Beta 1


Title GIS-metoder til detaljering af trafikmodeldata
Author Hansen, Stephen (Trafikmodelgruppen, Center for Trafik og Transport, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Nielsen, Otto Anker (Trafikmodelgruppen, Center for Trafik og Transport, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Supervisor Landex, Alex (Trafikmodelgruppen, Center for Trafik og Transport, Danmarks Tekniske Universitet, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark)
Institution Technical University of Denmark, DTU, DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Thesis level Master's thesis
Year 2005
Abstract Nærværende rapport omhandler GIS-metoder til detaljering af trafikmodeldata. Opgaven tager sit udgangspunkt i den rutevalgsmodel, som anvendes ved Center for Trafik og Transport (CTT) på Danmarks Tekninske Universitet (DTU). I takt med at belastningen på de eksisterende veje og baner øges, må der foretages udbygninger af infrastrukturnetværket. Sådanne projekter er normalt forbundet med store og langsigtede investeringer, og der er derfor behov for trafikmodeller/rutevalgsmodeller, som kan modellere konsekvenser og effekter af forskellige tiltag. CTT’s modeldatabase består i sin nuværende form af 618 modelzoner som stammer fra Ørestadstrafikmodellen (OTM). Disse zoner dækker hovedstadsregionen og der findes matricer, som beskriver trafikken mellem hvert zonepar. Rutevalgsberegninger med CTT’s model, giver realistiske resultater på det overordnede net i regionen. Formålet med denne opgave er, at opstille metoder til at øge detaljegraden i data. Dette sker ved at forfine zonestrukturen og kvalitetssikre transportnettet. Opgaven er afgrænset til kun at omhandle kvalitetssikringer og rutevalgsberegninger i vejnettet. Endvidere er det valgt, kun at betragte zonerne i Frederiksborg Amt. I første del af rapporten udvikles metoder til at kvalitetssikre, og forbedre eksisterende data, så det kan anvendes i de videre analyser med henblik på at forbedre modeldatabasen. Først er der opstillet en metode til at skabe topologi i grunddata - et arealanvendelseskort fra Hovedstadens Statistik Kontor (HSK). Herefter udvikles en metode til at rette de oprindelige OTM-zoner geografisk, således at deres grænser kommer til at ligge mere nøjagtigt i forhold til det øvrige digitale kortmateriale. Med baggrund i det korrigerede data dannes en detaljeret beskrivelse af hvor folk bor og arbejder i hovedstadsregionen. Dette sker ved hjælp af en overlay-analyse hvor befolkningstal og arbejdspladser overføres fra OTM’s zonedata til det mere detaljerede arealanvendelseskort ved hjælp af en række faktorer som angiver i hvilke arealanvendelser folk henholdsvis bor og arbejder. I den næste del af rapporten opstilles en ny og mere detaljeret modeldatabase til rutevalgsberegninger. Dette sker ved at de oprindelige zoner splittes i nye mindre zoner. Processen med at opdele zoner er foregået ved først at identificere de zoner som ikke lever op til den ønskede detaljegrad. Dette sker ud fra generelt kendskab til de problemstillinger, som gælder når en zonestruktur i en trafikmodel skal designes, samt en række analyser af de faktiske forhold i den nuværende zonestruktur. Her undersøges hvordan boliger og arbejdsplaser fordeler sig i hver enkelt zone, ligesom også infrastrukturen i zonen tages med i betragtningerne. Efterfølgende foretages de faktiske zonesplit med udgangspunkt i disse analyser ved at fastsætte hvor de nye zonegrænser skal placeres. Her er benyttet allerede eksisterende grænser fra arealanvendelseskortet. Næste skridt i opbygningen af den forbedrede modeldatabase har været at opstille metoder til at kvalitetssikre vejnettet. Dette er blandt andet sket ud fra en række overordnede betragtninger omkring de forventede