CUBE 软件在宏观交通仿真系统中的应用

王克红 赵 磊

（河北工程大学 硕士研究生，河北 邯郸 056038）

1 引言

城市交通规划作为城市规划的重要组成部分，对解决城市交通问题、保障城市可持续发展显示出越来越重要的作用。宏观交通仿真作为城市交通规划方案评价与分析的重要手段，已在国内外得到广泛应用。本文利用国际上广泛使用的CUBE/TRIPS 仿真软件建立某市宏观交通仿真系统，对该市现状路网和规划路网进行宏观交通仿真分析和评价。

2 CUBE/TRIPS 软件介绍

CUBE 是由美国Citilabs 公司开发的产品，是一套卓越的交通模拟与规划软件系统。CUBE的核心是与微软视窗相似的界面Cube Base。Cube Base 将CUBE 系统中的其他软件整合成一套易用的建摸与分析工具。Cube Base 的主要优点之一是它能与当今最流行的地理信息系统软件ArcGIS 直接衔接。Cube 包括软件有：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观交通规划软件；可用于小汽车、公交车、轨道交通、摩托车、自行车以及行人等的流量预测。Cube在世界近40多个国家的研究机构、高等院校、咨询公司等部门中得到了广泛的应用。

CUBE/TRIPS 支持完整的四阶段交通规划模型。它是以一系列相互独立的功能模块为基础进行的集成，每一个独立的程序模块都具有其特定的功能，并且相互间在数据传递上具有继承性。在交通建模过程中，用户可以灵活地组合各个功能模块来完成具体的交通建模工作[1]。下面主要介绍CUBE/TRIPS 软件的交通需求预测模型[1]：

出行生成，预测研究区域内小区出行生成量和吸引量，软件主要提供回归分析模型、类别分析模型、层次回归分析模型等；

出行分布，预测小区间出行的空间分布，软件提供的有增长率法(包括固定增长率、单约束增长系数、Fratar 法)或重力模型(模型中阻抗函数通常采用指数函数、幂函数和gramma 函数)，计算未来OD 矩阵。预测各小区之间的出行分布特征；

方式划分，预测交通出行在各种交通模式中的分担情况，软件提供的函数包括转移曲线法、不同形式的Logit 模型等；

交通分配，主要是计算路网分配交通量，软件提供了如最短路、多路径、动态多路径、容量限制方法等。在分配过程中，软件可以实现路径建立、路径搜索、流量加载、路阻函数修正等功能。并且在每个阶段都形成单独的报告文件。可以根据研究的需求灵活选用[2][3]。

交通影响分析的“四阶段”预测方法，应用CUBE／TRIPS 软件，可以进行比较细致而又合理的交通规划和预测分析。

3 CUBE/TRIPS 软件建模

采用CUBE／TRIPS 建模，采用交通量需求预测四阶段法，首先要对建立的模型有整体性把握。建模的基本思路是：首先，用软件的矩阵推算模块，把交通调查所得到的机动车出行数据与核查线交通量调查数据进行校核，得到了校核后的O-D 矩阵。其次，把得到的校核矩阵作为基本数据传入CUBE／TRIPS 软件的需求生成模块进行分析，从而得到了出行发生总量与吸引总量。然后，通过CUBE／TRIPS 软件的出行分布模块，把总的吸引量和发生量转换成小区之间的O-D 量，进行方式划分，最后利用TRIPS软件的出行分配模块，把各种出行方式的空间O-D 量分配到具体的交通网络上[4]，最终得出分配结果。预测流程如图1 所示。

宏观模型主要分为四个部分，分别是供应模型、需求模型、分配模型和分析模型。

图1 路网建立及路径建立流程图

3.1 供应模型

该部分主要任务是建立供应模型使用的路网、小区划分及输人调查交通量并建立核查线。在CUBE／TRIPS 中，通过应用MVNET 模块检查绘制路网生成模型中存在问题的道路，如，未连接上的路口等，让用户很快的知道。在使用MVNET 模块时，需在参数中设置“NE-WVOL”，为建立的路网加入流量字段，并在流量字段中添加调查的交通量，如道路通行能力，设计车速等。

