多源數(shù)據(jù)融合法更新公路通道車流OD矩陣

（武漢理工大學(xué)交通學(xué)院 武漢 430063）

區(qū)域交通小區(qū)機(jī)動車出行OD矩陣是進(jìn)行交通規(guī)劃、交通運(yùn)行管理等重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)．依據(jù)路段流量及先驗出行信息進(jìn)行區(qū)域交通小區(qū)OD估計的方法得到了廣泛地應(yīng)用．這些方法可以歸為統(tǒng)計估計方法和數(shù)學(xué)規(guī)劃方法兩類，是基于極大熵法或是基于最小信息理論或是網(wǎng)絡(luò)平衡技術(shù)進(jìn)行研究［1－4］．此外，隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，手機(jī)定位、無線網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)為OD的獲取開辟了新的途徑［5－7］．同時，考慮核查線流量以及核查線的位置，也為OD矩陣估計提供了新的思路［8－9］．本文以服務(wù)高速公路運(yùn)輸通道改擴(kuò)建交通運(yùn)行管理為目的，設(shè)法綜合運(yùn)用現(xiàn)有的多種車流數(shù)據(jù)，以更新經(jīng)過公路通道的車流OD為目的，最終獲取經(jīng)校核且更為可靠的區(qū)域交通小區(qū)OD矩陣．

1 現(xiàn)有數(shù)據(jù)源

改擴(kuò)建公路由于處于交通要道，出入口都安設(shè)有車流量檢測器，可以獲取各出入口分車型的流量．改擴(kuò)建公路本身及其周邊干線重要路段上也安設(shè)有路段流量檢測器，可以獲取部分重要路段的分車型流量．另外，改擴(kuò)建工程預(yù)備工程階段一般都進(jìn)行了交通小區(qū)車流OD調(diào)查，雖存在抽樣率低、精度低的缺陷，但也能大致反映交通流量、流向的趨勢．

與已有的OD估計方法不同，本文獲取最終OD初始基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括：工程預(yù)備階段調(diào)查車流OD、互通出入口流量、部分路段流量．預(yù)備工程階段調(diào)查區(qū)域車流OD，在之前的眾多相關(guān)文獻(xiàn)中稱之為先驗OD，主要為判斷改擴(kuò)建工程是否可行，反映改擴(kuò)建前期區(qū)域內(nèi)的出行狀況，在一定程度上體現(xiàn)了交通出行的發(fā)展趨勢，因精度低，難以用于改擴(kuò)建時期的運(yùn)行管理研究．另外一個重要且十分有用的流量數(shù)據(jù)是公路通道沿線互通的出入口流量，它在上述文獻(xiàn)中幾乎沒有涉及，是本文研究獲取區(qū)域交通小區(qū)車流OD的重要數(shù)據(jù)源之一，但與工程預(yù)備階段OD存在著時間上的不一致性．

2 多源數(shù)據(jù)融合法

2.1 技術(shù)路線

多源數(shù)據(jù)融合法技術(shù)路線，見圖1．

圖1 多源數(shù)據(jù)融合法技術(shù)路線

2.2 數(shù)據(jù)源統(tǒng)一

工程預(yù)備階段獲得的OD矩陣（以下簡稱“初始OD矩陣”）存在諸多不足，需要進(jìn)行調(diào)整校核，但首先應(yīng)初步保證初始OD與當(dāng)前已獲得的通道路段流量和出入口流量在時間上保持統(tǒng)一．本文運(yùn)用Fartar增長率法將初始OD矩陣逐步推算到現(xiàn)狀階段，得到從初始年份直到現(xiàn)狀的OD矩陣（未校核），再利用TransCAD分別進(jìn)行隨機(jī)用戶平衡分配，得到各年區(qū)域路網(wǎng)及通道的流量．

分配得到的通道路段流量及各出入口流量相對于現(xiàn)狀情況而言仍然存在較多不足，需要進(jìn)一步的調(diào)整．調(diào)查所得的現(xiàn)狀公路通道路段流量及沿線互通出入口流量，可以更為直接地反映公路通道的通行狀況．因此，考慮將其作為標(biāo)準(zhǔn)與由初始OD分配得到的流量進(jìn)行比對，再結(jié)合互通與交通小區(qū)的映射關(guān)系，對現(xiàn)狀OD矩陣（未校核）進(jìn)行調(diào)整、校核（在利用調(diào)查獲得的流量前，將調(diào)查得到的路段流量和互通出入口流量按標(biāo)準(zhǔn)車型轉(zhuǎn)換為當(dāng)量小汽車）．

