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最新的交通建模過程中的路阻函數研究
【摘 要】路阻函數貫穿于交通建模的出行分布、方式選擇和交通分配多個階段，函數參數的確定需要結合建模方法、建模精度以及參數調用等多方面綜合考慮，是影響模型計算精度的關鍵參數，本文結合交通模型軟件的處理方式，研究路阻函數型式、調查、標定和校驗方法，并得到了符合濟南市出行規律的路阻函數值。
【關鍵詞】交通建模；路阻函數；參數標定
1 路阻函數的作用
路阻函數包括路段和節點兩部分。
路段流量延誤函數，用于反映不同等級道路隨著路段車流量增加，行程時間延誤的增長規律。
節點的控制延誤及轉向排隊延誤是行程時間延誤中重要部分，是城市模型有別于公路模型的主要區別。在出行時間中，節點的延誤占有一定比重，特別是當節點擁擠或阻塞時，節點延誤可能會遠遠超過路段行駛時間，因此必須對路阻函數進行節點延誤的修正。當轉向在網絡的連線之間發生時，大部分規劃軟件程序允許用戶應用限制規則、處罰和延遲等。
2 路阻函數的模型使用階段
出行分布階段常用的重力模型方法被吸引來的交通量是與小區之間的距離有關。吸引力隨著出行時間降低的變化趨勢的規律，一方面與出行的目的有關，另一方面與出行的方式有關。描述這種趨勢的就是阻力函數。
方式選擇階段常用的Logit模型方法，基于出行距離、車輛擁有條件、出行費用、出行時間、舒適度、可達性等條件。不同方式的延誤時間，影響方式之間的競爭關系。
交通分配階段流量延誤函數是影響車輛隨著路段分配流量增加選擇路徑的主要依據。依據查詢道路網的最短行程時間判斷出行路徑的選擇。
3 節點路段化延誤函數構建
在交通分配模型中，采用的路段流量延誤函數模型有BPR函數、Akcelik函數、錐形擁堵函數以及IITRP函數。
交通模型中通過在節點進口道添加延誤函數的查詢索引，將節點處的控制延誤和停車延誤引入到交通分配中。節點流量延誤函數的形式一般分為兩種：一種是根據城市交通調查統計的按照相交道路等級分類的節點平均延誤（分級式節點延誤），以表格的形式存儲；另一種是根據調查數據統計回歸得到的節點流量延誤函數（聯動式節點延誤），以函數方程的形式存儲。
基于對模型精度、數據處理難易程度、后期維護的考慮，構建延誤函數型式如下式。其中路段延誤參考BPR函數型式，交叉口延誤則按照分段函數的型式。
d―總的延誤時間；
D―路段流量延誤；
I―節點轉向延誤；
Ti―路段零流時間；
αβ―參數值；
x―路段流量；
i―分類分轉向延誤調查數值。
4 調查及參數標定
4.1 調查方法
路段車輛延誤調查的方法主要有跟車法、觀測法、路段調查法等幾種，根據構建的延誤函數型式，路段延誤與節點延誤分開計算，因此路段延誤采用路段調查法。
調查節點延誤的方法主要有停車時間法和行程時間法，根據構建的延誤函數型式，節點延誤滿足與相交道路等級相關的控制延誤和停車延誤即滿足要求，因此調查采用停車時間法。
4.2 參數標定
通過對交通流規律的定性判斷，可以得出兩條基本結論：
�。�1）在同樣的道路負荷度下，單位長度高等級道路上的行駛時間短，這種差異性在負荷度越大的情況下越明顯。
�。�2）T=f（V/C）的函數曲線形狀向上彎曲，在BPR函數中的數學條件可以描述為β>1。
本文結合實際工作，提出了微觀擬合、宏觀校核的兩層次參數標定方法，宏觀層次的工作主要是參數的校核，利用微觀層次擬合的特性參數進行交通分配計算，得出城市的機動車出行宏觀指標如平均出行時耗、出行距離以及總體交通負荷度狀況等等，通過對宏觀指標的校核來調整微觀參數的選取。
在參數標定工作流程中以下三個環節是整個工作的重點和難點：
�。�1）調查數據準確度的保證；
�。�2）微觀層次參數標定；
�。�3）宏觀層次模型參數的校核。
5 軟件平臺處理方式
在交通規劃軟件TransCAD中，節點延誤以定義全局的轉向懲罰的形式給出，為確定值。在交通規劃軟件Emme中，節點延誤根據具體節點調用的延誤函數計算延誤值，延誤函數的形式可以是分級式，也可以是聯動式；同時可以相交道路等級的不同進行較為細致的分級。
6 濟南市參數標定及校驗
�。�1）路段延誤函數
經過對調查數據的觀測處理，得到了近350個路段流量數據和1600個道路瞬時車速數據。根據奇異數據排除原則，將奇異數據排查以后，共得到1800條數據，利用這些數據進行數學擬合以標定模型參數。
標定基本思路如下：
令 ， ，根據BPR函數的形式可以得到：
其中，V―路段機動車流量；
C―路段機動車通行能力；
T―路段機動車行駛時間；
T0―路段機動車自由行駛時間。
根據調查數據分析及國內外參數值得參考，最終結合濟南市實際道路情況，建立7個BPR函數。
圖2不同等級道路BPR函數曲線擬合圖
�。�2）節點延誤
圖3 交叉口延誤測算匯總
經過對調查數據的處理分析，最終得到各登記道路節點各轉向延誤時間。
�。�3）參數校驗
分布檢驗
在出行分布校核中，判斷模型標定參數的精度，通常采用卡方檢驗。即需要檢查模型得到的出行距離分布曲線與實際調查得到的出行距離曲線之間的一致性，得到的卡方值與臨界值進行比較，卡方值越小，說明模型標定的結果越符合實際情況。
運用該方法對濟南市的出行分布模型進行校核，可以看出，現狀出行分布模型計算出的出行量與實際調查所得到的出行量擬合較好。
分配檢驗
小客車分配路段流量與路段核查線調查小客氣流量對比R2值為0.97，達到了擬合現狀小客車流量的精度要求。
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