Cube——集土地利用、货流预测及交通仿真于一体的软件平台

01Cube软件介绍

Cube是一个综合、强大的脚本驱动型软件平台，用于构建和应用复杂的运输——土地使用系统模型和模拟。全球有 2,500 多个场所使用 Cube 来测试和预测备选方案和策略的影响。通过开放式平台，Cube 能构建和校准任何类型的模型，涵盖运输规划、工程和土地使用等所有相关方面。

Cube 提供各种模块来回答有关运输网络、土地使用和人口变化的特定问题。无论是构建区域旅行需求模型还是要了解机场的交通运营和停车细节，Cube 都能提供满足现有和将来需求的最佳解决方案。

02 Cube模块

（1）软件系统界面

• Cube Base ：综合界面，用于数据编辑，绘制地图（Cube GIS）， 生成报告，模型开发以及场景创建与管理

（2）需求建模软件模块

• Cube Voyager：用于城市地区以及长距离的需求预测与分配

• Cube Land ：整合交通与土地利用的模型

• Cube Cargo：基于商品的货运预测

（3）仿真软件模块

• Cube Avenue：中观交通仿真模块 （DTA） 

• Cube Dynasim ：多模式微观仿真模块

（4）专用的软件模块

• Cube Cluster：并行计算模块，通过把计算分配给一台计算机的多个处理器或者多台计算机从而减少模型运行时间

• Cube Analyst & Analyst Drive：先进的OD反推模块

（估算OD矩阵：是专门开发用于估计和更新基于每年小汽车、卡车、公共交通的出行表OD矩阵。）

（5）Cube Cloud

• 云计算服务，可以提高模型运算效率，分享数据&结果

03 Cube 软件优势

Cube 软件的优点1 : 全面集成，功能强大

Cube 是一系列软件产品，提供了出色易用的功能，用于交通运输系统的整体规划，涵盖了交通规划的各方面。

功能模块组成：

• Cube Base 图形用户界面

- Cube Voyager 宏观静态建模

- Cube Analyst/Drive 矩阵反推

- Cube Avenue 中观动态建模

- Cube Cargo 货运预测及分析

- Cube Land 土地利用及土地价格预测

• Cube Cloud 云端交通建模
• Cube Dynasim 微观动态交通仿真

Cube 软件的优点2：涵盖了宏观，中观，微观各个层面

涵盖不同的层面：

宏观建模（Cube Voyager ）→ 中观动态交通分配（Cube Avenue）→ 微观交通仿真（Cube Dynasim）

Cube软件是一款涵盖了交通宏观、中观、微观层面的，可以进行客流、货流、土地利用， 交通仿真, 云端建模的综合软件包。

Cube 软件的优点3 : 基于ESRI的交通GIS

• 唯一的集成了真正的交通GIS的建模系统，内置了ESRI公司的市场领先的GIS技术

• 直接存储数据为ESRI的GEO数据库格式

• 不需要在GIS部门和建模部门之间进行繁琐的数据格式转换

• 用于交通路网编辑的ArcGIS拓展模块 Sugar，可以帮助用户在ARCGIS环境下方便的编辑路网，公交线路，交叉口等数据

Cube 软件的优点4: 流程图建模方式，不存在黑匣子问题，方便模型开发

率先开发出流程图建模方式：

专门用于设计和构建交通模型的流程图环境，可以通过下拉菜单访问模块，通过简单的拖拽方式实现数据的输入和输出连接，逐步的构建了模型流程图。

Cube 软件的优点5：灵活，如你所想，随你所愿

配备了自己的综合脚本语言用于交通建模，不需要复杂难懂的程序语言即可创建定制模型，可以通过简单的菜单选项完成很多脚本的编写，可以移入定制脚本到Cube软件中作为点选式函数使用。