2.3 數(shù)據(jù)融合

設(shè)初始OD矩陣為M0（分車型），M1，M2，…，Mn分別為由M0逐步推算而來的各年的分車型的區(qū)域OD，且Mn為未校核的現(xiàn)狀OD．那么Mn分配得到的通道各互通出口流量為Ak，入口流量為Bk；經(jīng)過車型統(tǒng)一后的調(diào)查得到的出口流量為ˉAk，入口流量為ˉBk．其中：k為研究線路上的第k個互通．針對同一互通，通過線性回歸分析比較交通分配得到的出入口流量與調(diào)查值的相似性，根據(jù)這種相似性來顯示初始OD的準(zhǔn)確性，進(jìn)而判斷其是否需要進(jìn)行調(diào)整．根據(jù)本文的實(shí)際需要，此處采用不帶常數(shù)的一元線性回歸模型，即yk＝bxk．其中：yk為分配得到的互通k出、入口流量；xk為依賴時間的互通k出入口流量調(diào)查值；b為擬合參數(shù)．此處b與1的差別顯著與否，體現(xiàn)了兩類互通出入口流量差別的大小，也就表明了初始OD的準(zhǔn)確與否，進(jìn)而判斷是否需要調(diào)整．若擬合的相關(guān)系數(shù)R2較大，且b接近于1，則無需調(diào)整；否則，與該互通出入口相聯(lián)的交通小區(qū)OD需要調(diào)整．特別地，當(dāng)b＜1時，說明分配得到的互通出入口流量與調(diào)查流量相差較大，即意味著初始OD矩陣中與該互通出入口相聯(lián)的交通小區(qū)OD值需要適當(dāng)?shù)財U(kuò)大；而當(dāng)b＞1時，則需要向相反的方向做類似的處理．

假定經(jīng)比較后，確定需要進(jìn)行流量調(diào)整的互通為k（k＝1，2，…，n），對應(yīng)的出口或入口流量的差值為xk－yk，且該差值可正可負(fù)．將通道影響區(qū)域劃分為m個交通小區(qū)，任意兩個小區(qū)間的出行流量為Tij．其中：i為起點(diǎn)小區(qū)；j為訖點(diǎn)小區(qū)；（i，j）∈Mn，i，j＝1，2，…，m．設(shè)αik為當(dāng)交通小區(qū)i的出行是通過互通k實(shí)現(xiàn)時，其出行交通量在互通k的出口流量Ak或入口流量Bk中所占的比例，那么可以得到,…，n．其中：Oi分別為調(diào)整前后以小區(qū)i為起點(diǎn)的流量之和；Di，D′i分別為調(diào)整前后以小區(qū)i為訖點(diǎn)的流量之和．然后，以現(xiàn)狀OD矩陣（未校核）為基礎(chǔ)，結(jié)合新的交通小區(qū)發(fā)生、吸引量（即，），利用Fratar增長率法獲得發(fā)生、吸引平衡的通道影響區(qū)交通小區(qū)出行OD矩陣．

2.4 精度檢驗

本文以調(diào)查的現(xiàn)狀路段流量作為“查核線”來檢查調(diào)整后的OD矩陣精度．具體方法如下：將調(diào)整后的分車型的區(qū)域OD矩陣在分析的路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶平衡分配，得到各路段分車型流量；挑選具有調(diào)查流量的路段，分車型對分配的流量和調(diào)查流量進(jìn)行χ2檢驗，由此判斷調(diào)整后的OD矩陣的準(zhǔn)確性．設(shè)調(diào)查得到的路段流量為…，，…，對應(yīng)的方差為；相應(yīng)地，調(diào)整后的OD矩陣分配得到的通道路段流量為q1，q2，…，ql，…，qn，對應(yīng)的方差為S2，l＝1，2，…，n．其中：，ql表示第l個路段的流量．那么，在假設(shè)通道路段流量呈正態(tài)分布，給定顯著水平為α的情況時，認(rèn)為兩類路段流量差別較大，即說明調(diào)整后的OD矩陣不夠準(zhǔn)確．

3 實(shí)例分析

以京港澳高速公路（河北段）為例，選擇小客車車流作為研究對象，對多源數(shù)據(jù)融合方法進(jìn)行測試和檢驗．京港澳高速公路全線共設(shè)互通38處，其中一般服務(wù)型互通33處，樞紐型互通5處．根據(jù)研究的特點(diǎn)和需要，將影響區(qū)內(nèi)各個市、縣級行政區(qū)劃劃分為52個交通小區(qū)；各交通小區(qū)通過以上互通與京港澳高速公路產(chǎn)生直接或間接的聯(lián)系，見圖2．圖3則顯示了初始年份（2007）影響區(qū)響區(qū)內(nèi)利用京港澳高速公路出行，各小區(qū)間的小客車車流OD分布狀況．（由于涉及到的交通小區(qū)眾多，故根據(jù)影響區(qū)內(nèi)路網(wǎng)及小區(qū)劃分的特點(diǎn)，進(jìn)行了進(jìn)一步的小區(qū)及流量合并以簡化顯示．）

圖2 影響區(qū)交通小區(qū)劃分

圖3 影響區(qū)2007年OD分布（小客車）（單位：pcu／d）

以影響區(qū)內(nèi)各縣、市的地理區(qū)位和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等為依據(jù)，選取具有代表性的6個互通作為分析對象．表1包含了所選6個互通2007～2010年的調(diào)查得到的互通出入口小汽車流量．

由初始OD矩陣M0推算而來的各年的OD矩陣分別為 M1（2008），M2（2009），M3（2010，即現(xiàn)狀年份）．然后利用TransCAD對以上OD矩陣在河北省路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶平衡分配，得到2007年至2010年京港澳沿線各互通出入口小汽車流量．表2呈現(xiàn)了由分配得到的互通出入口小汽車流量．

