基於產生點-吸引點的港口道路網絡交通量智能預判方法

2023-07-27 11:39:06

基於產生點-吸引點的港口道路網絡交通量智能預判方法
【專利摘要】本發明屬於交通運輸規劃設計與管理技術軟體開發領域，為提供符合港口道路特點和要求、迅速的由港口吞吐量預測出各條道路交通量、並予以評價對規劃修改的方法，為此，本發明採用的技術方案是，基於PA和港口吞吐量的港區道路交通量智能預判方法，包括如下步驟：對港口規劃年的吞吐量進行預測，根據預測的吞吐量生成節點的交通量，結合土地的利用形態，產生P-A矩陣，在交通分配階段需將P-A矩陣轉化為O-D矩陣，然後基於以有O-D矩陣，考慮港區節點和道路網絡的容量約束，建立配流模型，分配的交通量分為一般和高峰兩個時段，對道路的交通狀態進行評價，包括港區各節點約束、港區道路路阻函數。本發明主要應用於交通運輸規劃設計。
【專利說明】基於產生點-吸引點的港口道路網絡交通量智能預判方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於交通運輸規劃設計與管理技術軟體開發領域，具體講，涉及基於產生點-吸引點的港口道路網絡交通量智能預判方法。技術背景
[0002]根據港口的規劃吞吐能力，按照不同出行方式、路徑的特點在各種約束條件下確定分配在具體進出港口、港區各條道路(集疏運)交通量，從而為港口道路網絡規劃、容量設計及其調整提供基本依據，是港口交通運輸規劃的核心內容。在具體理論研究和工程應用中，道路交通網絡規劃是以OD節點、四階段法為核心的交通分配問題，這些已廣泛應用於城市道路網絡、公路網規劃及其相關設計中，且已有大量成熟的宏觀、中觀、微觀商業開發軟體，如 TransCAD, TransStar, Trip 等。
[0003]針對不同於城市道路網絡、公路網的港區道路網絡，其規劃方法分為兩部分，一是利用現有一般道路網絡系統的方法，通過一定的修正予以確定。如林曉丹在《區域道路交通流和港口集疏運關係研究》中提出了碼頭貨櫃吞吐量和集卡交通量轉化模型；白子建等在《一種基於吞吐量反推的海港交通需求預測方法》中在充分考慮了不同性質用地貨運特徵不同的基礎上，得出一種基於吞吐量反推的海港交通需求預測方法；丁文濤在《基於船舶到港規律的貨櫃港區貨運交通量需求預測方法》中按照「由船舶到港時間預測集卡車抵港分布」的思路建立預測模型；Boer和Waal等在《Distributed e 一 Services for roadcontainer transport simulation》中根據每小時的車輛到達率來預測港口交通需求的方法；Pope, et.al 等在《A network simulation of high-congestion road-traffic flowsin cities with marine container terminals》中建立了海港城市高擁堵交通流網絡,從宏觀的角度對未來不同情況下的交通進行預測。
[0004]二是採用現有物流仿真、港口仿真軟體，通過相關數據處理予以完成。如李立等人的《基於Arena的貨櫃碼頭內部道路運輸系統仿真研究》研究了一個基於Arena的貨櫃碼頭內部道路運輸系統的仿真模型；Creton J P運用GPSS語言設計貨櫃碼頭系統，模型中採用排隊系統和離散隨機系統的建模方法等。
[0005]從已有相關文獻閱讀分析可知，針對港區道路交通網絡規劃的研究具有以下特
佔-
^ \\\.[0006](I)採用已有以OD節點、四階段法為核心的交通分配問題技術及其仿真軟體針對的是一般道路交通網絡，而對港口這種以吞吐量為核心、以集疏運為其中心業務的港區道路交通網絡具有其獨特的特點，加之運抵報關的實行，使得港口道路網絡更加區別於一般的道路交通網絡，直接應用不能全面的反映港區道路交通網絡的問題特點。
