（交通运输规划与管理专业论文）基于GIS的城市交通需求分析系统的构建与应用.pdf

摘要 摘要 传统的交通需求预测软件其应用重点在于建立和求解复杂的交通需求预测模型，对于数据、模 型和结果表示之间的有机联系以及与交通密切相关的空间关系数据的表示和分析则显得不足。g i s 技术凭借其强大的空间数据管理能力、空间分析能力和数据的可视化输出能力已经成为了辅助城市 交通需求预测的最有力的工具 本文的研究目标是以交通需求预测模型为基础，利用最新的g i s 组件式软件a r c g i se n g i i l e 和面 向对象的集成开发环境v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ，开发出基于g i s 的城市交通需求分析系统，实现g 1 s 功能 和交通需求预测模型的结合，为数据管理，数据查询选择、空间分析、交通需求预测和可视化表达 提供一个一体化的平台在g i s 技术支持下，系统可大大减小信息利用难度以及交通需求预测的工作 强度 论文从基于g l s 的城市交通需求分析系统开发的背景和意义出发，首先介绍了国内外地理信息系 统( g i s ) 和交通地理信息系统( g i s - t ) 的研究概况。接着。介绍了常用的交通生成预测模型和交 通分布预测模型并为系统选择实用有效的交通需求预测模型在此基础上，论文进行了城市交通 需求分析系统的总体设计，提出了城市交通需求分析系统的功能模块框架。论文基于g e o d a l a b a s e 数 据模型设计了交通需求分析系统数据库的基本框架，并根据蚌埠市的土地利用、居民出行等方面的 具体资料建立了蚌埠市交通需求分析数据库。论文还详细阐述了系统的实现过程并结合蚌埠市的交 通需求分析数据库来验证系统的可靠性、准确性和实用性最后，论文总结了主要的研究成果并对 系统的进一步研究进行了展望 交通地理信息系统的建立，是城市交通领域内的新课题，是城市智能交通系统发展的迫切要求 2 1 世纪是全球城市化、信息化的世纪，城市信息化水平的高低将直接决定交通地理信息系统的发 展和应用前景随着g i s 及其相关技术的不断发展，交通地理信息系统在我国将会有很大的发展空间， 必将成为解决城市交通问题的重要途径和手段在城市社会经济发展中发挥日益突出的作用 关键词：g i s ，g i st ，交通需求预测模型。城市交通需求分析系统 a b s t r a c t i nt h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s t ，t h ek e yp o i n to ft h et r a d i t i o n a ls o f t w a r ea p p l i c a t i o ni st o e s t a b l i s ha n ds o l u t et h ec o m p l e xt r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s tm o d e l t h co r g a n i cr e l a t i o nb e t w e e n 出t a m o d e la n dr e s u l te x p r e s s i o na sw e l la st h ee x p r e s s i o na n da n a l y s i so fs p a t i a ld a t at h a ti sr e l a t et o t r a n s p o r t a t i o na r en o ts o f f i c i e n t t h e0 i st e c h n o l o g yh a sb e a x ) n l ct h em o s tu s e f u lt o o lo fa s s i s t i n gt h e u r b a nt r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s tb e c a n s co fi t sp o w e r f u ls p a t i a ld a t am a n a g e m e n ta b i l i t y , s p a t i a l a n a l y s i sa b i l i t ya n dd a t av i s i b l eo u t p u ta b i l i t y t h ea u t h o rc o m m i t sh e r s e i ft ot h ed e v e l o p m e n to fg l s b a s e du r b a nt r a n s p o r t a t i o nd e m a n da n a l y s i s s y s t e m ( u 玎) a s ) u s i n ga r c g i se n g i mt h a ti sn e w e s tc o m p o n e n t s0 i sa n dv i s u a