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；软件中的MVMODEL 模块直接将Excel 中的出行生成模型的计算结果导人模型中。用ME 模块进行OD 反推，建立该模型需要输入的数据，标定的出行分布函数参数等，根据宏观仿真分析的特点，其需要输入的数据主要有费用矩阵、核查文件、各分区发生吸引量和分区间的路径文件。软件用MVGRAM模块来实现出行分布模型，该模块提供的三种模式分别对应三个功能：a)标定参数模式；b)重力模型模式；c)增长率法模式。宏观路网仿真中的交通分布可采用重力模型法。根据反推的现状OD 矩阵，应先进行重力模型参数的标定。由于交通分布需要的初始OD 矩阵和未来年发生的吸引量已在前面的模型中得到，所以只需连接到模块上即可。

3.3 分配模型

分配模块主要是通过MVHWAY 模块将预测的OD 矩阵分配到路网中，得到路段的交通量。

3.4 分析模型

分析模型主要是对分配结果进行图形分析和对路网服务水平的变化进行分析。采用CUBE／TRIPS 中提供的图形分析模块，可以绘制各种分析图表来形象的表示结果，如道路负荷图，路网速度图，交叉口流量流向图等。

4 实例

4.1 某市交通现状仿真

采用CUBE 软件对现状路网进行分析，得到道路的负荷度图和现状道路速度图如图2 和图3 所示。

图2 现状道路负荷度图

图3 现状道路速度图

由道路负荷图可知：该市断头路太多；路网密度不均匀，总体呈现中心密，四周疏，造成四周的道路负荷度高；部分主、次干道道路通行能力过低等原因导致该市现有的大部分道路负荷度高。该市主要商业区大都位于老城区，区内路网结构不合理，道路窄，交叉口多且间距短，严重影响道路交通的畅通；而处于主要商业区的主、次干道都是城市的干路，承担着大量的城市过往交通，自身的交通负荷已比较高，同时又地处商业繁华区，区内比较高的出行产生和吸引，大量的汇入和离去交通严重干扰道路上的交通流，大大降低了道路的通行能力。这一方面需改善路网结构，增加连接区与区之间的干道；另一方面需要进行有效的分流，减轻道路的交通负荷。

4.2 未来年(2010年)规划路网仿真

针对现状道路通行能力的不足，采取交通流量不变，改变道路网如：将通行量大的断头路连接到附近的主次干道上，将工业区，汽车站等吸引的交通量分流到通行能力大的环城路上；并对商业密集区及附近的道路进行拓宽处理；

对处理后的未来年2010年进行出行生成、交通分布、方式划分、交通分配预测仿真，其路网负荷度、速度分配分别如图4 和图5 所示。

从模拟结果看出，改进后的路网通行能力有了明显的提高，主干道的负荷减小。

图4 2010年宏观预测道路负荷度图

图5 2010年宏观预测道路速度图

5 结论

本文参考交通规划四阶段模型及其相关理论，初步利用CUBE／TRIPS 软件建立一套城市宏观交通仿真系统模型。该模型仿真结果可以为某市交通规划和交通管理提供参考。但由于相关数据调查工作量较大等原因，对于公共交通及自行车等其他交通方式本文未作详细分析，有待进一步深入研究和验证。

[1]杨涛等.CUBE／TRIPS 软件及其在交通影晌分析中的应用[J].交通与安全,2006,2(4):20-25.

[2]杨兆升.交通运输系统规划[M].人民交通出版社,2004,9.

[3]吴春雷等.基于TransCAD 软件的交通影响分析方法[J].交通与计算机,2008,3(26):79-82.

[4]刘敬青.城市交通规划软件包(TRIPS)应用与思考[J].城市交通,1999,11(2):37-39.