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基于TransCAD的城市交通规划和区域交通规划 清华大学交通研究所 吴世江 TransCAD软件是第一个专门为交通规划、交通管理以及交通特性分析而设计的应用软件，作为最早具备交通规划地理信息功能的软件，TransCAD为交通需求预测准备了一整套完善且又随时更新的工具，包括数字化地图、地理数据管理、地理坐标显示以及复杂的交通规划应用、操作研究以及统计模型。 对于城市交通需求预测模型，TransCAD软件在GIS系统方面开创了新的方法理论，使交通规划步骤简化、改进了需求模型的建模过程。TransCAD软件支持许多形式的交通需求预测模型，包括战略性规划法、四步骤需求模型、离散仿真技术、多路径选择模型以及经典的交通分配模型。TransCAD软件逐渐升级和完善，为提高交通需求预测的精度和简化交通模型中参数的标定过程提供机械手段。TransCAD软件不仅仅局限于城市或区域交通需求预测，而且适合于大区域甚至国际间的客运及货运交通规划。由于在客运规划方面的应用对于绝大多数的交通规划专家来说较为熟悉，因此TransCAD软件还是重点用于城市客运交通规划。 1 GIS环境背景下的交通预测 交通预测模型用于预测随着区域发展、人口统计、交通供给的变化而随之在交通运输系统中引起的变化。对交通需求进行仿真是一项艰巨的工作，需要合理的交通规划和预测分析。交通需求预测模型本质上具有空间属性，而且必须具备巧妙处理空间变化的能力才能改善和提高模型的适用性。通常一套高度结构化的数据文件是交通规划中必需的前提条件。这些文件包括发生量和吸引量、交通流矩阵和交通阻抗矩阵以及道路交通网。在一个地理信息系统中，典型数据由点、线、面特征相互连贯形成系统。这些数据结构合理匹配在一起，以更好地标示空间发生点、地理网络和区域边界。然而交通运输应用需要大量专业的、可更新的地理信息特征和功能以适应交通运输网络、路线和交通流矩阵。如图1所示，TransCAD软件将现状和规划的地理信息数据结构合理地结合在一起，促进了地理信息技术和数据在交通需求预测中的应用。GIS技术在网络分析以及数据连接中有很强大的功能，由于地理信息数据可以比较容易地描述道路的位置，不必通过繁琐的输入即可直接获得。在具体位置中，高度精确的线层并不存在，道路文件包括TransCAD软件制作的副本。 图1 基于GIS形成的路网 通过从图片和航空摄影照片中提取光栅影像还可以满足数字化的要求。TransCAD软件提供了可以适应CAD软件和非拓扑地图文件的地图编辑功能，大大减少了绘图中图形错位的出现频率。在TransCAD软件中，由于网络与线层是分离的，许多不同的网络可以与同一个地理文件产生联系，可以使网络随着时间或交通运输方式的变化而具有不同的特性。 2 交通的发生与吸引 交通产生的目标是预测在一个研究地区中每个交通区发生和吸引的出行量。城市交通规划中的这个步骤仅仅与每个交通区的起讫点出行量有关，而与交通出行发生起点、终点之间的联系无关。 交通产生预测是通过对出行个体、交通区域或整个道路网络的出行特征和频率建立关系而获得，TransCAD软件允许多种类型的交通产生分析，从简单的分类方法到复杂的统计分析。 在发生量预测模型中，预测主要基于交通区内的人口统计特征。而在吸引量预测模型中，预测主要基于土地利用特征，比如行政办公、商业用地或者不同种类的就业岗位数。 在交通产生过程中，应用不同的模型预测发生量和吸引量，这就不可避免的导致交通区域内的发生量与吸引量并不一致。为了弥补这一点，TransCAD软件应用平衡模型使发生量和吸引量相等，如图2所示。 图2 TransCAD软件中交通发生量与吸引量的平衡功能 3 交通分布 交通分布模型用于预测交通区起讫点之间交通出行的空间分布形式。TransCAD软件提供了大量工具用于交通分布预测，包括改善的增长系数法、应用经过标定的重力分布模型、产生摩阻函数以及标定新的模型参数等。 通常在交通分布中，基于预测的未来年发生量、吸引量以及OD矩阵的预测阻抗函数可以预测出一个新的流量矩阵。在城市交通规划中，交通分布的预测方法主要有两种：增长系数法（包括双约束增长系数法）与重力模型法。重力模型是应用最广泛的交通分布模型，这种模型明确了交通区之间的出行量与出行阻抗之间的关系。TransCAD软件的重力模型中，典型的输入包括一个现状流量矩阵、一个反映交通区之间距离、时间或出行耗费的阻抗矩阵以及预测年的发生量与吸量。重力模型明确地将交通区之间的流量与阻抗联系起来 3.1 阻抗 许多不同的阻抗可以用于表明任意两个交通区之间出行的耗费程度。通常所用的阻抗是出行时间、出行距离或出行费用，也可以是这些耗费的不同组合。对于TransCAD软件来说，阻抗必须是一个交通区到交通区的矩阵，并且该阻抗矩阵很容易通过