Cube 软件的优点6：巨多场景方案的建立，管理与测试

• 简单方便的环境进行场景的创建、测试、管理和分析

• 可以通过菜单提示用户进行数据输入和参数的测试

• 集成的报告和图表生成器帮助用户进行各种数据分析

Cube有这么多优点，那么，它各模块的功能有哪些？下面，我们一起来详细地了解下Cube：

04 Cube Base系统界面介绍

1.Cube Base: 应用程序管理器

应用程序管理器使用流程图系统来设计、编程、指定文档以及运行模型。

输入输出数据可以显示在模型背景上，通过双击可以立即查看或者进行编辑。

• 应用程序管理器可以通过很简单的方式，很清晰的把模型展示给其他人看，主要特性有：

① 可以方便的通过下拉菜单选择模型程序函数， 每个模型步骤中，左侧为数据输入，右侧为数据输出。

②  内部步骤中进行文件的链接(路网，小区数据等等)和文件的创建，然后通过拖拽操作即可以链接某一步中的数据到模型其他步骤中 。
③ 一个完全的数据编辑和可视化系统。
④ 易用的用户界面，可以很方便的运行模型的某一部分，或者整体的模型。

2.Cube Base: 场景管理器

场景管理器标记主要的模型参数和数据, 从而很方便的进行场景的创建和测试。
一系列的输入数据即构成一个场景，场景管理器是场景创建、编辑以及管理的界面。
预测从未如此简单. 只需标记出您模型里您希望不同场景间变化的参数和数据即可。
Cube自动定位这些数值并创建提示菜单，一个易用的图形界面允许用户不用额外的操作既可允许特定的场景或者全部场景。

智能化制作图文并茂的报告
创建图表和数据模板
— 表格

— 柱状图

— 饼状分布图

使用已创建的项目场景和报告模板
— 可以非常容易和快速的制作高质量的标准的报告，表格和图表

05 Cube Voyage客流交通需求预测介绍

1.Cube Voyager 概述

Cube Voyager 是一个模块库，或者说是程序库，其内嵌的脚本语言能够帮助用户直接开发脚本程序，定制任何类型的规划操作。
Cube Voyager 已经被定义为了一个可以用于运输规划的集成的建模系统。
Cube Voyager 基于内置的，灵活的脚本语言定制模型。

2.先进的客流需求预测方法

Cube Voyager 集合了最新的Citilabs 技术进行行人出行预测。
Cube Voyager 使用模块化 & 基于脚本的结构,允许用户集成所有的模型技术,范围包括标准的四阶段模型,离散选择模型,以及基于行为的模型方法。
先进的算法可以基于限制交叉口的道路分析以及离散选择多路径公交路径构建和分配Cube Voyager 包含了高灵活性的路网和矩阵计算器，用于计算出行需求以及场景的详细测试比较。
Cube Voyager 被设计为可以提供开放的，用户友好的框架，从而可以模拟大范围的规划政策以及城市，地区和长距离的各种改善措施。

3.功能强大的公交程序（Public Transit），可以做到：

用户控制公交模型的各个方面：

真正的小区对间的多路径或者最优单一路径建模
• 按照代表了不同费用函数行为类别进行划分的用户类来细分公交出行需求，从而更好的描述人们的公交出行行为
• 综合全面的费用建模方法，可以模拟各种公交收费政策

• 可以自动/手动生成非公交元素（进入，退出，换乘公交系统的路段，以及Park&Ride&Ride 路段），更好的分析公交出行
• 可以计算全路网范围的，指定公交方式的，综合的，平均的出行费用，以及费用组成

06 Cube Avenue中观仿真/动态交通分配模块

1.Cube Avenue 介绍

交通需求模型主要是在“战略宏观层面”上完成，可以覆盖很多的范围，但是在拥挤的区域中模拟的更细致一些的时候，就显得“无能为力”。于是，交通工程、交通控制/智能交通管理等“微观层面”的模型变得愈发广泛而有用，捕捉细节到完美极致水平。但是，数据缺乏并且不能在比较大的一个范围里进行应用，Cube Avenue恰好就能满足上述所有需求。

2.Cube Avenue – 中观层面建模

Cube Avenue 使用动态均衡分配模型：

• 动态分配并跟踪通过整个路网的车辆队的运动。可以模拟：

— 信号交叉口；

— 环形交叉口；

— 停车控制交叉口；

— 匝道合流区。

车辆队行进，停止，排队通过上游道路和交叉口。Cube Avenue 计算最优的网络状况。
输出动态的带宽和动态交叉口数据

中观层面建模可以完成分析的基本类型：
根据时间增加交通分配流量的动态交通分配
模拟车队或者车辆的具体离开时间选择，仿真它们通过整个路网的活动。

• 按路线发送车辆，反映随时间而变化的动态交通状况
• 模拟车辆排队和交通瓶颈，包括“堵点”，以及在路段或路口处形成的拥堵排队，其溢流到上游路段，造成更长路段上的拥堵。