ls t u d i o2 0 0 5t h a tj s o b j e c t - o r i e n t e di n t e g r a t e dd e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t u t d a st a k e st h et r a n s p o r t a t i o od e m a n df o r e c a s t r o o d e la saf o u n d a t i o na n dr e a l i z e st h eu n i o no fg i sf u n c t i o na n dt r a n s p o r t a t i o nd e m a n dl b r e c a s tm o d e l , w h i c hp r o v i d e sa ni n t e g n t e dp l a t f o r mf o rt h ed a t am a n a g e m e n t , t h ed a t ai n q u i r y , t h es p a t i a la n a l y s i s , t h e t r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s ta n dt h ev i s m l te x p r e s s i o n 晰mt h es n p p o r to fg 塔，u t d a s 掣龃t l y r e d u c e sd i f l i c u l t vo fi n f o r m a t i o nu s ea n dw o d o a do ft r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s t f i r s t l y , a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n tb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fu t d a s 1 h ea u t h o rd e s c r i b e s t h er e s e a r c hs i t u a t i o n o f g e o g r a p h i c i n f o m m t i o ns y s t e m ( g i s ) a n d t r a n s p o r t a t i o n g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s - t ) a th o m ea n da b r o a d n e n , t h ea u t h o ri n t r o d u c e st h ec o m m o nt r a n s p o r t a t i o ng e n e r a t i o n f o r e c a s tm o d e la n dt r a n s p o r t a t i o nd i s t r i b u t i o nf o r e c a s tm o d e la n dc h o o s e st h ea p p r o p r i a t et r a n s p o r t a t i o n d e m a n df o r e c a s tm o d e lf o ru i d a s i ns u c c e s s i o nt h eo v e r a l ld e s i g no fl y i d a si sc a r r i e do u t , w h i c h i n c l u d e st h ed e s i g no ff u n c t i o nm o d u l ef r a m e b a s e do ng e t a | a t s b a s e 出l am o d e l t h ea u t h o rd e s i g n st h e b a s i cf r a m eo ft r a n s p o r t a t i o nd e m a n da n a l y s i ss y s t e md a t a b a s ea n de s t a b l i s h e st h es e n g b ut r a n s p o r t a t i o n d e m a n da n a l y s i sd a t a b a s ea c c o r d i n gt ob e n g b ul a n du t i l i z a t i o n , i n h a b i t a n tt r i ps u r v e yd a t aa n ds oo n o n t h i sc o n d i t i o n ，t h ea u t h o ra c c o m p l