土木工程及力学学院交通规划实验报告

./成绩土木工程与力学学院交通运输工程系实验报告课程名称：城市交通规划实验专业：交通工程班级：交通工程1301班学号：U201315802姓名：郑康康指导教师：邹志云职称：教授时间：2016.06目录第一章概述11.实验背景12.实验目的13.实验意义24.实验环境25.实验内容3第二章实验操作步骤31.路网和小区的建立32.路网与小区的导入53.道路属性输入104.小区编号输入135.建立型心连杆146.计算阻抗矩阵237.OD分布248.OD的导入导出289.建立期望线3010.交通流量分配3111.画出流量图和饱和度图33第三章实验总结35.第一章概述实验背景TransCAD软件是由美国Capliper公司开发的一个完全基于地理信息系统的交通规划软件。TransCAD与其它的交通软件不同,它集GIS与交通模型与一体,而且它的功能相比更加齐全,特别是它提供了四阶段交通预测模型,这给交通规划工作带来很大的方便。TransCAD对预测路网复杂,交通影响因素多的路网交通量,具有直观、效率高的特点。是世界上使用最广泛的交通规划和需求预测软件。AutoCAD软件是美国Autodesk公司开发的一种通用计算机辅助设计软件,在工程技术辅助设计领域有着极高的使用率。随着计算机技术的发展,AutoCAD在道路工程设计中的重要性和便捷性已逐渐被人们认可。实验目的1.熟悉掌握TransCAD的基本操作和交通需求分析；2.掌握研究区域的交通网络设计、社会经济指标、交通需求预测、交通状态评估等方法；3.掌握《城市交通规划》的理论知识和技术方法；4.增强学生实践动手和自主创新能力,为将来投入该领域的研究和开发奠定一定的基础。实验意义TransCAD软件是世界上使用最广泛的交通规划和需求预测软件。因此,作为交通规划专业的学生,必须学会利用该软件进行交通规划和需求预测,这不仅是现在学习的需要,更是将来从事交通类工作的需要。计算机绘图的趋势要求道路与桥梁工程等土木类专业学生必须要学习并熟练掌握使用AutoCAD绘图的相关知识和操作技能,这样才能跟上当今土木工程的设计潮流。本实验是在交通流数据采集的基础上,完成对象区域的交通网络设计、交通量的统计分析,交通需求预测、交通状态评估等任务。培养我们深入掌握《交通规划》的理论知识和技术方法,满足交通规划、路网设计、交通管理、智能交通等相关工程领域对我们学生具备交通数据采集和分析、交通需求预测及分析、交通网络制作、TransCAD〔主要、AutoCAD等专业软件操作或计算机等基本技能和素质要求,增强我们的实践动手和自主创新能力,为将来投入该领域的研究和开发奠定一定的基础。实验环境PC机,TransCAD软件。实验内容1.TransCAD的基本操作地图操作、主题图操作、选择操作、数据操作、矩阵操作、网络操作2.研究区域路网、交通小区构造及其计算机描述整理出包括如下内容的路网基本信息表。路段编号起点终点长度〔Km车速〔km/h车道数<条>通行能力<pcu/h>道路名称3.出行生成预测4.出行分布预测5.方式划分预测6.交通分配预测7.交通运行状态评估根据分配得到的交通量,分析道路网络存在的问题及改善建议。第二章实验操作步骤路网和小区的建立分别建立主干路,次干路,支路,小区等图层,用多段线命令在CAD中构建路网,道路要在交叉口处断开,其他地方不要断开；交通小区应闭合；分清楚图层并保存为R12的dxf格式。主干路、次干路、支路分别为三个图层,大致遵从与主干路连接的为次干路,地域偏远流量较小的地区设置为支路的原则,将相应的小区划分为这三个等级,并画在相应图层上,然后将这些路网划分交通小区,小区要闭合。本次试验中我在CAD中所绘制的路网图中道路分为主干道、次干道、支路三个等级,分别位于不同的图层,且用不同的颜色作区分。路网的示意图如下图2-1所示：图2-1路网示意图然后绘制交通分区,本次实验的路网以及交通分区的绘制具有随意性,我所绘制的交通分区共有14个,结合路网图如下图2-2所示：图2-2路网及交通小区图〔CAD截图且图层属性如下图2-3所示：图2-3图层属性图路网与小区的导入路网数据要检查,检查路网的连通性,如有错误,在CAD中修改〔少量的可以在TransCAD中修改；建立网络net；导入小区。首先要导入主、次、支路网,打开TransCAD软件,直接将转换后的.dxf文件拖入TransCAD窗口中,选中主、次、直图层,注意输入类型要选中Line,即线要素,如下图2-4所示。