TransCAD具有十分方便的形心和形心連線生成工具，并且可以十分靈活地定義它們。本文主要介紹TransCAD形心和形心連線工作原理以及生成的方法。同時(shí)，也希望通過本文能為一些初學(xué)者糾正一些誤區(qū)。

1、形心和形心連線的作用

形心(Centroids)，是代表交通小區(qū)(TAZ)交通產(chǎn)生吸引或出發(fā)到達(dá)的抽象節(jié)點(diǎn)，它們是模型網(wǎng)絡(luò)中的特殊節(jié)點(diǎn)。從文字上理解，形心一般是指交通小區(qū)多邊形的幾何中心，實(shí)踐工作往往以幾何中心的點(diǎn)作為交通小區(qū)形心使用。也有人稱為質(zhì)心，如果是精細(xì)化的模型，如果能考慮一個(gè)交通小區(qū)的不同地塊交通量差異，按交通量加權(quán)計(jì)算幾何中心，也許質(zhì)心的說法更科學(xué)。但實(shí)際工作中，可以直接把一個(gè)交通小區(qū)劃分為多個(gè)提高精準(zhǔn)度。

形心連線(Centroid Connectors)，是連接交通小區(qū)(TAZ) 對(duì)應(yīng)的形心(Centroids)和實(shí)際路網(wǎng)的特殊路段，它們使得形心的交通量能和真實(shí)的路網(wǎng)連通，以實(shí)現(xiàn)算法的目的。形心連線可以連到既有的路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，也可以連到路段中間(這樣就需要打斷路段形成新的節(jié)點(diǎn))。

劃重點(diǎn)：形心和形心連線都是模型網(wǎng)絡(luò)的組成部分，是建模需要而虛擬構(gòu)建的節(jié)點(diǎn)和路段，它們?cè)趯?shí)際的交通分配、公交分配和特征矩陣(Skim)等分析中，都參與了網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。

2、常用交通規(guī)劃軟件形心和形心連線的特點(diǎn)

(1)管理形式：VISUM作為單獨(dú)的對(duì)象管理，TransCAD、EMME和Cube不單獨(dú)管理。

在VISUM中，形心和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分開管理，形心連線和網(wǎng)絡(luò)路段分開管理，某種意義上，給用戶的管理帶來了方便。也有的模型師因?yàn)檫@種管理方式，容易覺得形心和節(jié)點(diǎn)和路網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)不是一類要素。這里需要再次強(qiáng)調(diào)，形心和形心連線都是模型網(wǎng)絡(luò)的組成部分，在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中參與了運(yùn)算，只是它們比較特殊而已。

(2)形心編號(hào)的定義：嚴(yán)格性和靈活性的矛盾

每個(gè)交通軟件都需要對(duì)交通小區(qū)進(jìn)行編號(hào)，對(duì)應(yīng)到網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的形心也要有對(duì)應(yīng)編號(hào)，但實(shí)現(xiàn)的方式各有差異。

Cube的要求最苛刻，初始化的時(shí)候需要先設(shè)置小區(qū)數(shù)量，網(wǎng)絡(luò)中有一個(gè)zones 的全局參數(shù)，用于設(shè)置小區(qū)的數(shù)量，節(jié)點(diǎn)ID小區(qū)這個(gè)值的都是小區(qū)。設(shè)定小區(qū)的總規(guī)模，比如5000個(gè)小區(qū)，那么ID從1到5000的連續(xù)編號(hào)的節(jié)點(diǎn)就是小區(qū)。