i s h st h ed e v e l o p m e n to fu t d a s ，a n dc o m b i n e sw i t ht h eb e n g b u t r a n s p o r t a t i o nd e m a n da n a l y s i sd a t a b a s ct ov a l i d a t et h er e i i a b l l i t y , t h ea c - u r a c ya n dt h eu s a b i l i t yo f u t d a s i nt h ee n d , t h ea u t h o ra n m m a l i z c $ t h em a i nr e s e a r c hr e s u l t sa n dp r e s e n t sap r o s p e c to nf l l n h e r r e s e a r c h t h ee s t a b l i s h m e n to ft r a n s p o r t a t i o n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mi s an f wt a s ki nt h eu r b a n t r a n s p o r t a t i o nd o m a i n ，a n dw h i c hi sa l s ot h eu r g e n tn e e do fu r b a ni n t e l l i g e n c et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m d e v e l o p m e n t t h e2 1 s tc e n t u r yi sap e r i o do fu r b a n i z a t i o na n di n f o r m a t i o n ，t h eu r b a ni n f o r m a t i o nl e v e l w i l ld e c i d et h ed e v e l o p m e n ta n d a p p l i c a t i o np r o s p e c t o ft r a n s p o r t a t i o n g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m a l o n gw i t hg i sa n d i t sc o r r e l a t i o nt e c h n o l o g yu n c e a s i n gd e v e l o p m e n t ，t h et r a n s p o r t a t i o n g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e mw i l lh a v eb r o a dd e v e l o p m e n ts p a c ei no u rc o a n t r y , a n dw h i c hw i l lb e c o m e t h ei m p o r t a n tw a ya n dm e t h o do fs o l v i n gu r b a nt r a n s p o r t a t i o nq u e s t i o n s o ，t r a n s p o r t a t i o ng e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e mw i l lp l a ya l li m p o r t a n tr o l ei nt h eu r b a ne c o n o m yd e v e l o p m e n t k e y w o r d s ：g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) ：t r a n s p o r t a t i o n g e o g r a p h i c i n f o r m a t i o n s y s t e m ( g i s - t ) ：t r a n s p o r t a t i o nd e m a n df o r e c a s tm o d e l ；u r b a nt r a n s p o r t a t i o nd e m a n da n a l y s i ss y s t e m ( u t d a s ) 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：必 日 期：塑呈查2 旦盥 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：型立互导师签名： ijt 辱 日 期： 霉 第一章绪论 1 1 研究背景和意义 第一章绪论 城市交通是社会产业赖以生存发展的基础条件，是城市社会活动、经济活动的纽带和动脉。