图2-4建立路网且坐标系在此处同一选用高斯坐标系,如下图2-5所示：图2-5坐标系选取则在TransCAD中建立的路网图如下图2-6所示：图2-6路网图然后建立net网络,注意要素的选取不能有缺漏,如下图2-7所示：图2-7建立网络net需要注意的一点是,为了统一单位,需要进行基本单位的选取,不然后期的计算结果可能在单位方面出现问题,如下图2-8所示：图2-8基本单位选取然后检查路网中是否有错误节点,无误后即可进行下一步操作。然后即可导入小区,在导入小区环节一定要注意导入选项中Preserveblocksasmulti-polygonareas该选项一定不能选择,不然后期后出现问题,如下图2-9所示：图2-9小区导入参数选择则导入后的小区图如下图2-10所示：图2-10小区图然后,将小区图层导入到路网图层中,即可得到完整的路网图如下图2-11所示：图2-11完整路网图道路属性输入道路根据CAD中的图层分类；添加车速、行程时间〔小数类型、通行能力三个主要参数；根据细化程度分车种输入,本试验中只使用小汽车的属性,参照教程中的数据,本次试验我采用了下表3-1中所示的数据进行道路属性的输入：道路主干道次干道支路通行能力〔pcu/h360024001200车速〔km/h504020表3-1各级道路基本属性参数首先要添加这三种属性,注意通行能力和行程时间的数据类型均默认的整形数值,但行程时间应为小数类型,即Real<8bytes>,如下图2-12所示：图2-12道路属性参数选择按照道路等级分别依次增加主、次、支三种线形要素,如下图2-13所示：图2-13参数添加车速和通行能力均可按照上表进行输入,而行程时间则需要利用距离除以车速求得,如下图2-14所示：图2-14行程时间计算过程由于道路较多,故在此分主干道、次干道、支路的属性分别展示在下图2-15、2-16、2-17中：图2-15主干道道路属性数据图2-16次干道道路属性数据图2-17支路道路属性数据小区编号输入首先增加小区编号属性,数据类型为默认类型,如下图2-18所示：图2-18增加小区编号属性则小区编号输入后如下图2-19所示：图2-19小区编号输入建立型心连杆为了把各个小区的出行量分配砸路段上,给各个小区建立型心连杆。这个过程要在线层和点层中新加元素,且新的元素和旧的元素无差别,通过小区ID连接。首先在Line-Endpoints图层中加入小区ID属性,如下图2-20所示：图2-20增加小区ID属性然后在Line图层也增加小区ID属性,如下图2-21所示：图2-21增加小区ID属性然后在Line-Endpoints层中加入小区编号属性。然后即可建立形心连杆,注意通过小区ID连接,且需要注意的是ID是以小区ID为依据,故应选择IDsfromzonelayer选项,如下图2-22所示：图2-22参数选择则自动生成的型心连杆如下图2-23所示：图2-23自动生成的型心连杆图由于型心连杆可以自动添加也可以手动添加,故在此为了体现功能,选择手动添加一条型心连杆。注意手动添加的型心连杆是没有自动生成小区ID的编号的,所以应该手动输入,本实验中手动添加的型心连杆如下图2-24所示：图2-24手动添加的型心连杆图最短路工具可以检查新建道路的连通性,由于可以检查的节点数过多,在此就举例介绍,如下图2-25所示：图2-26最短路径检查添加型心连杆的属性〔参照支路标准,为了防止经过性交通流取道型心连杆；在Line-Endpoints层建立型心要素,以小区ID>0.1作为筛选条件,如下图2-27所示：图2-27建立型心要素结果如下图2-28所示：图2-28增加型心要素同时在Line层进行相同的操作,结果如下图2-29所示：图2-29增加型心要素对型心要素中的数据进行补充,车速为20,通行能力为1200,行程时间利用公式length/车速*3.6求得,结果如下图所示2-30所示：图2-30型心连杆数据补充然后将小区编号连接到节点的属性中,链接过程如下图2-31所示：图2-31链接建立过程在生成的链接表中,Line-Endpoints:1.小区编号列数值为：zone:1小区编号,结果如下图2-32所示：图2-32链接表则小区编号已经被连接到节点的编号中,结果如下图2-33所示：图2-33链接成果将小区编号导入到节点的属性中,以备后用；计算阻抗矩阵分别采用最短出行时间和最短出行长度作为阻抗矩阵,在此次试验中我选用行程时间矩阵来进行度量。