EMME在構(gòu)建一個(gè)交通模型時(shí)，需要定義交通小區(qū)的數(shù)目。EMME的建模數(shù)據(jù)裝在一個(gè)叫Bank的數(shù)據(jù)庫(kù)里，建模定義時(shí)，要充分考慮到交通小區(qū)今后可能需要的擴(kuò)展。例如定義了1000個(gè)交通小區(qū)，表示這個(gè)Bank最多可使用1000個(gè)交通小區(qū)，用戶當(dāng)前只使用800個(gè)交通小區(qū)建模，預(yù)留200個(gè)。如果超過1000個(gè)小區(qū)，那就需要重新構(gòu)建Bank。EMME可以定義形心節(jié)點(diǎn)的編號(hào)范圍，但形心的編號(hào)并不一定需要連續(xù)，只要知道這個(gè)節(jié)點(diǎn)是形心就可以(具有特殊的標(biāo)記，形心連線和形心相連，可以自動(dòng)識(shí)別)。EMME對(duì)應(yīng)的矩陣維度根據(jù)定義的交通小區(qū)數(shù)目固定，即使沒有用到它們。

VISUM對(duì)形心單獨(dú)管理，因此，形心的數(shù)量是可以隨時(shí)增加，對(duì)編號(hào)也沒有特別要求，形心變化時(shí)，矩陣的維度隨之變化，相對(duì)來說比較靈活。

TransCAD利用地理信息系統(tǒng)管理的優(yōu)勢(shì)，形心和形心連線分別在節(jié)點(diǎn)和路段圖層中，按照選擇集定義管理。因此，用戶可以隨意增加和減少形心，隨意定義交通小區(qū)形心的編號(hào)。更方便的是可以定義多套形心數(shù)據(jù)庫(kù)，例如：譬如全市基于交通小區(qū)的道路分配模型的形心，對(duì)應(yīng)交通小區(qū);基于高速公路出入口OD的分配模型的形心，對(duì)應(yīng)高速公路收費(fèi)站;基于軌道交通站間OD的公交分配模型的形心，對(duì)應(yīng)軌道站點(diǎn);這些不同的形心，都可以放在一張綜合交通網(wǎng)絡(luò)中，使用不同的OD和模型進(jìn)行分配時(shí)，只要利用選擇集功能選擇不同的形心。TransCAD選擇集功能可以對(duì)圖層中的任意一個(gè)集合的要素進(jìn)行管理和分析。有關(guān)選擇集的內(nèi)容，請(qǐng)參閱：TransCAD的選擇集應(yīng)用簡(jiǎn)介一文。

簡(jiǎn)要評(píng)論：根據(jù)以上分析我們可以知道，Cube和EMME的要求較為嚴(yán)格， VISUM和TransCAD相對(duì)比較靈活。嚴(yán)格和靈活是一對(duì)矛盾體，嚴(yán)格的規(guī)定可以減少用戶輸入出錯(cuò);靈活的操作，需要用戶對(duì)軟件具有較強(qiáng)的駕馭能力。

打個(gè)比方：前者好比是小學(xué)老師的課堂，學(xué)生是排好座位的，座位上可以放上學(xué)生名牌，老師容易管理哪個(gè)學(xué)生缺席了。后者好比是大學(xué)課堂，大學(xué)生位子自己挑的，誰沒來上課，老師不容易發(fā)現(xiàn)，除非老師熟悉全班學(xué)生。

TransCAD、VISUM和EMME，把方便留給了用戶，可以隨意定義形心編號(hào)，但軟件內(nèi)部需要做一些額外的工作：重新進(jìn)行1，2，3，…n的自然數(shù)排序索引，用于模型的 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算。當(dāng)然，對(duì)應(yīng)還需要有矩陣索引技術(shù)，才能把節(jié)點(diǎn)ID和形心對(duì)應(yīng)上，關(guān)于矩陣索引，請(qǐng)查閱：深入理解TransCAD矩陣索引轉(zhuǎn)換和操作一文。

(3)形心和形心連線的其他特性

交通流量穿越形心設(shè)置。Cube、EMME和VISUM都不允許交通流量穿越形心，形心只能作為交通流量進(jìn)入和出發(fā)的點(diǎn)。一般意義上需要這樣設(shè)定，例如，某個(gè)形心有2條以上的形心連線，禁止交通流量穿越形心十分重要，否則，分配的流量可能不走實(shí)際道路而走到形心連線上去了。更有甚者，是相鄰小區(qū)的形心連線如果連在同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，交通流就會(huì)連續(xù)穿越形心，而不走實(shí)際道路了。例如下圖中，藍(lán)色路徑就是完全走形心連線了，車輛在實(shí)際道路上消失了，實(shí)際應(yīng)該使用紅色路徑較為合理。