自 2 0 世纪8 0 年代初开始，我国的城市化进程和经济得到了较快的发展，与此同时，城市交通发展水平 也取得了较大的提高。然而，由于城市交通的发展不能跟上我国城市化水平和社会经济的发展步伐， 许多大中城市的交通问题也因此变得日益严重。它一方面严重地困扰着城市居民的生活和工作，另 一方面又直接制约着社会经济的发展，城市交通问题已经引起了社会的广泛关注 城市交通规划作为从根本上解决城市交通问题的有效手段，2 0 世纪8 0 年代后在我国逐渐被重视 起来。一个科学合理的交通规划能够使未来的交通适应社会经济发展使交通投资获得最佳效益， 因而制定科学合理的、符合我国城市特点及其发展规律的城市交通规划，对城市交通建设和城市交 通综合治理起到决定性的作用。交通规划首先就是要在现状交通调查的基础上准确地预测未来规划 年交通的出行情况，这是后面提出规划设计方案的基础因此，交通需求预测在交通规划中起着关 键的作用，交通规划方案的成功与否在很大程度上取决于交通需求预测 目前，交通规划数据的收集、管理与分析表达是脱节的。对于交通规划数据的处理，常用的方 法是：数据库系统储存数据，表格化管理。人为抽取相关数据运用于分析这种方法存在下述不足 之处l “ 一 ( 1 ) 城市交通规划空间数据的管理，维护繁琐，数据更新的周期长，准确性和实时性差 城市交通规划数据量非常大，以往的做法是将属性数据存储在数据库中，用抽象的编码和相应 数据表示- 将空间数据用纸质地图或c a d 图来保存。这种做法使空间数据的管理、维护都很繁琐，数 据更新的周期长，难以适应交通规划数据频繁变动的特点，不能保证交通规划所需数据的准确性和 实时性 ( 2 ) 空问和属性数据的联系不够紧密，难以对两者同时进行分析，无法进行空间分析 在交通规划的传统规划手段中规划地理实体的属性数据和表示规划地理实体地理位置的空间数 据缺乏联系。单纯用数据库来管理属性数据，只能对属性数据进行常规的关系查询分析，而对于数 据中隐含的重要空问信息却无法进行分析，无形中浪费了很多宝贵信息资源 ( 3 ) 缺乏空间分析技术的支持，交通评价指标计算和空间分析过程繁杂 传统方法中交通规划的空间数据用纸质地图或c a d 图存储，属性数据大多单独存储每一项内容、 每一个交通小区均各成一表，数据调用的工作量极大，这就导致对于交通规划中常用到的交通评价 指标计算和空间分析中大部分工作由交通规划人员手工完成，计算繁杂，交通规划人员劳动强度极 大 ( 4 ) 数据分析和结果表达分离为两个步骤 传统交通规划方法中数据分析和结果表达分离为两个步骤，交通评价分析结果的表达需要规划 者依据模型数据用c a d 或手工再另行绘制，往往难以结合原有的地形、地貌加以分析，既费时费力， 又难以满足数据可读性、可变性的要求，造成对城市及城市交通问题理解的困难。如需调整规划方 案，则绘图工作前功尽弃，造成人力物力的浪费 ( 5 ) 规划过程缺乏可视化表达，难以直观地反映交通现状和规划效果 东南大学硕士学位论文 交通规划的分析过程中，交通特征都是通过表格或数字来表示规划人员难以形成调查数据的 空间概念，不利于交通特征的掌握和对调查数据合理性进行正确判断，也不利于对交通规划效果的 判断。 ( 6 ) 交通规划数据存储分散，造成数据的冗余和不一致 在有些交通规划部门交通规划的属性数据分散存储在多台计算机中，数据往往被重复存储， 这就容易造成数据存储的不一致，造成交通规划分析的错误 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称g i s ) 是近年来发展起来的存储地理信 息最为有效的技术之一，综合了地理学、系统科学、信息科学、计算机科学等多学科的成果，是一 个以地理空间数据管理为基础的计算机软硬件系统。它以图形图像与属性数据管理及模型分析为基 础，获取、存储、检索、分析和显示各种空间动态信息，将具有空间特征的信息可视化，为信息的 使用者提供更为直观、清晰的表达形式。并具有很强的空间分析能力4 1 。因此，利用g i s 来收集、存 储、管理、分析和处理交通规划数据是一种新手段，能够解决传统交通规划数据处理所存在的问恿 交通规划的交通需求预测过程，需要处理的数据量往往很大且和地理空间位置有关，采用的数 学模型很复杂，预测成果或分析结果的表示也要求多样化因此，利用g i s 强大的数据采集，数据管 理、图形显示功能，尤其是空间分析功能。可以很方便的实现上述要求 本文旨在进行g i s 系统开发相关技术的研究，在计算机软、硬件技术支持下，开发出基于g i s 的 城市交通需求分析系统，并组织蚌埠市交通需求预测的相关数据。应用该系统进行蚌埠市交通需求 预测。以此来验证该系统的可靠性、准确性和实用性。基于g i s 的城市交通需求分析系统以交通需求 预测模型为基础，实现了数据、模型和结果表示之间的有机联系以及与交通密切相关的空间关系数 据的表示和分析。它是g i s 技术在交通领域的延伸，是g i s 与交通需求预测技术的集成，能够为城市 交通规划提供技术支持，该系统的应用实施，对解决日益突出的城市交通问题。