首先,生成距离矩阵,此处命名为SPMAT-L.mtx,矩阵如下图2-34所示：图2-34距离矩阵同时可生成行程时间矩阵,如下图2-35所示：图2-35行程时间矩阵OD分布计算小区未来发生和吸引量,本次试验的OD交通量为虚构数据,在excel表格中直接生成,如下图2-36所示：图2-36OD原始数据导入到TransCAD中的结果如下图2-37所示：图2-37导入DO在zone表格中增加P、A属性,如下图2-38所示：图2-38属性添加在zone表中添加链接,链接过程如下图2-39所示：图2-39建立链接连接表如下图2-40所示：图2-40链接表则可得到链接成果如下图2-41所示：图2-41链接成果打开阻抗矩阵,并且更改矩阵的索引,首先需要添加索引,索引名为小区ID,然后矩阵的行和列均以小区ID为依据,结果如下图2-42所示：图2-42以小区ID为索引的距离矩阵然后进行交通分配,若迭代不成功,可以增大迭代次数数值,也可适当增大目标收敛范围,交通分配结果如下图2-43所示：图2-43交通分配结果矩阵OD的导入导出将OD表导出,建立新的索引,即以小区编号为索引,更改索引后的矩阵如下图2-44所示：图2-44以小区编号为索引的交通分配矩阵将交通分配矩阵保持为.bin文件,然后将分配结果的一维数据保存为.dbf格式的文件,再保存为OD.xsl格式文件,采用VBA编程语言进行后续的操作。在转换生成的excel表格中分别添加OD-out表和OD-in表,采用VBA编程语言进行操作,其中OD-out表中编程代码如下图2-45所示：图2-45OD-out表编程代码最终生成的成果如下图2-46所示：图2-46导入到excel的OD矩阵同时在OD-int中的编程代码如下图2-47所示：图2-47OD-out表编程代码则生成的OD-in的部分数据如下图2-48所示〔数据过多,故展示一部分：图2-48OD-in部分数据然后将OD-in表中的数据导入TransCAD中,可以建立新的矩阵,如果与原来的交通分配的矩阵一致,则说明是正确的。导入结果如下图2-49所示,与原分配矩阵一致,证明OD导入成功。图2-49导入的OD矩阵建立期望线打开以小区编号为索引的OD矩阵,以此为基础建立期望线,可得期望线图如下图2-50所示：图2-50期望线图交通流量分配交通分配预测是指将各个交通分区之间的出行分布量分配到交通网络的各条边上去的工作过程,是交通预测四阶段模型中的最后一个阶段。交通分配通常采用Wardrop提出的用户平衡模型以及系统最优模型。本次课程设计中,采用用户平衡模型对交通量进行分配。打开重力模型分配的OD矩阵,并把矩阵的索引更改为节点的ID,更改后的矩阵如下图2-51所示：图2-51以节点ID为索引的OD矩阵进行交通量分配,然后代开分配后保存的文件,增减VC属性,数据类型为小数型,即Real<8bytes>。把两个表连接到一起,计算饱和度。建立链接,如2-52所示：图2-52链接参数设置在链接表中计算饱和度V/C,部分数据如下图2-53和2-54所示：图2-53饱和度计算图2-54饱和度计算画出流量图和饱和度图由软件生成的流量图如下图2-55所示：图2-55流量图分配量图如下图2-55所示：图2-56分配量图饱和度图如下图2-57所示：图2-57饱和度图若路网饱和度在合理范围内,不必再继续调整路网；若仍有部分路网饱和度过大,则仍需继续优化道路网络。〔由于只是分配小汽车交通量,考虑还有其他交通方式在道路上的分配,因此小汽车的最大的饱和度最好不要超过0.8根据饱和度图,调整现状路网。具体的措施包括：提高道路等级和道路通行能力、或者新建道路。第三章实验总结通过利用TransCAD软件进行交通网络规划,我对道路同网络规划的流程有了进一步的了解。在试验过程中,面对全英文的软件界面,的确感觉到有些许的不适应。在老师讲解完基本操作后,没有经过具体实践的我还是有些似懂非懂。好在后期我们还有很多的自己动手操作的时间。刚开始进行实际操作的时候,基本上就是照着教学视频一步一步来,因为第一次做,所以一昧追求速度,有些不懂、不理解的步骤也只是机械地按照教程来做,具体为什么不管,花了多半个下午的时间,也基本上把整个流程过了一遍,但回想一下,基本上还是什么都不会。所以还是老老实实重新来做,遇到不懂的步骤,先在教学PPT上找原理,实在不懂,再请教