TransCAD軟件比較特別，可以設(shè)置是否允許交通流量穿越形心。這對(duì)一些特殊的情況下有用，例如：軌道網(wǎng)絡(luò)站間OD分配，可以把軌道站點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)直接當(dāng)成允許穿越的形心(其他3個(gè)軟件則需要額外做一個(gè)站點(diǎn)對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)來表示形心)。又如一些學(xué)術(shù)研究，路網(wǎng)的算例一般不考慮專門的形心連線，路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以直接當(dāng)形心使用。

形心連線轉(zhuǎn)向懲罰和禁止的設(shè)置。TransCAD、Cube和EMME的形心連線可以設(shè)置轉(zhuǎn)向禁止和懲罰。VISUM的形心連線是全轉(zhuǎn)向，如果想控制右進(jìn)右出，必須新增一個(gè)路段才可以實(shí)現(xiàn)。

3、TransCAD形心和形心連線的生成方法

TransCAD具有一個(gè)功能強(qiáng)大的形心和形心連線生成工具。創(chuàng)建了形心連線，也就是創(chuàng)建了形心，形心是形心連線其中的一個(gè)端點(diǎn)，因此可以歸結(jié)為形心連線工具。TransCAD路網(wǎng)繪制的方式獨(dú)樹一幟，它的思路是畫了路段，就有了對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，孤立的節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中沒有意義。這和其他三個(gè)軟件必須先添加節(jié)點(diǎn)，再畫路段的方式不一樣。這里額外再說明一下，VISUM、Cube和EMME軟件的很多路徑基礎(chǔ)算法是基于節(jié)點(diǎn)的，而TransCAD則是綜合路段和節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)計(jì)算的。因此，TransCAD允許路網(wǎng)中存在起點(diǎn)和終點(diǎn)相同的兩個(gè)平行路段存在(現(xiàn)實(shí)世界也有很多這種情況)，但VISUM、Cube和EMME軟件則不允許存在，一般可以打斷其中一個(gè)路段。原因是基于節(jié)點(diǎn)的路徑算法，起點(diǎn)和終點(diǎn)決定了唯一路段，同一個(gè)起終點(diǎn)不能有兩個(gè)路段，否則無法區(qū)分了。關(guān)于軟件之間對(duì)交通網(wǎng)絡(luò)定義的差異，請(qǐng)參閱：TransCAD導(dǎo)入常用交通規(guī)劃軟件網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)一文。下面我們結(jié)合形心連線工具界面，來詳細(xì)解釋工具的使用技巧。

(1)設(shè)置選項(xiàng)卡

[1]連接TAZ

這里的TAZ是指交通小區(qū)圖層名稱，用戶可修改其圖層名稱，界面上就會(huì)顯示不同的名稱。交通小區(qū)圖層，可以是面圖層，也可以是點(diǎn)圖層(例如交通小區(qū)幾何形心)，也就是說創(chuàng)建形心連線的時(shí)候，不是一定要有面圖層。這里值得指出的是，初學(xué)者容易錯(cuò)誤地把交通小區(qū)幾何形心和路網(wǎng)中的形心混為一談。通過TransCAD的地理文件導(dǎo)出功能，可以將交通小區(qū)面圖層的幾何形心導(dǎo)出為點(diǎn)圖層。這個(gè)點(diǎn)圖層，也可以去創(chuàng)建形心連線，很多初學(xué)者就以為這些點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)中的形心了，這是不對(duì)的!實(shí)際上即使是用這個(gè)點(diǎn)圖層創(chuàng)建形心連線，生成的網(wǎng)絡(luò)形心還是形心連線的一個(gè)端點(diǎn)，不是這個(gè)點(diǎn)圖層中的點(diǎn)。因此，導(dǎo)出交通小區(qū)幾何形心這種做法完全是多余的，直接用交通小區(qū)生成形心連線就可以了。