3.Cube Avenue 应用实例：休斯顿飓风疏散计划

2005年9月，飓风“丽塔”登陆休斯敦东部
超过100万的人试图从八个县地区疏散
导致大范围的严重的交通拥堵

07 Cube Dynasim多模式微观仿真模块

1.Cube Dynasim 简介

• 基于场景的仿真系统，可以控制所有的模型参数以及仿真细节。

• 多重运行分析。
•  视频可以输出到 “Cube DynasimViews”中，脱离软件，自由发布。

• Cube Dynasim 可以帮助规划师和工程师快速的评估和可视化以下需求的影响：

— 几何变化的建议

— 交通需求的变化

— 公交系统的变化

— 配时规划的变化

2.Dynasim 的主要特性

• 模型尺寸：Dynasim Pro 运行计划不限制大小（范围的）模型开发。
  
• 基于场景的仿真系统：一个Dynasim 项目可以由一个或者多个仿真场景组成。
• 内部矩阵估计：Dynasim 运行使用输入的交通统计数据估计交通流量以及路径。
• 分区建模：从一个复杂的大型模型开始，Dynasim可以进行分区仿真，从整个路网矩阵中提取分区的流量矩阵，然后聚焦到交通走廊或者限定的几个交叉口处进行交通仿真。 
• 其他特性：

— 事件仿真

— 可变信息系统仿真

— Socket 通信

— 场景的报告

— 停车场仿真

3.Cube Dynasim —— 停车场仿真

• 停车场仿真：Dynasim最新功能，功能强大。

— 可以仿真从很简单的小型停车场直到及其复杂的停车场。

— Cube Dynasim Parking完成的最大的停车场中，最多可以模拟13,000个停车位。

— 对交通影响分析以及项目分析的支持十分方便。

3.CUBE DYNASIM——3D视图

• 多模式微观仿真

— 模拟小汽车。货运车辆，公交车，铁路以及行人。

— 路网中车辆的活动，模拟司机真实的驾驶行为。

— 2D & 3D 显示仿真结果。

08 Cube Land基于经济的土地利用预测工具

土地利用和交通需求，谁是第一位的？

1.Cube Land 背景及简介

• Cube Land 是一款基于经济的土地利用预测软件，特别是用于和交通模型的集成整合。
• 基于MUSSA II 模型框架，其是在智利大学弗朗西斯科·马丁内斯博士和研究人员共同开发的，最初主要在圣地亚哥应用于土地利用和交通政策的研究。

• Citilabs 将其纳入CUBE软件体系和Cube Base集成在一起用于土地利用建模以及GIS。

2.Cube Land ——土地利用和交通规划

基于土地价值，交通可达性，历史趋势，各种政策预测土地利用的变化。

通过招标拍卖理论模拟土地利用定价。
可以直接使用基于小区的土地利用数据。
预测土地的租金/价格，从而更好的评估土地开发压力。

Cube LAND 与Cube Voyager的结合使用，可以很方便的实现土地利用与交通需求方面的循环反馈，从而更好的平衡交通需求和土地利用。

09 Cube Cargo货运预测

1.Cube Cargo 简介

• 多方式预测： 道路，铁路，航空，内河航运。
• 可以模拟商品流，卡车运动以及城市卡车服务。

• Cube Cargo 是目前商业化软件中唯一的可以进行卡车/货运建模的软件
• 在10个欧洲国家中成功的应用超过20项研究，包括德国，法国，比利时，挪威，丹麦，希腊和意大利等国家。目前已在洛杉矶，宾夕法尼亚州和泰国实施，我国台湾地区也有应用。国内用户主要有广州交研院 ，铁道第三勘察设计院，北京市规划设计研究院，重庆，长春等城市以及一些高校，科研院所。

