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1、基于 Excel开发公路交通量预测系统赵新华 丁 伟（江西省交通设计院 江西 南昌 330002）摘 要：针对公路交通量预测工作的现实意义及对软件适应能力的要求，在此要求下基于EXCEL运行环境，自行开发了公路“四阶段法”交通量预测系统，并详细地阐述了公路四阶段交通量预测系统软件的特点。关键词：信息工程；四阶段法；交通量；预测；EXCEL；嵌入式；动态 0 前 言公路远景交通量预测，是确定公路项目建设规模与技术标准的主要依据。因此，在公路工程可行性研究阶段，做好远景交通量预测工作，具有重要的现实意义。“四阶段”交通预测法，系统地考虑了交通的发生、吸引、分布和交通量分配的全过程，是当今最为完善的
2、交通需求预测理论体系，在国内外得到了广泛的应用。但四阶段法在实际应用中，由于各地收集或采集数据的随机性、多样性、离散性，使得信息处理、分析和综合决策十分复杂，往往使得预测过程花费时间较多、难度较大，反复工作量也不小。因此，开发一套专用的符合我国国情的公路“四阶段法”交通量预测软件，显得非常必要。根据我国公路规划设计的实际需求、设计流程和技术人员特点，笔者开发了“公路四阶段交通量预测系统”软件（简称“TAS”），其软件具备以下特点：1 基于Excel 电子表格系统的嵌入式运行和数据管理模式TAS以Excel电子表格系统为支撑，应用VBA扩展Excel系统菜单，并编写“四阶段法”交通量预测的各个子
3、模块，使得数据的输入、编辑、过程处理、结果输出、自动绘图均在Excel环境下实现。这样，TAS不但继承了Excel的制表、分析、绘图等电子表格系统的全部功能，而且与Excel系统共享内存地址空间，执行效率明显提高，操作界面也简洁明了。这种完全基于Excel环境的嵌入式运行和数据管理模式，对数据的整理、分析、处理非常有利，可以方便地应对交通量分析中数据的随机性、多样性、离散性的问题。由于MS Office系统在我国乃至全世界范围内得到了广泛的应用，几乎每一个办公电脑中都装有MS Office系统，几乎每一个人工作中都使用Word和Excel，因此，基于Excel 环境运行的TAS系统，具有较强的
4、易用性和亲和力。如图1所示，TAS在Excel环境下，直接扩展了Excel系统菜单，如“经济分析”、“OD分析”、“集中与发生”、“交通量分布”、“交通量分配”、“转向流量”等菜单。图12 软件功能2.1 满足交通量预测的基本功能TAS系统，按公路“四阶段法”交通量预测的基本思路，在分析项目区域社会经济、路网交通现状和未来发展的基础上，通过交通对经济的弹性分析、OD分布，预测出项目区域间未来交通出行量；在充分考虑预测期内项目区域交通路网发展及其它运输方式对交通量的影响的基础上，通过交通量分配，最终获得路网交通量的预测结果。总体设计流程见图2。图2TAS系统的基本功能包括： 经济预测、OD分析、
5、集中与发生量预测、OD分布、交通量分配。以下分模块介绍TAS基本功能：2.1.1经济预测模块 根据各影响区历年经济统计以及远景规划资料，应用最小二乘法原理，建立社会经济预测模型，通过模型检验选择模型并应用相关模型对未来经济指标进行预测。本模块共提供了9种常用的分析模型，分别是：平均增长率法 Ym+1=Ym(1+p)；一元线性分析法 Y=a+bX；二次抛物线法 Y=a0+bX+cX2；弹性系数法 Y=a X b；龚泊资曲线法 Y=；逻辑斯蒂曲线法 Y=；高次抛物线法 Y=a0+a1X+a2X2+a3X3+amXm；多元线性分析法 Y=a0X0+a1X1+a2X2+an-1Xn-1+an；强度指标
6、法 Y=X0a0X1a1X2a2Xn-1an-1an。本模块通过RefEdit控件进行数据Range构造，输入、预测和结果输出，都是在同一个Excel表中交互完成的，并调用MS CHART控件同步显示图形。2.1.2 OD分析模块 OD分析模块，是根据区域路网内车辆出行的起讫点、车型、货类和实载等OD现场调查资料，利用“串并联”规则进行归纳、汇总，并考虑月、周不均匀系数及昼夜比系数，分析整个项目影响区的车辆出行和货物运输流向，得出基年出行的分车型OD表、行驶效率、车辆分担比例等。OD分析流程见图3。图32.1.3 集中与发生量预测模块 基于交通对经济弹性分析的预测法。通过经济分析预测，并建立交
7、通指标（如：汽车保有量、汽车运输量、汽车周转量）与经济指标（如：GDP、工农业产值）的弹性关系，得出未来各年经济增长率和弹性系数，进而得出未来年交通出行量的增长率，再以基年OD为基数，应用复利计算法，预测各影响区未来特征年的集中量与发生量。集中与发生量预测流程见图4。图42.1.4 交通量分布模块 根据基年OD表及集中与发生量预测结果，运用分布模型进行OD分布预测，生成未来交通出行OD分布表。本程序提供的分布方法有3种，即：平均增长系数法、弗莱特法、重力模型法。平均增长系数法、弗莱特法是把现状OD分布，乘以增长系数，通过反复迭代计算完成。适用于趋势型OD分布的预测。重力模型法引入了路权、集中总
8、量与发生总量的因素，类似于在空间分布的物质间的引力相互作用，它适用于区间出行时间缩短或运输成本降低的情况下的趋势型OD分布和诱增型OD分布。重力模型分布法主要流程见（图5），图中P()、A()、Q(,)分别为发生量、集中量、OD元素， k、为重力模型参数。图52.1.5 交通量分配预测模块 通过运行交通量分配预测模块，可以得到路网交通量预测结果。本模块提供了三种分配方法,即:最短路径分配法、动态容量约束流分配法、动态多路径概率分配法；且每种方法分别提供了三种路权选择，即时间、距离、成本。成本采用广义费用,计算式如下:广义费用 运输成本 运行时间 时间价值 过路费用。最短路径分配法是静态分配法，