“使用”下拉菜單是用戶設(shè)置哪些交通小區(qū)需要?jiǎng)?chuàng)建形心連線，默認(rèn)是全部對(duì)象，如果用戶定義了交通小區(qū)的選擇集，也可以只對(duì)部分交通小區(qū)創(chuàng)建形心連線。如果用戶像采用不同的連接方式處理不同交通小區(qū)，就可以按照不同集合來做。

“至”下拉菜單是用戶設(shè)置連接到哪個(gè)路網(wǎng)的路段圖層名稱。如果地圖中有多個(gè)路網(wǎng)圖層，就要用戶選擇了。

“最大距離”編輯框是用戶設(shè)置形心連線的最大長(zhǎng)度，其后面的單位“公里”是在軟件全局設(shè)置中確定的。我們建議距離可以設(shè)置大一些，特別是有些交通小區(qū)特別大周邊沒有路網(wǎng)的情況下，可以減少事后的人工編輯工作。

“最大數(shù)字”編輯框是用戶設(shè)置每個(gè)交通小區(qū)/形心的形心連線的最大數(shù)目。例如設(shè)置了4條，但有可能只產(chǎn)生了3條，第四條超過了長(zhǎng)度設(shè)置。對(duì)一般的城市級(jí)別模型，我們建議設(shè)置4條，以保證各個(gè)方向流量的均衡性。對(duì)交通影響評(píng)價(jià)或者局部細(xì)化的模型，我們建議按照實(shí)際的開口情況來設(shè)置。

[2]連接規(guī)則

TransCAD的形心連線，可以連接到路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上，也可以連接到路段上，這需要打斷路段。對(duì)一般的城市級(jí)別模型，我們建議連接到路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)上;對(duì)交通影響評(píng)價(jià)或者局部細(xì)化的模型，我們建議按照實(shí)際的開口連接到路段上。

“拆分片段屬于”下拉菜單是用戶設(shè)置哪些路段可以打斷作為形心連線連接的節(jié)點(diǎn)，用戶事先可以創(chuàng)建路段選擇集。例如，用戶不想打斷一些高等級(jí)道路，或者要辨別高速公路、軌道線等其他不適合連接形心連線的路段。

“拆分選項(xiàng)”可以選擇“中點(diǎn)”和“垂直”兩種模式，“中點(diǎn)”是在路段中間打斷，“垂直”是指形心位置到路段的垂直投影處打斷。

TIPs：實(shí)踐中，自動(dòng)打斷路段的形心連接方式較少使用，精細(xì)化的模型，一般需要人工參與操作，例如出入口的具體位置。另外，如果路網(wǎng)搭載了公交系統(tǒng)Route System，還要及時(shí)檢查公交的連通性。不過是連接到節(jié)點(diǎn)，還是打斷路段再連接到打斷節(jié)點(diǎn)處的方式，如果路網(wǎng)搭載了公交系統(tǒng)，我們建議事先備份數(shù)據(jù)，生成形心連線后及時(shí)切換到公交系統(tǒng)圖層，更新Route System。

“連接到…的端點(diǎn)”下拉菜單是用戶設(shè)置哪些節(jié)點(diǎn)可以作為形心連線連接的節(jié)點(diǎn)，用戶事先可以創(chuàng)建路段選擇集。例如，用戶不想連接一些高等級(jí)道路的節(jié)點(diǎn)，軌道交通站點(diǎn)等。嚴(yán)格的詳細(xì)模型，公交和機(jī)動(dòng)車的形心連線可能也要區(qū)別對(duì)待。

[3]排除規(guī)則

除了連接規(guī)則中設(shè)定的連接路段和節(jié)點(diǎn)對(duì)象選擇集設(shè)置，還可以做好選擇集，明確說明哪些路段和節(jié)點(diǎn)不能連接形心連線。用戶事先創(chuàng)建好路段和節(jié)點(diǎn)的選擇集，在“要排除的片段”和“要排除的端點(diǎn)”下拉列表選擇即可。