[0007](2)採用與土地利用形態無法直接建立聯繫的起訖點的概念。一個分區的交通出行發生量和吸引量主要是由這個分區的土地利用形態決定的，起訖點的概念不能解釋交通需求與用地模型之間的關係。
[0008](3)對於港口道路網絡的優化，學者大都停留在定性分析層面提出一些措施或建議，缺乏說服力和科學性。
[0009]因此針對港區集疏運系統的特點和具體要求，在已有OD節點、四階段法為核心的交通分配理論方法基礎上，研究出一種符合港口道路特點和要求、迅速的由港口吞吐量預測出各條道路交通量、並予以評價對規劃修改的方法，成為港口規劃設計的基礎工作。
[0010]P-A矩陣技術是以土地利用性質基於產生點吸引點的一種新型交通規劃技術，由於一般城市交通出行量的主體是上下班人群，具有在一定時間範圍內上班到一定時間範圍內下班的特點，使得P-A矩陣技術特別適用於一般工商業城市的客運交通規劃中。港區道路出行者的主體雖然是貨運車輛，但主要是用於港口內部各個節點之間運輸的白牌車，顯著的具有產生點出發-吸引點上班-下班回到產生點的特點，具有等同於一般工商業城市的客運交通特性，非常適用於採用P-A矩陣交通規劃技術。雖然已有基於P-A矩陣預測一般城市道路交通量的研究成果，但尚未應用到港區道路交通規劃的研究中。

【發明內容】

[0011]為克服現有技術的不足，本發明旨在提供符合港口道路特點和要求、迅速的由港口吞吐量預測出各條道路交通量、並予以評價對規劃修改的方法，為達到上述目的，本發明採用的技術方案是，基於PA和港口吞吐量的港區道路交通量智能預判方法，包括如下步驟:
[0012]對港口規劃年的吞吐量進行預測，根據預測的吞吐量生成節點的交通量，結合土地的利用形態，產生P-A矩陣，在交通分配階段需將P-A矩陣轉化為O-D矩陣，然後基於以有O-D矩陣，考慮港區節點和道路網絡的容量約束，建立配流模型，分配的交通量分為一般和高峰兩個時段，最後根據分配的結果，對道路的交通狀態進行評價，對擁擠路段進行再調整，包括港區各節點約束、港區道路路阻函數，以期達到港區道路網絡交通量的整體均衡。
[0013]產生P-A矩陣、在交通分配階段需將P-A矩陣轉化為O-D矩陣具體為:
[0014]( I)節點的選擇
[0015]充分考慮港口土地利用形態，採用空間聚類分析的方法，將研究區域分類整合成內部關聯性強、交通特徵相似的節點；
[0016](2)弧與路徑的確定
[0017]兩個相鄰節點之間帶箭頭的連線稱為弧；一個交通網絡，若兩個節點之間存在著至少一條點、弧、點、弧、點等的交錯序列，使得聯通該兩個節點且對於任意弧的上下遊節點就是其交錯序列的節點，則稱為是聯通兩個節點間的路徑或線路；弧表示的是港區的道路，港口道路集疏運系統的作業主要是通過貨櫃卡車、大中型貨車完成，貨櫃卡車用於完成貨櫃的集疏運，大中型貨車用於完成貨櫃的拼箱作業，車輛的行駛路徑都比較固定，可替代路徑較少；
[0018](3) P-A矩陣的構建
[0019]根據船期表確定各個貨櫃碼頭的吞吐量，由貨櫃碼頭吞吐量轉化為集卡交通量，再根據後方堆場運往各個貨櫃碼頭公司的貨櫃量和集疏運貨櫃卡車平均裝載率得到各個後方堆場所產生的交通量；集港分為堆場集港和外部直接集港，堆場集港分為產地裝箱和堆場裝箱兩部分，產地裝箱的集卡車和外部直接集港的集卡車通過卡子門抵達碼頭，堆場裝箱或需要進行拼箱的貨物又會引發一部分貨車流，分別從卡子門進入後方堆場，包括危險品的特殊物品直接集港，所佔比例很少；疏港包括提箱和轉棧，特殊物品直接提箱，提箱量很少，大部分的貨櫃，在前方堆場提箱或者經過轉棧後在後方堆場提箱，然後通過卡子門離開港區；由於商務通勤原因還會引發部分客車流，客車按一定比例從卡子門到達後方堆場和通勤點；施工車輛等非集疏運車輛比例很小，也會產生一定的交通量；