实现城市社会经济 的可持续发展具有重要意义 1 2 国内外研究概况 1 2 1 国外研究概况 1 9 6 3 年，加拿大测量学家r t o m l i n s o n 首先提出了地理信息系统的概念，并建成世界上第一个g i s ( 加拿大地理信息系统c g i s ) 用于自然资源的管理和规划。八十年代，随着计算机其他方面技术的 成熟，地理信息系统得到了较大的发展，也得到了非常广泛的应用，地理信息系统不再只单纯地应 用在与地图相关的领域中，而应用于与国计民生密切相关的领域，地理信息系统在国民经济建设中 扮演着越来越重要的角色这时，较为成熟的地理信息系统软件业应运而生，许多国外厂家推出了 地理信息系统产品，如e s r i 公司开发的基于拓扑结构的a r c i n f o ，美国m a p i n f o 公司开发的基于 w i n d o w s 的m a p i n f o 等p j 。9 0 年代以后，地理信息系统己成为许多机构必备的工作系统，尤其是一些 政府决策部门，由于受地理信息系统影响而在一定程度上改变了现有机构的运行方式、设置与工作 计划等。社会对地理信息系统认识普遍提高，需求大幅度增加，从而导致地理信息系统应用的扩大 与深化【6 l 。 在交通领域原有的多种交通信息处理技术与地理信息系统相融合，逐渐形成功能强大并具有 交通特征的地理信息管理系统( g i s t ) 利用g i s 处理交通信息，具有快速灵活、客观定量和强大 的分析模拟功能等优点，彻底地改变了传统的信息处理方式，使交通规划、建设、管理和运营变得 直观、轻松和高效，可以说它是交通进入数字化时代的标志m 。g i s t 在世界许多国家交通部】得 到了迅速的发展。截1 1 - 1 9 8 9 年为止，世界上有5 7 的国家的交通部门在使用g i s ；在美国，几乎所有 2 第一章绪论 的州的交通和公路部门都在使用g i s t 例 加拿大的亚尔伯他省建立了公路维护地理信息系统，该系统使用专用检测车辆定期检测路面的 平整度和损坏程度等【9 l 。加拿大还应用g i s 成功地完成了在温哥华岛的一条1 2 7 k i n 、4 车道的公路通道 选择和初步设计。在此项目中g i s 很好地解决了项目涉及的环境分析( 包括野生动物、森林、水、土 壤、植被和土地利用等问题) ，公路选址等问题【l u j 。 美国联邦公路署1 9 9 2 年建立了基于g i s 的交通运输网络规划数据库n h p n ( n a t i o n a lh i g h w a y p l a n n i n gn e t w o r k ) 。该数据库由线状要素数据库、面状要素数据库和点状要素数据库组成，分别 管理诸如美国国道公路网、铁路主干线，1 0 0 万以上人口的城市道路、公路铁路运输设施、重要的 水利设施、主要机场、军事基地等i l “ 美国c a l i p e r 公司推出了舅掘i s 与交通模型于一体的交通规划g i s 软件t r a n s c a d 。它是专门为交通 工程而开发的g i s 软件，能将数字地图、地理数据库管理和图形渲染能力与负责的交通运输规划、统 计分析模型结合起来，能进行交通数据的存贮、显示、管理和分析，并完成交通四阶段规划方法i “ t r a n s c a d 前在国外普遍应用于城市交通规划、综合运输研究等领域与其他交通规划软件包相比 t r a n s c a d 尤其突出的特点是拥有功能强大的地理信息系统( g i s ) 和二次开发语言g i s d k ，能够方便 的编辑、显示、查询有关道路网、土地利用等大量的地理信息，还可以二次开发用户的g i s 应用系统 1 2 2 国内研究概况 我国地理信息系统的技术开发和应用研究起步较晚。1 9 8 7 年底由国家计委和中国科学院建立的 资源和环境国家重点实验室标志着我m g i s 技术和应用研究的起点，并先后从事了资源与环境信息系 统国家规范研究、区域管理信息系统数据分类与编码规范化研究等，并开发出国产l i a p g i s 地理信息 平台 在城市规划领域，1 9 8 8 年初就有人提出建立空间型城市信息系统( u g i s ) 。由世界银行贷款的三 个中等城市洛阳、长沙和常州的项目中建立城市规划管理信息系统是我国城市地理信息系统发展的 一个起点 i i g i s 技术被广泛地应用于城市资源、环境、道路、交通、房地产、公用事业、市政工程以及城 市人口和社会服务如医疗卫生、公共安全、城市减灾、防灾等城市规划、建设和管理的各个领域。 到目前为止，已有北京、上海、大连、广州等十多个城市几十个项目己经完成或正在进行。这些项 目多集中于城市规划管理和城市综合管线管理等领域，例如，北京市地下管网信息系统，北京市城 建局应用m a p l n f o 开发的北京市公交信息管理系统，广州市城市规划局开发的广州市城市总体规划信 息系统( g i j m p i s ) ，襄樊市用m a p g i s 开发的襄樊城市规划管理辅助信息系统。但g i s 在城市交通规划 和交通工程方面的应用还处于发展阶段i 2 - 3 】 澳门地面交通地理信息系统主要应用于交通设施数据的存贮、管理、查询以及简单的分析。