[4]選項(xiàng)

可以勾選“限制形心連線在區(qū)域內(nèi)”，針對(duì)交通小區(qū)面圖層，路網(wǎng)密度較高的情況下，可采用此選項(xiàng)。閾值，可以限制連接點(diǎn)的空間位置，比如面域范圍外最大距離，太遠(yuǎn)了就連不上。這樣的好處就是路網(wǎng)密的時(shí)候可以多連幾個(gè)形心連線，路網(wǎng)稀疏的時(shí)候形心連線會(huì)少很多。

(2)更新選項(xiàng)卡

采用打斷路段的方式，如果在“拆分片段屬于”下拉菜單選擇了路網(wǎng)集合，則界面會(huì)跳出路段屬性更新的選項(xiàng)卡，這和路網(wǎng)編輯工具的設(shè)置一樣，用戶可以設(shè)定路段被打斷后，字段的屬性如何處理，例如路名、速度、車道數(shù)等大部分可以是復(fù)制，長(zhǎng)度自動(dòng)按比例切分，其他的時(shí)間等屬性也自動(dòng)按比例切分(一般后期會(huì)通過程序自動(dòng)更新，可以不考慮)。

(3)填充選項(xiàng)卡

填充選項(xiàng)卡的目的主要是區(qū)分識(shí)別路網(wǎng)中的形心和形心節(jié)點(diǎn)。

[1]要填充的字段

用戶可以在節(jié)點(diǎn)和路段圖層事先創(chuàng)建2個(gè)字段，形心連線創(chuàng)建的時(shí)候，就會(huì)把值填充在這些字段。以便今后可以很方便的選擇出形心和形心連線。

[2]用…填充

在節(jié)點(diǎn)和路段圖層事先創(chuàng)建的2個(gè)字段，一般來說初始值都是空的，所以用單值填充即可用于今后識(shí)別，不為空的就是形心和形心連線了。也可以選擇“來自圖層TAZ的IDs”，表示用交通小區(qū)圖層的ID填充。這樣填充后，也可以用非空的查詢方式找到形心和形心連線。

對(duì)形心而言，這個(gè)值填充的要有意義，必須是交通小區(qū)的圖層ID正好等于用戶自己定義的交通小區(qū)編號(hào)(例如TAZID，用戶可以更根據(jù)這個(gè)字段作為ID重新導(dǎo)出dbd圖層)。如果不是這種情況，下面將講到如何關(guān)聯(lián)交通網(wǎng)絡(luò)中的形心和交通小區(qū)。

4、TransCAD關(guān)聯(lián)交通網(wǎng)絡(luò)中的形心節(jié)點(diǎn)和交通小區(qū)編碼

上面提到，假設(shè)我們已經(jīng)完成了形心和形心連線創(chuàng)建。但是形心的TAZID填充的是單值，我們并不知道形心和交通小區(qū)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，這里我們介紹如何自動(dòng)關(guān)聯(lián)。假設(shè)在節(jié)點(diǎn)圖層創(chuàng)建了TAZID字段，目前形心的節(jié)點(diǎn)都填充了單值1，交通小區(qū)圖層TAZ的用戶編碼字段為Zone_ID。

Step1：我們可以根據(jù)形心選擇工具選出形心和形心連線。

Step2：打開路網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表，在主工具欄選擇數(shù)據(jù)記錄的對(duì)象集合為“Centroids”，這樣，操作數(shù)據(jù)僅針對(duì)形心集合中的節(jié)點(diǎn)。

Step3：右擊TAZID字段，選擇菜單“填充”。選擇填充方法為“標(biāo)記Tag”，選擇交通小區(qū)圖層TAZ，選擇集為全部All Features，選擇標(biāo)記于下拉菜單選擇交通小區(qū)圖層TAZ的用戶編碼字段為Zone_ID。單擊確定后，TAZID字段就獲得了和交通小區(qū)編碼Zone_ID的信息，關(guān)聯(lián)完成!