[0020](4) P-A矩陣與O-D矩陣的轉化
[0021]運抵報關或者是拼箱作業完成後，貨櫃卡車將貨櫃從後方堆場運至前方堆場，然後又返回後方堆場，即由家出行；部分貨櫃車輛通過卡子門，進入港區內部路網，直接運至前方堆場，然後通過卡子門離開港區，即非由家出行；非由家出行中P-A矩陣與為O-D矩陣相同，由家出行中交通量除以相應的係數得到回程出行量，將回程出行量反一個方向，其餘部分P-A矩陣與O-D矩陣相同，就可以將P-A矩陣轉化為O-D矩陣。
[0022]建立配流模型具體為:
[0023]出行者分類及路徑選擇
[0024](I)集疏運車輛
[0025]短、長貨櫃卡車通過卡子門負責貨櫃的集疏運，由於堆場裝箱或者有拼箱的的需要，引發了貨車流，主要是加長型、貨車，通過卡子門抵達堆場；
[0026](2)非集疏運車輛
[0027]非集疏運車 輛主要是油罐車、滾裝車和一些施工車輛，其交通量正比於貨櫃和貨車的總交通量，比例較少；
[0028](3)商務與通勤
[0029]貨主到堆場監裝、聯繫業務以及工作人員的通勤，會引發一部分客車流，車輛類型主要是小汽車，客車按一定比例從卡子門到達後方堆場和通勤點；
[0030]吞吐量與交通量的轉化
[0031]採用相關預測方法對未來規劃年貨櫃吞吐量進行預測，轉化的交通量由集卡交通量，貨車交通量，客車交通量三部分組成；
[0032](I)貨運量與交通量間的轉化
[0033]港口貨物的運輸主要是通過貨櫃卡車和貨車兩種方式，將貨車和貨櫃卡車轉化為標準集卡車；
[0034](2)客運量與交通量間的轉化
[0035]客運交通量主要是由商務通勤引發的，將小汽車轉化為標準集卡車；
[0036]基於容量約束的港口交通網絡配流模型
[0037]港區貨運交通量分配採用多用戶多路徑用戶最優配流模型:
【權利要求】
1.一種基於PA和港口吞吐量的港區道路交通量智能預判方法，其特徵是，包括如下步驟:對港口規劃年的吞吐量進行預測，根據預測的吞吐量生成節點的交通量，結合土地的利用形態，產生P-A矩陣，在交通分配階段需將P-A矩陣轉化為O-D矩陣，然後基於以有O-D矩陣，考慮港區節點和道路網絡的容量約束，建立配流模型，分配的交通量分為一般和高峰兩個時段，最後根據分配的結果，對道路的交通狀態進行評價，對擁擠路段進行再調整，包括港區各節點約束、港區道路路阻函數，以期達到港區道路網絡交通量的整體均衡。
2.如權利要求1所述的基於PA和港口吞吐量的港區道路交通量智能預判方法，其特徵是，產生P-A矩陣，，在交通分配階段需將P-A矩陣轉化為O-D矩陣具體為: (O節點的選擇 充分考慮港口土地利用形態，採用空間聚類分析的方法，將研究區域分類整合成內部關聯性強、交通特徵相似的節點； (2)弧與路徑的確定 兩個相鄰節點之間帶箭頭的連線稱為弧；一個交通網絡，若兩個節點之間存在著至少一條點、弧、點、弧、點等的交錯序列，使得聯通該兩個節點且對於任意弧的上下遊節點就是其交錯序列的節點，則稱為是聯通兩個節點間的路徑或線路；弧表示的是港區的道路。