系 统利用g i s 技术将地理图形信息与其相应的附属用户信息结合在一起，对交通基础设施、公交线路、 停车场站等信息进行管理并且在6 i s 空间分析的支持下，具有路径分析等分析功能，用以辅助决策 支持“2 1 。 国家计委综合运输研究所开发的城市道路网地理信息系统( g i s 与t r i p s 集成) ，以及建设部城 市交通工程技术中心开发的t r a n s o l u t i o n 等交通规划系统基于g i s 平台( 或者是基于交通规划专业 g i s 软件) ，既能应用于交通规划基础数据的日常管理，也能实现交通模型的建立和进行交通模型分 析。实现交通规划过程。这类系统或者是在g i s 平台上直接开发交通需求分析软件。或者是与交通规 划软件包建立趣好的数据接口，两者之间实现数据格式的相互转换，从而进行交通模型的建设和运 用【1 2 1 。 3 东南大学硕士学位论文 中国城市规划设计研究院研制开发了。g i s 支持下交通需求分析软件”，该软件将g i s 与交通分 析相结合，将g i s 直接应用于城市交通规划；东南大学交通学院对g i s 在公路网规划中的应用研究方 面作了一些工作，并在安徽省公路网规划中进行了部分研究成果的成功实践已实现了一般商业规 划软件所不能实现的图上作业( 路网的修改和调整) 、直观显示和统计路段信息及交通量等功能“ 从目前国内的情况看尽管g i s 技术己经被引入到城市交通规划领域，有些城市还作了一定数量 的工作，但其应用的广度和深度还远远不够。它们或者是停留在简单的数据管理和图形显示上，或 者是偶尔地应用到g i s 的某些分析功能，但对于基础信息的系统分析和管理还缺乏深入的研究，如缺 乏对历史数据的存储和预测分析，对城市用地性质、开发强度等城市规划数据的管理与分析以及 在利用交通规划数据实现。四阶段法”交通规划过程中缺乏交通生成( 产生、吸引) 预测的具体方 法等 1 3 研究目标 传统的交通应用软件侧重于复杂的城市交通数学模型的建立和求解，对数据、模型和结果表示 之间的有机联系以及与交通密切相关的空间关系数据的表示和分析则显得不足一些交通分析常常 费时费力，数据得不到很好的利用，而且直观可视性也不强，直接影响了规划水平g i s 技术以其强 大的图形处理和空间分析能力，已经成为辅助城市交通规划的最有力的工具 本文的研究目标是以交通需求预测模型为基础t 利用最新的g i s 组件式软件a f c g 塔e n g m e 和面 向对象的集成开发环境v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 ，开发出基于g i s 的城市交通需求分析系统，实现g i s 功 能和交通需求预测模型的结合，为数据管理、数据查询选择、空间分析、交通需求预测和可视化表 达提供一个一体化的平台 1 4 研究内容 本论文研究g i s 在交通需求预测过程中的应用，对基于g i s 的城市交通需求分析系统进行了开 发尝试主要研究内容如下： ( 1 ) 系统总体设计 城市交通需求分析系统的总体设计是系统功能实现的基础。系统总体设计首先必须明确系统的 定义以及系统的设计原则；接着应分别对现有的g i s 应用系统的开发模式、g i s 组件式软件、开发 环境进行对比分析确定系统的开发模式和软件平台；最后应根据系统的定义提出系统的功能模块 框架 c 2 ) 系统数据库的设计和构建 在g i s 应用系统中，空间数据库是其核心和基础。空间数据库设计和构建的是否合理、高效、 稳定、安全，将直接影响到g i s 应用系统的水平及成效。城市交通需求分析系统采用a r c g i s 提供 的新一代g i s 空间数据模型g e o d a t a b a s e 来存储和管理相关的空间数据。系统数据库的设计就是决 定数据库中存储哪些数据，如何表示和组织各种数据。系统数据库的构建就是根据设计的系统数据 库基本框架基于城市的土地利用、居民出行等方面的基础资料来建立系统数据库，为城市交通需 求分析提供数据基础。 ( 3 ) 系统功能实现 根据确定的系统开发技术路线系统采用v i s u a ls t u d i o2 0 0 5 开发平台和a t c g i se a g i n e 9 2 组件式软件对系统各功能模块进行了集成开发实现。系统在实现常_ i j = i 的g i s 功能如数据查询、数据 4 第一章绪论 选择、数据统计、空间分析、专题图等功能的基础上，进一步实现了交通需求分析的功能。该系统 为交通需求分析提供了一个一体化的平台实现了数据、模型和结果表示之间的有机联系以及与交 通密切相关的空间关系数据的表示和分析。 1 5 论文组织结构 根据论文研究内容按照图1 1 组织论文结构，论文共分为七章。