5、關(guān)聯(lián)形心節(jié)點(diǎn)的交通小區(qū)編碼和路網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)ID——矩陣索引

要實(shí)現(xiàn)交通分配和公交分配的最后一步，就需要關(guān)聯(lián)形心節(jié)點(diǎn)的交通小區(qū)編碼和路網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)ID，這就需要矩陣索引操作。交通分配和公交分配程序需要矩陣的索引編號(hào)基于節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)ID。

在上節(jié)中的Step2，圖中節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表的例子中，形心集合的數(shù)據(jù)庫(kù)的ID字段正好和TAZID字段值相同，是特殊情況，按照交通小區(qū)編碼的矩陣，就直接可以用于交通分配了。當(dāng)然，您可以建立一個(gè)新的ID字段，例如IDD，然后根據(jù)自己的喜好編號(hào)后，用地理文件導(dǎo)出工具導(dǎo)出dbd重構(gòu)您需要的ID。下圖中的“節(jié)點(diǎn)ID字段”選為IDD即可。不過這種方法我們并不常用。

一般情況下，模型網(wǎng)絡(luò)的不斷維護(hù)，數(shù)據(jù)庫(kù)的ID字段自動(dòng)更新的和TAZID字段值是不相同的。這時(shí)候，就需要用到矩陣索引功能。因?yàn)榻煌ǚ峙洹⒐环峙渚仃噷?duì)應(yīng)的是路網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)的ID字段，我們獲得的數(shù)據(jù)一般是按照TAZID字段組織的矩陣。在交通分配和公交分配中，矩陣索引要解決的問題，就是要把基于用戶編碼的TAZID排序的矩陣，轉(zhuǎn)化為路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)庫(kù)ID排序的矩陣。另外，模型中的特征矩陣(Skims)一般也是基于路網(wǎng)節(jié)點(diǎn)圖層數(shù)據(jù)庫(kù)ID的，相關(guān)的模型計(jì)算要有統(tǒng)一的索引。

看到這里，用戶會(huì)覺得納悶，讓用戶增加一個(gè)矩陣索引工作量，軟件設(shè)計(jì)是不是有別的考慮?其實(shí)，文本開頭講到交通規(guī)劃軟件對(duì)形心和形心連線管理的方式中，已經(jīng)講到一個(gè)主要原因，就是為了交通小區(qū)形心定義的靈活性。當(dāng)然，矩陣索引還有很多其他的用處，關(guān)于矩陣索引的更多信息，請(qǐng)查閱：深入理解TransCAD矩陣索引轉(zhuǎn)換和操作一文。這里講到了具體的矩陣索引方法，本文就不再贅述了。

6、結(jié)語

通過本文，希望讀者能夠理解形心和形心連線的原理，在不同軟件中的工作工作機(jī)制，以及如何在TransCAD中用好形心連線工具。

再補(bǔ)充一些內(nèi)容：形心連線一般可以把通行能力設(shè)置大一些，如果代替了交通分區(qū)的內(nèi)部道路，其屬性可以按照實(shí)際情況來設(shè)置。用于交通分配和公交分配的形心連線可以不一樣，屬性也有所區(qū)別，車行和人行的速度不同(這對(duì)交通分區(qū)較大的模型影響尤其明顯)。針對(duì)Skim，也要小心謹(jǐn)慎處理形心連線上的相關(guān)特征。

很多初學(xué)者會(huì)問：“我的交通分配流量結(jié)果怎么看起來不合理，有的地方?jīng)]流量，怎么辦?”。檢查一下如下工作，一般問題就解決了：

OD矩陣索引了沒有?

OD矩陣本身沒問題吧?

形心設(shè)置不可穿越了沒有?

交通小區(qū)足夠小，形心連線數(shù)量，連接方式合理?

形心連線的屬性合理嗎?

路網(wǎng)不擁擠,UE分配近似最短路徑分配導(dǎo)致有些路段沒流量，這不是形心和連線的事了，試試用SUE分配…

原文標(biāo)題：TransCAD形心和形心連線那些事

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審核編輯：湯梓紅