9、而动态容量约束流分配法、动态多路径概率分配法考虑了实时的车流量与运输费用的动态变化因素，属动态分配法。以上三种分配方法具体设计流程篇幅较大，在此只给出动态分配法实现的关键流程，见（图6）。图63 结合工程实际应用要求的创新功能TAS系统除了具备 “四阶段法”交通预测中的OD分析、集中与发生量预测、分布预测、交通分配等基本功能和相关经济预测功能外，还结合实际需求，对分析及预测过程进行质量控制，开发了OD矩阵校验、OD期望线图、交叉口流量流向图等实用的创新功能。以下分别介绍：3.1 OD矩阵矫正功能OD调查得到的OD表，由于调查样本受时间、地点、季节、气候的影响，使得按样本分配得到的路网基年交通量
10、与连续观测站观测的交通量数据存在差异，而这种差异通过增长系数的扩大并传递到未来的预测数据，会使得预测结果可信度大为降低。为了提高交通量预测的精确度，对基年OD调查样本进行矫正处理，使得基年分配交通量与现状路网观测交通量一致，就显得十分必要。TAS根据工程实际需求，开发了OD矩阵矫正功能，矫正后的OD表能够与现状路网交通量相符，使得预测结果更趋合理性。表1为某工可项目的OD矫正对比情况，从矫正情况来看，矫正前分配交通量与观测交通量对比差异较大（相差10%以上），矫正后分配交通量相差在3%以内，满足要求。见图6所示。表1 OD矫正对照表OD矫正对比福银高速泊水湖段G206国道龙虎山段G320国道鹰
11、潭段观测站交通量1612722361969校正前分配量1325923841763校正前差值-2868148-206校正后分配量1614322391980校正后差值163113.2 OD期望线图功能交通量预测过程中，在未来特征年出行OD表确定后，需要绘制每个特征年的出行期望线图，以反映未来各交通小区车辆出行愿望的强烈程度。以往此图均采用手工绘制，由于OD分区多，用不同的期望线的宽度代表相应的出行量，绘制起来工作量很大。TAS根据设计人员的特点，开发了自动绘制出行希望线图的功能，可以省去手工绘制OD期望线的麻烦，提高预测效率。图7为TAS绘制的某工可项目某年出行期望线图之一。图7OD期望线图自动绘
12、制实现的主要步骤如下：3.2.1 Step1 在Excel表中建立各影响区的区位数据 单元格中的数字代表影响区号，同时该单元格在Excel表中的坐标，用于表示影响区的方位。3.2.2 Step2取得Excel图形坐标 在Excel表中搜索影响区号数字，同时在有数字的单元格的属性中提取单元格中心坐标，通过数组Location(i，1 to 2)表示，其中i表示影响区号，Location(i ,1)、Location(i ,2)表示i影响区的图形坐标。3.2.3出行量 Step3 读取一个特征年的机动车OD分布表，存入数组OD(i，j)，数组OD( )储存OD出行量，OD(i ，j)表示i影响区到
13、j影响区的出行量。3.2.4Step4 绘制影响区间希望线 如绘制i、j区间期望线，则根据OD(i ，j)+OD(j ，i)值，确定线宽w，在i、j影响区间绘制带宽度和颜色的双箭头线。依此类推，绘制本特征年影响区间所有期望线。主要绘图函数如下：Shapes.AddLine(xi,yi,xj,yj).Select 在坐标(xi,yi)(xj,yj)之间绘直线实体With Selection.ShapeRange.Line 设置直线属性.BeginArrowheadStyle=msoArrowheadTriangle .EndArrowheadStyle = msoArrowheadTriangl
14、e期望线起、终点箭头类型设置.Weight = w 线宽设置.Visible = msoTrue 可见.Style = msoLineSingle 线型设置.ForeColor.SchemeColor = cor(i) 颜色设置End withStep5 同理绘制各线宽图例Step6 取下一个特征年OD分布表，重复step3step5步骤，直到所有的特征年OD分布表绘制完毕为止。3.3 交叉口转弯流量图功能交通量预测过程中，交叉口转向流量的推算及流量流向图的绘制，也是一项烦琐的工作，特别是设计交叉口较多的情况，工作量就显得特别大，以往大部分工作都由手工完成。TAS根据项目实际需求，开发了交叉口
15、转弯流量推算及流量图的自动绘制功能，完全省去手工计算及绘图的烦琐工作，使得预测效率得到很大程度的提高。主要方法：在交通量分配结果数据的基础上，读取交叉口邻节点间的进出口交通量，以满足交通各交叉口流量平衡为约束条件，运用Fratar模型进行迭代，求得各交叉口（互通）转弯交通量。绘图步骤与出行希望图绘制类似。图8为TAS绘制的某互通立交转弯流量图。图84 结 语TAS软件是依托大庆至广州国家高速公路武宁至吉安段、济南至广州高速公路鹰潭至瑞金段等工程可行性项目研究完成的，并通过了软件专业测试和技术鉴定，已在多个项目中得到了广泛应用。与同类软件对照，TAS是“一个赋予了交通量预测功能的Excel”，其
16、完全基于Excel的嵌入式运行和数据管理模式，以及OD矩阵矫正、出行期望线图、交叉口流量流向图等实用功能，更好地适应了交通量预测任务的要求，并着重从功能实用性、应用便利性等方面，提高交通量预测效率。参考文献：1投资项目可行性研究指南编写组.投资项目可行性研究指南R.北京：中国电力出版社，2002.2王炜，徐吉谦.城市交通规划理论与方法M.北京：人民交通出版社，1992.3项贻强高速公路规划与管理M.北京人民交通出版社M.1999.Editors note: Judson Jones is a meteorologist, journalist and photographer. He has