其中，第二章为交通需求分 析模型概述，介绍了系统所采用的交通需求分析模型：第三章为系统总体设计，第四章为基于 g e o d a t a b a s e 的系统数据库设计和建立，第五章为系统的实现：第六章基于蚌埠市交通需求分析数据 库来验证该系统的可靠性、准确性和实用性；第七章主要阐述了本文所取得的主要研究成果以及有 待于进一步完善的研究内容 1 6 本章小结 第一章绪论 j ， l 第二章交通需求分析模型概述 j 第三章系统总体设计 i 第四章基于g d a t a b a 的系统数据库设计和建立 1 j ， 第五章系统的实现 j ， 第六章系统的应用 第七章结论与展望 图1 - 1 论文章节组织结构 本章分析了论文的研究背景以及意义，对国内外研究现状进行了概述并提出了论文的研究目 标，即以交通需求分析模型为基础，和j 用6 i s 组件式软件和集成开发环境开发出基于g i s 的城市交 通需求分析系统。围绕该研究目标，提出了论文的主体研究内容，包括系统总体设计、系统数据库 的设计和构建、系统功能实现。最后，根据研究内容，给出了论文章节组织结构。 5 东南大学硕士学位论文 第二章交通需求分析模型概述 基于g i s 的城市交通需求分析系统是g i s 功能和交通需求分析模型的集成系统，系统管理和处 理交通需求分析需要的数据，利用交通需求分析功能生成预测结果，并以专题地图的形式输出。因 此，构建基于g i s 的城市交通需求分析系统一个关键的问题就是交通需求分析模型的选择，系统应 用的模型不仅要简单实用，还要保证预测结果的准确高效。 城市交通需求预测包含城市客运交通需求预测和城市货运交通需求预测，客运交通需求预测又 包括居民出行预测、流动人口出行预测、对外及过境客运交通预测。城市交通需求分析系统应用于 居民出行预测，受城市居民生产、生活活动多样性和人们出行行为心理复杂性的影响，城市居民出 行预测是一项复杂而困难的工作目前，城市交通需求分析的方法有很多，但是应用最为广泛的还 是经典的。四阶段”分析法即把城市交通需求分析任务分成四个阶段来依次完成：交通出行生成 一交通出行分布一交通方式划分一交通分配。四阶段”分析法的每一阶段都有明确的预测目的， 要实现后一阶段的预测目的，必须依赖前一阶段的预测结果，以之作为后一阶段预测模型的初始数 据 基于g i s 的城市交通需求分析系统只应用于居民出行生成预测和居民出行分布预测两个阶段， 因此，本章旨在为系统选择实用有效的居民出行生成模型和居民出行分布模型，实现g 玲功能和交 通需求分析模型的结合，提高交通需求分析的效率和质量 2 1 交通生成预测模型与方法 2 1 1 交通生成预测常用模型 现行交通生成预测的常用模型包括生成率模型、类别生成率模型、回归分析模型、类别回归分 析模型等【1 4 】 ( 1 ) 生成率模型 该模型的基本思想是：从0 一d 调查中，可得出单位用地面积( 单位人口或单位经济指标等) 交 通产生，吸引量，如假定其是稳定的，则根据未来各交通区的用地面积( 人口数量或经济指标等) 便可进行交通生成预测 生成率模型是最早的交通生成预测模型，其特点是简单、方便，但由于其只能考虑单因素，在 有多个因素影响交通生成时，会有较大的误差，因此，生成率模型只可用于较为粗略的交通生成预 测 ( 2 ) 类别生成率模型 类别生成率模型是考虑对交通产生或吸引影响较大的某些因素，由这些因素组合成有不同交通 生成率的类别。根据现状调查资料。统计出不同类别单位指标的交通产生、吸引量，进而进行交通 生成预测。 类别生成率模型是目前广为采用的交通生成预测模型。它能考虑多个影响冈素。但影响因素过 多、关系复杂时，组合会很多，该模型不适用另外，由于各种组合的生成状况需由现状调查资料 统计得出，因此，当各影响因素的变化较大时，现状调查资料不能反映，此时该模型也不适用 ( 3 ) 回归分析模型 回归分析模型是根据调查资料，建立交通产生或吸引与其主要影响因素之间的回归方程，利用 6 第二章交通需求分析模型概述 所建立的回归方程进行交通生成预测 回归分析模型能考虑交通生成与其主要影响因素之间较为复杂的关系，影响因素的变化可较大， 但其考虑的影响因素只能是连续变量，而且是定量指标。对于非定量指标的影响，回归分析模型则 无法考虑 ( 4 ) 类别回归分析模型 类别回归分折模型的基本思想是：影响交通生成的因素，既有定量因素，也有非定量因素。可 以通过考虑非定量影响因素，将它们组合成不同的类别。对各种类别分别建立交通生成与其它定量 影响因素之间的回归方程，则模型既可考虑定量因素，也可考虑非定量因素 2 1 2 传统的交通生成预测方法的思路和弊端 传统的交通需求预测，在交通出行生成这一关键环节中，一般是按照土地利用一出行生成相关 因素一交通出行生成预测的过程进行。交通出行生成包括交通出行产生和交通出行吸引，因为两者 的影响因素不同，前者以城市居民的社会经济特征为主，后者以土地使用的形态为主，故需将交通 出行产生和交通出行吸引分别进行预测。传统的交通出行生成预测首先把交通出行生成量划分为交 通出行产生量和交通出行吸引量。把居民的出行目的划分为上班、上学，弹性以及回程4 种，进而 根据城市土地利用量化不同出行目的交通出行生成影响因素，具体如表2 - 1 所示【” 1 2 0 1 1 2 2 表2 - 1 居民出行生成相关因素表 出行生成目的相关因素城市土地利用 上班 交通小区劳动力资源数 上学交通小区学生教 出行产生 弹性交通小区人口敦 土地利用性质 回程交通小区非回程出行吸引量 土地利用强度 上班交通小区就业岗位披 土地利用布局 上学交通小区就学岗位数 出行吸引 弹性交通小区土地利用 回程交通小区人口数 根据表2 - 1 的分析，必须先根据交通小区的土地利用将影响居民出行的相关冈素变量定量化， 然后建立交通小区居民不同目的的出行产生量和吸引量与其相关因素变量之间的定量关系，进而根 据规划年的相关因素变量值来推算规划年交通小区居民不同目的的出行产生量和吸引量 长期以来，传统的居民出行生成预测一直比较注重居民出行产生吸引罱与其影响因素之问的关 系，使得预测过程过于复杂。