港口道路集疏運系統的作業主要是通過貨櫃卡車、大中型貨車完成，貨櫃卡車用於完成貨櫃的集疏運，大中型貨車用於完成貨櫃的拼箱作業，車輛的行駛路徑都比較固定，可替代路徑較少； (3)P- A矩陣的構建 根據船期表確定各個貨櫃碼頭的吞吐量，由貨櫃碼頭吞吐量轉化為集卡交通量，再根據後方堆場運往各個貨櫃碼頭公司的貨櫃量和集疏運貨櫃卡車平均裝載率得到各個後方堆場所產生的交通量；集港分為堆場集港和外部直接集港，堆場集港分為產地裝箱和堆場裝箱兩部分，產地裝箱的集卡車和外部直接集港的集卡車通過卡子門抵達碼頭，堆場裝箱或需要進行拼箱的貨物又會引發一部分貨車流，分別從卡子門進入後方堆場，包括危險品的特殊物品直接集港，所佔比例很少；疏港包括提箱和轉棧，特殊物品直接提箱，提箱量很少，大部分的貨櫃，在前方堆場提箱或者經過轉棧後在後方堆場提箱，然後通過卡子門離開港區；由於商務通勤原因還會引發部分客車流，客車按一定比例從卡子門到達後方堆場和通勤點；施工車輛等非集疏運車輛比例很小，也會產生一定的交通量； (4)P-A矩陣與O-D矩陣的轉化 運抵報關或者是拼箱作業完成後，貨櫃卡車將貨櫃從後方堆場運至前方堆場，然後又返回後方堆場，即由家出行；部分貨櫃車輛通過卡子門，進入港區內部路網，直接運至前方堆場，然後通過卡子門離開港區，即非由家出行；非由家出行中P-A矩陣與為O-D矩陣相同，由家出行中交通量除以相應的係數得到回程出行量，將回程出行量反一個方向，其餘部分P-A矩陣與O-D矩陣相同，就可以將P-A矩陣轉化為O-D矩陣。
3.如權利要求1所述的基於PA和港口吞吐量的港區道路交通量智能預判方法，其特徵是，建立配流模型具體為: 出行者分類及路徑選擇 (I)集疏運車輛 短、長貨櫃卡車通過卡子門負責貨櫃的集疏運，由於堆場裝箱或者有拼箱的的需要，引發了貨車流，主要是加長型、貨車，通過7卡子門抵達堆場； (2)非集疏運車輛 非集疏運車輛主要是油罐車、滾裝車和一些施工車輛，其交通量正比於貨櫃和貨車的總交通量，比例較少； (3)商務與通勤 貨主到堆場監裝、聯繫業務以及工作人員的通勤，會引發一部分客車流，車輛類型主要是小汽車，客車按一定比例從卡子門到達後方堆場和通勤點； 吞吐量與交通量的轉化 採用相關預測方法對未來規劃年貨櫃吞吐量進行預測，轉化的交通量由集卡交通量，貨車交通量，客車交通量三部分組成； (1)貨運量與交通量間的轉化 港口貨物的運輸主要是通過貨櫃卡車和貨車兩種方式，將貨車和貨櫃卡車轉化為標準集卡車； (2)客運量與交通量間的轉化 客運交通量主要是由商務通勤引發的，將小汽車轉化為標準集卡車； 基於容量約束的港口交通網絡配流模型 港區貨運交通量分配採用多用戶多路徑用戶最優配流模型:

4.如權利要求1所述的採用粒子群算法對多用戶的港口集疏運交通量進行分配，其特徵是，具體計算步驟如下: (1)依照初始化過程，對粒子群的隨機位置和速度進行初始設定； (2)根據多用戶均衡配流模型確定適應度公式，計算每個粒子的適應度值； (3)對於將其適應度值與所經歷過的最好位置pbest的適應度值進行比較，若較好，則將其作為當前的最好位置； (4)對於每個粒子將其適應值與全局所經歷的最好位置gbest的適應度值進行比較，若最好，則將其作為當前的全局最好位置； (5)採用如下公式對粒子的速度和位置同時進行進化。
Vi = V^c1XrandO X (P1-Xi)+C2 XrandO X (g~Xi) 其中，Vi表示粒子的速度，Pbesti表示個體極值，gbesti表示全局極值，Presenti表示當前粒子的位置，rand O是介於(0，I)之間的隨機數，C1, C2是學習因子； (6)如未達到結束條件通常為足夠好的適應值或達到一個預設最大代數，則返回步驟(2)，直到滿足停 止規則為止。
【文檔編號】G08G1/00GK103606267SQ201310591367
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月20日 優先權日:2013年11月20日
【發明者】白子建, 柯水平, 王曉華, 孫煜, 王晶, 馬紅偉, 高潮, 鄭利, 趙巍, 寇琳 申請人:天津市市政工程設計研究院