綜合表1和表2，以表1中的流量值為“標(biāo)準(zhǔn)”，利用SPSS分析軟件，對同一互通2007～2010年的出入口流量分配值yk與調(diào)查值xk（亦即Ak或／和Bk）進(jìn)行線性回歸，其結(jié)果見表3．

根據(jù)以上分析結(jié)果顯示，由第2部分所確定的判斷準(zhǔn)則，在涿州北互通（k＝1）、徐水互通（k＝2）、石家莊互通（k＝5）、邢臺北（k＝6）處出入口流量回歸參數(shù)b與1相差較大和相關(guān)系數(shù)R2也相對較小，因而，這4個互通出入口對應(yīng)的交通小區(qū)需要進(jìn)行流量調(diào)整．利用TransCAD確定的互通與交通小區(qū)間的映射關(guān)系見表4．

表1 互通出入口小汽車流量調(diào)查值 pcu／d

表2 分配得到各年互通出入口小汽車流量 pcu／d

表3 互通出入口流量回歸分析結(jié)果 pcu／d

表4 互通與交通小區(qū)的映射關(guān)系

由以上映射關(guān)系，根據(jù)第2部分中介紹的方法調(diào)整表5中涉及的所有OD對的交通量．表5以交通小區(qū)3，5，24和37為例呈現(xiàn)了OD調(diào)整情況．然后以交通小區(qū)量為基礎(chǔ)，利用 Fratar增長率法獲得調(diào)整后的小汽車車流OD矩陣．

表5 現(xiàn)狀小汽車車流OD調(diào)整 pcu／d

將以上調(diào)整后的OD分布在原路網(wǎng)上進(jìn)行隨機(jī)用戶平衡分配，得到京港澳高速公路路段上的小汽車流量．選擇具有調(diào)查流量的路段，對分配的流量和調(diào)查的流量（見表6）進(jìn)行檢χ2驗，過程如下．

表6 路段小汽車流量調(diào)查值和分配值pcu／d

根據(jù)表6中的流量值計算得：σ20＝506 053，S2＝487 985；又n＝6，那么，在顯著水平α＝所以，經(jīng)檢驗調(diào)整后的小汽車車流 OD矩陣符合精度要求．

以上分析結(jié)果顯示，經(jīng)調(diào)整后的OD矩陣分配得到的路段流量與調(diào)查得到的路段流量達(dá)到一致，即說明以調(diào)查得到的出入口流量為“標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行的一系列比較、調(diào)整過程是有效可行的，也即實(shí)現(xiàn)了對初始OD由點(diǎn)（互通）到線（通道）的核查、檢驗，并獲得了更為精確的OD矩陣．

4 結(jié)束語

多源數(shù)據(jù)融合獲取車流OD法利用了現(xiàn)有可得工具、方法和可能的數(shù)據(jù)源，對工程預(yù)備階段初始OD結(jié)合公路走廊出入口多年流量數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)整和校核，校正了車流OD流量流向變化新趨勢；根據(jù)部分路段流量數(shù)據(jù)對調(diào)整后的OD精度進(jìn)行了第二重校核，為獲取可靠車流OD提供了雙重保證．

［1］SHERALI H D，NARAYANAN A，SIVANANDAN R．Estimation of origin－destination trip－tables based on a partial set of traffic link volumes［J］．Transportation Research Part B：Methodological，2003，37（9）：815－836．

［2］SHERALI H D，SIVANANDAN R，HOBEIKA A G．A linear programming approach for synthesizing origin destination（O－D）trip－tables from link traffic volumes［J］．Transportation Research Part B：Methodological，1994，28（3）：213－233．

［3］SHERALI H D，PARK T．Estimation of dynamic origin－destination trip tables for a general network［J］．Transportation Research Part B：Methodological，2001，35（3）：217－235．

［4］HAZELTON M L．Statistical inference for time varying origin－destination matrices［J］．Transportation Research Part B：Methodological，2008，42（6）：542－552．

［5］楊 飛．基于手機(jī)定位的交通OD數(shù)據(jù)獲取技術(shù)［J］．系統(tǒng)工程，2007，25（1）：42－48．

［6］BARCELóJ，MONTERO L，MARQUéS L，et al．A Kalman－Filter approach for dynamic OD estimation in corridors based on bluetooth and Wi－Fi data collection［C］／／Lisbon：12th World Conference on Transportation Research WCTR，2010．

［7］HERRERA J C，BAYEN A M．Traffic flow reconstruction using mobile sensors and loop detector data［C］／／Washington D C：Transportation Research Board 87th Annual Meeting，2008．

［8］WU J，CHANG G．Estimation of time－varying origin－destination distributions with dynamic screenlines flows［J］．Transportation Research Part B：Methodological，1996，30（4）：277－290．

［9］YANG H，YANG C，GAN L．Models and algorithms for the screen line－based traffic－counting location problems［J］．Computers ＆ Operations Research，2006，33（3）：836－858．