多模式多用户交通分配模型的详细功能

在TransCAD交通分配模型和算法简介一文中，我们介绍了TransCAD中主要包含的交通分配模型和算法，使大家对软件的交通分配模型有了整理的了解，本文介绍TransCAD主打的多模式多用户交通分配模型的详细功能。

多模式多用户交通分配模型(Multi-ModelMulti-Class，简称MMA) 是为大城市应用设计的，并能够用于省际或区域范围的主打模型。MMA模型是一种基于广义费用的分配模型，它允许按照特殊模式和用户类别同时将出行分配到道路网，例如小汽车、小货车、大货车和集卡作为不同模式，小汽车又分为不同时间价值类别等。这种模型能够准确地描述所有类型收费设施和HOV和HOT设施的影响。每种模式和用户都有不同的路网通行权、拥堵影响（小汽车当量）、时间价值（Value of Time）以及道路收费成本。

1、MMA交通分配输入数据

您可以定义每一种模式和用户：

（1）小汽车当量：用于确定每种车辆类型的拥堵影响。

（2）模式或用户排除集：特殊模式或用户类型不能通行的路段选择集。

（3）按照路段或者是通过不同的模式的固定费率。

（4）应用于不同模式的按里程计算费率。

（5）每种模式或用户类型的特定时间价值VOT。

（6）每种模式或用户类型的OD矩阵。

小汽车当量

小汽车当量（PCE）通常用于将较大车辆转化成相对于标准小汽车数量，以便考虑它们加载到路网上时，不同车辆类型对交通的影响。例如，较大、重型车辆相对于小汽车占用更多的物理道路空间，并且加速和减速性能稍差。对每种方式，TransCAD都能够指定小汽车当量系数。更详细的小汽车当量系数说明，请参见道路通行能力手册。

模式或用户排除集

您能够指定每种方式的不包含路段。例如，能够从卡车方式中排除不满足桥梁净空和载重要求的路段，或者在单独驾驶车辆方式中排除HOV路段。对外地牌照管理、货车禁行路段等管理措施，均可以使用路网的集合来处理。相比其他软件用模式字段的字符串来定义可通行的路网，集合方式更为简洁和灵活。为确定排除集，您需要在线层创建排除方式路段的选择集。您需要对每种要排除的方式路段创建选择集。

固定费率和点到点计算费率

用户能够在进行多方式多类型分配时同时考虑固定费率和按里程计算费率两种方式：

（1）固定费率是指在通过路网的某一路段时的成本费用。它与流量无关，所以这有别于出行时间成本。固定费率同出行时间、通行能力以及路段其它基本属性一样，以线层属性的方式添加。用户可以为每一种方式设定不同的费率。

（2）点到点费率指按照出行路径的进口节点和出口节点计算费率。这种费率的计算方法对于在出入口设置收费站的道路作用很大（例如国内常见的高速公路出入口收费）。您需要设定一个节点到节点间的费用矩阵，矩阵的行和列ID分别代表出发地和目的地的节点编码，矩阵中每个格的值代表出发地到目的地的费用。下面是一个费率矩阵表和收费设施位置图。

您需要定义路段作为固定费率或按照里程收费路段。您可以通过建立单独的选择集来定义路段。然后，将这些选择集作为网路设置对话框的一个特殊的选择集。

运行成本

可以设置一个基于路段固定的运行成本。运行成本和其他基于路段的属性一样，作为路段图层的一个字段。每个模式（交通方式）可以有不同的字段。运行成本多是为了考虑交通方式的成本Skim计算，我们不建议将运行成本考虑到交通分配中，因为他会扭曲计算结果(Caliper,2015)。

时间价值VOT

在考虑收费道路（如高速公路）、拥挤收费政策等相关模型中，时间价值非常重要。每种模式每种用户类型能够给定自己的时间价值（VOT）。在交通分配中，根据不同的收入类型，每种收入类型能够通过MMA方法分配，而且能够设定不同的时间价值。另一个例子是对商业车辆和私人小汽车同时进行交通分配，在这个情况下，用户可以为商业车辆运输分配更大的时间价值。