由于考虑了较多影响冈素的定鼙指标，这就要求在具体的规划项目中 收集大量与之相关的数据，不仅调查和统计的工作量大，在量化过程中，很难保证其精度，由此建 7 东南大学硕士学位论文 立的预测模型，也很难保证其准确性【1 州硼“。 2 1 3 基于土地利用的交通生成预测方法的思路及优点 从以上的分析和表2 - 1 可以看出，城市土地利用是城市交通需求的根源。一般来说，不同的土 地利用布局、不同的土地利用性质和不同的土地利用强度对应着不同的交通需求。根据我国建设 部批准的城市用地分类与规划建设用地标准( g 脚1 3 7 - 9 0 ) ，城市用地分为1 0 大类，即居住用地 ( r ) 、公共设施用地( c ) 、工业用地( m ) 、仓储用地( w ) ，对外交通用地( t ) 、道路广场用地( s ) 、 市政公用设施用地( u ) 、绿地( g ) 、特殊用地( d ) 、水域和其它用地( e ) 不同性质的用地对应 着不同的交通需求，也就是说，1 0 类用地单位面积上能够生成的出行量各有差异1 1 7 j 。对于一个特定 的交通小区而言，其区位系数以及内部各类用地面积的不同，直接决定了该交通小区的交通生成量。 基于土地利用的交通生成预测方法是一种便士地利用形态与交通生成直接产生作用的宏观控 制、微观协调的交通生成预测模型首先，从宏观上确定城市居民日出行总量；接着，根据各个交 通小区的土地利用情况，将出行总量分配至各个交通小区基本思路如图2 - 1 所示 图m 基于土地利用的交通生成预测框图 基于土地利用的交通出行生成预测模型简化了传统的交通出行生成预测方法通过城市土地利用 来预测各交通小区的人口分布、劳动力分布、就业岗位分布等过程，直接建立土地利用与交通生成 量之间的关系，实现由土地利用一出行生成相关因素一交通出行生成预测的三步式生成预测方法向 土地利用一交通出行生成预测的两步式生成预测方法的过渡，简化了调查和运算过程 2 1 4 基于土地利用的交通生成预测模型 ( 1 ) 城市居民出行产生总量 城市居民出行产生总量包括非回程出行产生量和回程出行产生量，上班、上学、弹性( 生活、 文化娱乐、公务) 目的的出行都属于非回程出行，在得到上班、上学、弹性( 生活、文化娱乐、公 务) 目的以及全目的的人均出行次数后，结合规划年城市居民总致，就可以得到规划年城市居民全 目的出行产生总量和非回程出行产生总量 g 量目的一r ，全目的 式中；r 觑划年城市居民数 g 名目的城市居民全目的出行产生总量； j 目的规划年居民全目的的人均出行次数； 8 ( 2 - 1 ) 第二章交通需求分析模型概述 g t m a - t x 也蠹+ t x ，上掌+ t x j ，弹性 ( 二2 ) 式中：g i 目程城市居民非回程出行产生总量； j r 上班、j ，上掌，j 0 性规划年居民上班、上学、弹性目的的人均出行次数： g 舀程- 6 垒目的一g = b 爱( 2 - 3 ) 式中：g 音程碱市居民回程出行产生总量： ( 2 ) 城市居民出行吸引总量 单位时间内一个分区的产生量不一定等于其吸引量，但对于整个对象区域而言，单位时间的 产生总量应严格等于单位时间的吸引总量 q 全目的- g 目的 式中：g 叠目的、q 叠目的- 城市居民全目的的出行产生总量出行吸引总量； ( 3 ) 交通小区出行吸引量预测 ( 2 4 ) 根据各类用地的吸引权重、交通小区的区位系数及其内部各类用地的面积就能将城市居民出行 吸引总量分配到各个交通小区，得到各个交通小区的出行吸引量 k m ，岛 小翻咄聃军【k 萃m ，岛j 式中：4 交通小区j 的居民全目的出行吸引量； 五交通小区f 的区位系数； & 交通小区f 第，类用地的面积； m 。第类用地的出行吸引权重： q 全目的城市居民全目的出行吸引总量； ( 4 ) 交通小区出行产生量预测 ( 2 5 ) 非回程出行目的的产生量( 上班、上学和弹性) 一般是由家出行的产生量，回程出行目的的产 生量是非由家出行的产生量。从某种意义上来说，交通小区的由家出行产生量( 上班、上学、弹性) 是由该小区的居住用地面积决定的，交通小区的非由家出行产生量( 回程) 是由该小区的非回程出 行吸引量决定的 我们知道非同程出行吸引量主要为上班、上学、公务，购物、休闲娱乐等目的的出行量，工 业用地、公共设施用地、绿地等非居住用地类型刚好吸引这些目的的出行量。因此可以认为交通 小区的非回程出行吸引量主要是由该小区的各类非居住用地面积及其相应的吸引权重决定的。因此， 9 东南大学硕士学位论文 我们可以按下面的公式来计算各个交通小区的出行产生量 。羲g | 日程 程一 ；4 1 & j 】l ，。 1 一；s o m j 号一号垂目