17、freelanced with CNN for four years, covering severe weather from tornadoes to typhoons. Follow him on Twitter: jnjonesjr (CNN) - I will always wonder what it was like to huddle around a shortwave radio and through the crackling static from space hear the faint beeps of the worlds first satellite - S
18、putnik. I also missed watching Neil Armstrong step foot on the moon and the first space shuttle take off for the stars. Those events were way before my time.As a kid, I was fascinated with what goes on in the sky, and when NASA pulled the plug on the shuttle program I was heartbroken. Yet the privat
19、ized space race has renewed my childhood dreams to reach for the stars.As a meteorologist, Ive still seen many important weather and space events, but right now, if you were sitting next to me, youd hear my foot tapping rapidly under my desk. Im anxious for the next one: a space capsule hanging from
20、 a crane in the New Mexico desert.Its like the set for a George Lucas movie floating to the edge of space.You and I will have the chance to watch a man take a leap into an unimaginable free fall from the edge of space - live.The (lack of) air up there Watch man jump from 96,000 feet Tuesday, I sat a
21、t work glued to the live stream of the Red Bull Stratos Mission. I watched the balloons positioned at different altitudes in the sky to test the winds, knowing that if they would just line up in a vertical straight line we would be go for launch.I feel this mission was created for me because I am al
22、so a journalist and a photographer, but above all I live for taking a leap of faith - the feeling of pushing the envelope into uncharted territory.The guy who is going to do this, Felix Baumgartner, must have that same feeling, at a level I will never reach. However, it did not stop me from feeling
23、his pain when a gust of swirling wind kicked up and twisted the partially filled balloon that would take him to the upper end of our atmosphere. As soon as the 40-acre balloon, with skin no thicker than a dry cleaning bag, scraped the ground I knew it was over.How claustrophobia almost grounded supe
24、rsonic skydiverWith each twist, you could see the wrinkles of disappointment on the face of the current record holder and capcom (capsule communications), Col. Joe Kittinger. He hung his head low in mission control as he told Baumgartner the disappointing news: Mission aborted.The supersonic descent