因为MMA方法是一种针对于广义费用的分配方法，因此，它能够同时考虑费率成本和时间成本。您需要为每种方式定义一个时间价值以完成基于广义费用的交通分配。要分析收费设施，时间价值的分布非常重要，并不仅仅是用户类型的平均时间价值就能达到要求(Slavin et. al., 2014)。

OD矩阵文件

用户必须为每一种模式和用户给定一个起讫点出行矩阵。所有的出行矩阵在同一个矩阵文件中给定，但是矩阵文件中单独给出对应于每种模式流量矩阵。

转向惩罚

每个模式的转向惩罚可以作为选项输入。需要创建一个特别的转向惩罚表并包含在网络文件中。有关转向惩罚的设置方法和表格等信息，请参考TransCAD用户手册。在转向惩罚表中，每个模式可以有一个惩罚字段。

2、MMA交通分配结果

MMA的标准结果与常用的分配结果相似：

（1）将结果作为主报告的一个附加报告文件，描述输入文件、字段、收敛报告以及分类统计的详细内容，如车辆出行总距离和车辆出行总时间等。

（2）交通流量表、饱和流率（V/C比表）、路段出行时间和路段速度。

此外，MMA方法能够提供以下可供选择的结果：

（1）路段车流量和饱和流率表。

（2）交通流量的宽度专题图和饱和度（V/C）的颜色专题图。

（3）如果应用费率矩阵，将提供在收费节点进出口间的一个OD矩阵。

3、MMA交通分配的延误函数

在交通分配模型中，TransCAD为用户提供了多种预设的流量延迟函数，其中包括美国公路局的（BPR）函数、Akcelik函数、加拿大EMME/2 锥形拥堵函数以及Israel运输规划研究所（IITRP）函数。因为MMA方法应用广义费用函数，在涉及时间成本的操作中仅使用流量延误函数。后面章节将对每种函数作进一步解释。用户可以创建自己的流量延误函数。更多的关于创建自己的流量延误函数的说明，请参阅TransCAD自定义延误函数创建和使用。

MMA模型的广义费用函数是：

4、MMA交通分配的用户界面

本次按照TransCAD 9.0 中文版软件展示其界面，更多中文版信息，请查阅：中文版TransCAD/TransModeler即将发布一文。

主界面

下图是MMA交通分配的主界面。除了上述输入数据和参数的设置外，交通分配的方法（算法），流量延误函数VDF的类型都可以选择。

交通分配算法包括：AON全有全无算法，UE用户均衡FW算法，N Conjugate UE-N共轭FW算法，SUE随机用户均衡（误差项服从指数、正态、均匀分布等），Path-Based UE/OUE即高精度收敛算法。有关算法更多信息请查看TransCAD交通分配模型和算法简介。

交通分配的各种常用延误函数可供用户选择，需要自定义延误函数，请参阅TransCAD自定义延误函数创建和使用。

选项界面

选项输出包括了是否创建流量和饱和度专题图。用于分析尾气排放的车辆冷启动报告，用于热启动分配的上一次分配流量和路径文件输出等。如果要输出交叉口转向流量，事先应定义需要分析转向流量的节点选择集。

针对流量溯源的分析，有些交通规划软件需要对每次从查询分析分别做交通分配，这样十分费时。TransCAD则可以保存路径文件，在分配后对任意的选择路段（关键路段）/小区进行查询分析。TransCAD的查询分析功能十分强大，可以定义完全通过一系列路段（and关系），或者是使用了一系列路段任意路段（or关系），可用于分析桥梁、快速路承担的OD功能，过境交通量等。