hastigheds- og kapacitetsangivelser for forskellige vejtyper. Med udgangspunkt i disse betragtninger fremstilles en række kort, hvor vejstrækninger der afviger fremhæves. Disse vurderes efterfølgende manuelt. Derudover er det forsøgt at bestemme nye speed-flow kurver, som afgør hvordan rejsehastigheden på den enkelte vejstrækning ændrer sig i takt med trafikbelastningen. Dette sker ved at anvende målte hastigheder fra AKTA-Projektet og modellerede trafikstrømme fra et tidligere projekt ved CTT. Her efter er der opstillet nye matricer som beskriver trafikken mellem zoneparrene i den nye zonestruktur. Disse matricer er opstillet med udgangspunkt i de oprindelige zoner og matricer. Her antages det, at trafikken kan fordeles proportionalt med hvordan boliger og arbejdspladser fordeles når zonerne deles op. Den nye zonestruktur er færdiggjort ved at fortage en sammenkobling mellem zonestrukturen og vejnettet. Dette sker ved at generere en zonecentroide for hver zone og koble disse til vejnettet med zoneophæng. Til placeringen af zonecentroiden, er der i dette projekt udviklet en metode, hvor positionen beregnes ud fra befolkning og arbejdspladser i zonen. Det sker på en sådan måde, at zonecentroiden placeres i hver zones aktivitetscentrum, hvor aktiviteten defineres som en sammenvægtning af indbygger og arbejdspladser. Fra zonecentroiderne dannes zoneophæng til knuderne i vejnettet. Den sidste del af rapporten omfatter modelleringer med den oprindelige og den nye modeldatabase. Herefter vurderes resultaterne fra de to modelleringer mod hinanden for at undersøge effekterne af ændringerne i modeldata. Ligeledes holdes resultater op mod talte trafiktal fra det faktiske vejnet. Dette sker for at vurdere om der med den nye model er opnået mere præcise modelleringer i forhold til tidligere. Analysen af resultater modelleret med henholdsvis den nye og den oprindelige modeldatabase kan imidlertid ikke eftervise, at den nye modeldatabase giver bedre eller mere detaljerede resultater. Andelen af strækningerne hvor den modellerede trafik tilnærmes den talte er uændret. Det findes heller ingen markante ændringer i andelen af veje, som får udlagt trafik. Det var ventet som resultat af at zonestrukturen er blevet finere, og at modellen således skulle være i stand til at modellere trafikken med en finere opløsning. I rapporten konkluderes at de udviklede og anvendte metoder til kvalitetssikre og forbedre model data er anvendelige. Metoderne til at oprette topologien i arealanvendelseskortet og korrigere OTM-zonerne geografisk har således resulteret i bedre data og dannet grundlag for at identificere hvilke modelzoner som skal splittes op. Ligeledes giver det forbedrede arealanvendelseskort mulighed for en mere analytisk tilgang at genere zonecentroider. Det vurderes endvidere at den nye zonestruktur faktisk giver en bedre og mere detaljeret modeldatabase selvom det ikke kan eftervises i foretagne modelleringer. At de bedre resultater ikke fremgår af modelleringerne formodes at være resultat af, at der ikke er fortaget tilstrækkelig kalibrering med den nye modeldatabase. Endvidere findes den problemstilling at der kun har været tilgængelige trafikmålinger på amtsveje, mens de forventede forbedringer primært er forventet på mindre veje. Hertil kommer, at den lidt simple metode til at vurdere nye matricer måske bør erstattes er mere omfattende estimater. Sådanne estimater er påbegyndt i turmatrice-projektet som udføres for trafik- og energiministeriet og ledes af Danmarks Transport Forskning. Her er formålet at opstille en finere zonestruktur for hele hovedstadsregionen og estimerer helt nye matricer for denne. Turmatrice-projektet tager blandt andet sit udgangspunkt i nogle af de metoder som er udviklet i forbindelse med dette projekt.
