調(diào)整后的OD分布在原路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶(hù)平衡分配，得到京港澳高速公路路段上的小汽車(chē)流量．選擇具有調(diào)查流量的路段，對(duì)分配的流量和調(diào)查的流量（見(jiàn)表6）進(jìn)行檢χ2驗(yàn)，過(guò)程如下．

表6 路段小汽車(chē)流量調(diào)查值和分配值pcu／d

根據(jù)表6中的流量值計(jì)算得：σ20＝506 053，S2＝487 985；又n＝6，那么，在顯著水平α＝所以，經(jīng)檢驗(yàn)調(diào)整后的小汽車(chē)車(chē)流 OD矩陣符合精度要求．

以上分析結(jié)果顯示，經(jīng)調(diào)整后的OD矩陣分配得到的路段流量與調(diào)查得到的路段流量達(dá)到一致，即說(shuō)明以調(diào)查得到的出入口流量為“標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行的一系列比較、調(diào)整過(guò)程是有效可行的，也即實(shí)現(xiàn)了對(duì)初始OD由點(diǎn)（互通）到線(xiàn)（通道）的核查、檢驗(yàn)，并獲得了更為精確的OD矩陣．

4 結(jié)束語(yǔ)

多源數(shù)據(jù)融合獲取車(chē)流OD法利用了現(xiàn)有可得工具、方法和可能的數(shù)據(jù)源，對(duì)工程預(yù)備階段初始OD結(jié)合公路走廊出入口多年流量數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整和校核，校正了車(chē)流OD流量流向變化新趨勢(shì)；根據(jù)部分路段流量數(shù)據(jù)對(duì)調(diào)整后的OD精度進(jìn)行了第二重校核，為獲取可靠車(chē)流OD提供了雙重保證．

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