当然，路径文件还可以用于创建子区域、查看任意OD对之间的多个路径的分配情况等，这里就不做详细介绍了。

5、子区域分析即子区域OD矩阵

对区域交通需求预测时，往往需要对一些区域的交通流状况作进一步细化分析，例如市中心的分析。为了分析子区域，TransCAD有一个程序可以为子区域提供OD表。这个OD表可以更加精细的分析关注的区域。子区域矩阵和网络也可以作为交通仿真模型的输入，例如使用TransModeler进行仿真。MMA分配模型同样支持子区域分析。例如，可以从一个全市的交通分配模型得到一个子区域路网和OD矩阵，进行细化的交通影响评价分析。

定义子区域

定义一个子区域，可以通过以下的一种方式提供密闭的环形区域：

（1）在面图层选择一个或多个区域，用外部的边界作为境界线。

（2）直接在屏幕上用手绘多边形工具绘制境界线，或者加载之前画好的多边形。

（3）当然，也可以通过创建路段集合直接选择部分网络进行使用。

子区域OD矩阵通过和境界线相交的路段（简称相交路段）和区域内部的形心来定义的。相交路段在区域外的点，不管是普通节点还是形心，都称为外部形心（虚拟的节点）。子区域矩阵是正方形的，也就是说行和列都包括了内部形心和外部形心。

子区域的OD是指任何一部在区域内的出行，一共有四种情况：

（1）出行的出发点或通过点是外部形心，通过了子区域，到达或通过外部形心。

（2）出行的出发点或通过点是外部形心，进入子区域，到达区域内形心。

（3）出行的出发点为区域内部形心，走出区域外，到达或通过外部形心。

（4）出行的出发点为区域内部形心，到达点也为内部形心。

定义好子区域后，TansCAD需要指定子区域的名字，以及以名字为前缀的一下路段和节点集合：

例如子区域的名字为CBD，则TransCAD 创建以下集合：CBD_Centroids, CBD_External, CBD_Crossing和CBD_Links。除了创建集合外，TransCAD还自动进行如下操作：

（1）显示子区域的信息，包括内部形心，外部形心以及子区域路段的数目。

（2）高亮显示内部形心、外部形心和子区域内的路段。

（3）地图缩放到定义的子区域。

当前子矩阵建立后，所有的节点和路段集合仍旧保留，以便使用它们进行后期分析。

子区域的创建准备

子区域矩阵的创建需要交通分配的一般性输入数据。另外，TransCAD需要定义的子区域名称以及存储子区域矩阵的OD文件名字。子区域的定义可以选择以下三种方法：

在交通分配一般的数据结果基础上，会增加一个子区域OD。

子区域分析对大型区域模型是十分有用的。州际和大区域层面的模型，子区域分析是一个很重要的应用。在这种环境下，境界线上的流量分析能够协助判断整个模型的有效性。在大型模型中使用子区域分析需要十分小心。虽然子区域分析可以减少很多计算量，即使是这样直接拿出来的子路网和子OD进行分配，模型的结果和整个模型的分配结果会有可能产生差别。

用路径文件分析子区域

如果在交通分配中保存了路径文件，就可以用它来进行子区域分析，并且不需要运行带交通分配的子区域分析程序。

6、结语

TransCAD的MMA模型是最为通用的交通分配模型，几乎涵盖了所有交通分配模型的功能。根据分配的算法，延误函数的不同选择，可以形成各种组合。它可以广泛应用于大城市道路交通分配模型，收费道路分析等等。MMA模型的不同模式和用户之间的影响是对称的，具有最优化模型的求解的要求。换句话说，小汽车和卡车的延误函数表示的车速是一样的。在不一样的情况下，交通分配模型需要由变分不等式来表示，并且对延误函数具有十分严格的要求，算法才有可能收敛，超出了本文讨论的范畴。根据最优化模型的数学特性，多模式多用户流量的路段解唯一，分模式和用户类别的流量解不唯一、路径流量解也不唯一，但是软件的算法遵循比例（Proportionality）原则，以最大程度接近实际情况。更加高级和细化的分配模型，可以参考宏观DTA，中观和微观DTA模型。交通分配模型的数学原理十分深奥，读者感兴趣可以参考相关文献。

原文标题：TransCAD多模式多用户交通分配模型

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审核编辑：汤梓红