2.预测主要结果

• 按照平均日和年统计的卡车分配
• 矩阵结果有：

— 按照商品类型和型号划分的商品流矩阵

— 按照卡车类型分类的开车流矩阵

10 Cube Analyst矩阵预测模块

1.Cube Analyst – 矩阵反推模块

Cube 6 中版本中Cube Analyst模块对进行了彻底的更新。
更新后的主要内容有：
— 使用HIGHWAY 和 AVENUE可以完成静态和动态矩阵预测。
— 新的OD预测算法解决了上层优化问题，并连 同解决了低级的仿真问题。
— 多线程技术，使用PC的所有可用计算资源（可有用户自己设定）- 因此极大的提升了运算速度。
— 同时可以管理多达20个用户类。
— 基于合计的交通流量（例如 基于通用的“轻型汽车”的““小汽车” 和“出租车” 矩阵），能够进行多用户类OD矩阵预测。

11 ArcGIS&Cube（Cube-Sugar-Cube Cloud）

1.基于ARCGIS 的解决方案，用于交通仿真&交通预测桌面软件及云服务

① Cube 桌面软件：综合的交通预测套件包。所有的数据存储，维护均使用使用ArcGISEngine的交通地理信息系统。数据无需在GIS部门和建模团队之间来回转换。

② Sugar 是 ArcGIS 桌面软件的拓展模块：集成了交通路网编辑器，用于道路，信号交叉口和公交线路的编辑。

③ Cube Cloud：用于交通建模和数据分享的云服务，使用的是Amazon 的云。

• 直接在多个组织机构和部门之间分享数据。
• 原生支持所有的GEO数据库类型—个人的，文件的和企业的。
• 打开并保存为原生的 ArcView 地图文档。

2.Cube：ArcGIS 框架下的交通建模

3.Sugar：用于数据维护的桌面拓展模块

用于维护交通数据的 ArcGIS 解决方案
为道路路网集成了交通数据模型
可以进行以下交通数据维护：
— 道路路网
— 交通信号
— 公共交通

4.Cube Cloud

在桌面Cube环境下开发模型
从桌面Cube环境下发布模型到云端
从任何地方都可以创建，运行，分析场景

① Cube Cloud的优点——缩短运行时间
使用 Cluster 驱动1到1024个处理器进行数据计算处理

② Cube Cloud的最大优点: 分享

您拥有模型您可以邀请他人共同使用模型
不需要更多的脚本和模型的物理拷贝
— 消除繁琐、容易出错的过程
— 消除版本控制的问题
— 不共享脚本保护模型的完整性
— 不显示脚本从而保护知识产权
用户仅通过简洁的网络界面即可运行模型
多用户共享和共同维护模型的真正解决方案，并提供一个 “交钥匙”的解决方案


简洁的网络界面上即可完成场景方案的运行

方便的获取结果的图表与表格

模型结果的图形展示更加真实而漂亮

12 国内外案例展示

1.Cynemon 伦敦自行车网络模型

模型背景

• 自行车路网等相关投资近年来增加显著
• 需要使用鲁棒性评价对自行车路网相关投资做出解释
• 解决方案：自行车需求反应（CYDER）框架

伦敦自行车网络模型的应用

• 不同区域的基于人口和就业的自行车出行增长分析（包括年龄分布变化）
• 方案响应引起的自行车出行量的增长分析：
  — 包括现有及新建自行车基础设施对自行车出行量增长的分析
  — 不同自行车路网密度地区的出行量比较分析
  
  
• 一些促进因素对自行车出行量增长分析
  — 燃油的价格
  — 其他出行方式的价格

  — 其他出行方式的出行时间

•  其他因素的分析
  — 潜在的自行车出行分析
  — 目前的自行车出行长度分析
  — 自行车出行倾向性分析

2.Cube Voyager ——秘鲁基多 BRT 项目

3.Cube Voyager & Cube Cargo –泰国，国家级客运&货运模型

4.Cube Land –洛杉矶地区模型

• 大区域模型，531个土地利用分区，1,650万人口

5.Cube Avenue ——中国台湾地区高速公路中观动态交通分配模型

6.Cube Analyst ——广州OD矩阵反推模型