Abstract The present report deals with GIS-methods for refining traffic model data. The subject matter of this report is based on the assignment model currently used by the Center for Traffic and Transport (CTT) at the Technical University of Denmark (DTU). In step with the ever increasing load on existing roads, railways, and transport infrastructure, there is a continuous need to expand and develop traffic infrastructure. Such projects normally involve major and long-term investments, and there is therefore a great need for effective traffic models/assignment models that can simulate and predict the effects of different proposals. In its present form, the CTT model consists of 618 model zones which originate from the Ørestad Traffic Model (OTM), a model for regional traffic analysis. These zones encompass the entire municipality of the Greater Copenhagen region, and include matrices that describe the traffic between each pair of zones. Assignment using the current CTT model yields realistic results for the overall traffic network throughout the region. The purpose of this report is to investigate methods to increase the detail and granularity of the data. This is done by refining the zone structure and ensuring the quality of the transport network. The work described in the present report has been restricted to ensuring the quality of the network and assignment throughout the road network. Moreover, only zones in the Frederiksborg region of the network are covered by the report. The first part of the report deals with the development of methods to improve and ensure the quality of existing data, so that these can be used in further analysis to improve the data model. Firstly, a methodology is developed to create the topology of the basic data — a digital land-use map from Hovedstadens Statistik Kontor (HSK), the regional office of statistics. Thereafter a method is developed to geographically adjust the original OTM-zones so that their zone boundaries are more accurately aligned with the other digital map data. On the basis of this corrected data, a detailed demographic description of where people live and work throughout the region is given. This is done by an overlay analysis, in which population and employment locations are transferred from the OTM zone data to the more detailed land-use map, using a range of factors that indicate where the population live and work. The next section of the report deals with the development of a new, more detailed model data for assignment. This is done by sub-dividing zones into new, smaller zones. The process of refining the granularity of zones has been done by first identifying those zones which do not meet the desired accuracy. This is done both on the basis of knowledge of relevant details to be considered when the zone structure of a traffic model is designed, and several analyses of the actual conditions of the current zone structure. An investigation is made of the distribution of residential and non-residential buildings within each zone, as well as consideration of the zone’s infrastructure. Subsequently the actual division of the existing zones is made based on these analyses and the new zone boundaries defined. Already existing boundaries from the land-use map are used. The next step in the development of an improved data model has been to develop methods to ensure the quality of the road network. This has been done on the basis of, amongst other things, overall considerations regarding the expected speed and capacity of various road types. Based on these considerations a series of maps are developed showing roads that deviate. These are then evaluated individually. In addition, an attempt is made to determine new speed-flow curves that indicate how speeds on an individual road change in step with traffic load. This is done by utilising measured speeds yielded by the former AKTA-Project, and previously modelled traffic flows in an earlier CTT project. New matrices are then developed that describe the traffic between zone pairs in the new zone structure. These matrices are developed on the basis of the original zones and matrices. The assumption is made that traffic can be re-distributed proportionally with respect to how residential and non-residential locations are defined in those zones that have been sub-divided. To complete the new model, a coupling is made between the zone structure and the traffic network. This is done by generating a zone centroid for each zone and coupling these to the road network by connectors. To locate the zone centroids, this project developed a method to calculate the centroid position on the basis of population and work locations within the zone. This is done in such a way that the zone centroid is located in each zone’s centre of activity, where activity is defined as a weighted measure of population and work locations. Connectors are created from the zone centroids to the nodes of the road network. The final part of the present report deals with modelling using the original and the new model data. The results of modelling using the two different model data are then compared to investigate the efficacy of changes in the data. Similarly, the results are compared with actual measured traffic data from the real road network. This is done to evaluate whether more precise modelling is achieved using the new model. The analysis of results using both the new and original data does not however demonstrate that the new model data yields better or more detailed results. The proportion of roads on which the modelled traffic approximates the actually measured traffic data is unchanged. Similarly no significant change is observed in the number of roads to which traffic is diverted by the modelling. This had been expected as a result of the more detailed granularity of zones and the fact that the model should thus be able to provide a more refined resolution of traffic. The report concludes that methods developed and used to ensure the quality of, and improve the data model are applicable. The methodology to determine the topology of the land-use map and to correct the OTM zones geography have thus resulted in better data and formed the basis for identifying which model zones can be divided. Similarly the improved land-use map provides the opportunity for a more analytic approach to the generation of zone centroids. It is further concluded that the new zone structure does in fact provide better and more detailed model data, despite the fact that this is not demonstrated by the modelling performed. That better results are not demonstrated is assumed to be the result of insufficient calibration of the new model. In addition, actual measured traffic data is only available for major roads, while the improved accuracy is primarily expected to be evident on minor roads. Furthermore, it is concluded that the simplistic method used to evaluate new matrices should be replaced by more comprehensive estimates. Work on such improved estimates has begun in a new trip-matrix project which is being carried out by The Danish Transport Research Institute for the Danish Ministry of Transport and Energy. The goal is to develop a more detailed zone structure for the entire region and estimate completely new matrices. The trip-matrix project uses as its basis, amongst other things, some of the methods developed in conjunction with the present project.
Imprint DK-2800 Kgs. Lyngby, Denmark
Admin Creation date: 2006-06-22    Update date: 2012-12-13    Source: dtu    ID: 185537    Original MXD