25、 could happen as early as Sunday.The weather plays an important role in this mission. Starting at the ground, conditions have to be very calm - winds less than 2 mph, with no precipitation or humidity and limited cloud cover. The balloon, with capsule attached, will move through the lower level of t
26、he atmosphere (the troposphere) where our day-to-day weather lives. It will climb higher than the tip of Mount Everest (5.5 miles/8.85 kilometers), drifting even higher than the cruising altitude of commercial airliners (5.6 miles/9.17 kilometers) and into the stratosphere. As he crosses the boundar
27、y layer (called the tropopause), he can expect a lot of turbulence.The balloon will slowly drift to the edge of space at 120,000 feet (22.7 miles/36.53 kilometers). Here, Fearless Felix will unclip. He will roll back the door.Then, I would assume, he will slowly step out onto something resembling an
28、 Olympic diving platform.Below, the Earth becomes the concrete bottom of a swimming pool that he wants to land on, but not too hard. Still, hell be traveling fast, so despite the distance, it will not be like diving into the deep end of a pool. It will be like he is diving into the shallow end.Skydi
29、ver preps for the big jumpWhen he jumps, he is expected to reach the speed of sound - 690 mph (1,110 kph) - in less than 40 seconds. Like hitting the top of the water, he will begin to slow as he approaches the more dense air closer to Earth. But this will not be enough to stop him completely.If he
30、goes too fast or spins out of control, he has a stabilization parachute that can be deployed to slow him down. His team hopes its not needed. Instead, he plans to deploy his 270-square-foot (25-square-meter) main chute at an altitude of around 5,000 feet (1,524 meters).In order to deploy this chute
31、successfully, he will have to slow to 172 mph (277 kph). He will have a reserve parachute that will open automatically if he loses consciousness at mach speeds.Even if everything goes as planned, it wont. Baumgartner still will free fall at a speed that would cause you and me to pass out, and no par
32、achute is guaranteed to work higher than 25,000 feet (7,620 meters).It might not be the moon, but Kittinger free fell from 102,800 feet in 1960 - at the dawn of an infamous space race that captured the hearts of many. Baumgartner will attempt to break that record, a feat that boggles the mind. This is one of those monumental moments I will always remember, because there is no way Id miss this.
