何曉鳴，李玉娟

(武漢工程大學環(huán)境與城市建設學院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

近年來，我國國家交通網(wǎng)絡布局日臻完善.截止2007年底，我國交通網(wǎng)絡總里程達到382萬公里，公路里程達357萬公里，鐵路里程達7.77萬公里，內河航道里程達12.3萬公里，港口泊位3.58萬個，萬噸級以上泊位1 403個，管道里程達4.8萬公里，民用機場142個.隨著我國城市化水平的不斷提高，城市規(guī)模的擴大將導致交通需求的顯著增長.在高度信息化條件下，城市的交通生成、交通分布、交通分配和交通方式選擇都將發(fā)生較大變化，這就要求在交通規(guī)劃過程中用科學的理論做依據(jù)，在傳統(tǒng)方法的繼承上發(fā)展和創(chuàng)新，尋求行之有效、精確且適合我國城市交通需求預測的理論方法.以集聚分析思想為指導，應用包含交通生成、交通分布、交通方式劃分和交通分配4個階段的“四階段”交通需求預測法，針對公路交通省略了交通方式劃分預測，并以咸寧市中等城市為例，結合具體情況進行標定，利用TransCAD交通規(guī)劃軟件預測未來的交通需求，為中等城市交通發(fā)展規(guī)劃提供了數(shù)據(jù)分析方法，以資規(guī)劃參考.

1 出行生成預測

交通生成預測是交通需求分析工作中最基本的部分之一，目標是求得各個對象地區(qū)的交通需求總量，即交通生成量，進而在總量的約束下，求得各交通小區(qū)的發(fā)生量和吸引量.出行的發(fā)生、吸引和土地的利用性質和設施規(guī)模有著密切的關系[1-4].

圖1表示交通小區(qū)i的發(fā)生交通量和交通小區(qū)j的吸引交通量.Oi表示由小區(qū)i的發(fā)生交通量(由小區(qū)i出發(fā)到各小區(qū)的交通量之和)；Dj表示小區(qū)j的吸引交通量(從各小區(qū)來小區(qū)j的交通量之和).相反，小區(qū)i的吸引交通量和小區(qū)j的發(fā)生交通量依次類推.

圖1 交通量的發(fā)生與吸引

交通需求預測一般建立在OD(Origin Destination)調查、社會經濟、人口和土地利用情況的基礎上，通過數(shù)學模型，得到未來各個小區(qū)、道路交通狀況[5-6].此種方法最初用于城市交通規(guī)劃，在公路交通需求預測中，由于交通方式可選擇性相對城市較小，公路一般不做交通方式劃分預測[7].在咸寧市交通發(fā)展規(guī)劃中，運用四階段法對各個交通小區(qū)和道路網(wǎng)的交通狀況進行了科學的預測，為咸寧市交通發(fā)展規(guī)劃提供了科學的依據(jù).

出行生成預測包括出行發(fā)生預測和出行吸引預測.發(fā)生量與吸引量預測是四階段交通需求預測的第一階段.常用的模型有類型分析法、回歸分析法及增長率法[8-9].回歸分析法可解釋性強，可靠性好，在使用中比較簡便.根據(jù)本次交通規(guī)劃的具體情況，本研究中采用多元回歸法.

1.1 模型的建立

分析現(xiàn)狀交通量、OD與社會經濟、人口、用地特征等方面基礎資料的相關性.將與交通量等密切相關的人口、GDP及工業(yè)生產總值作為三個因素，建立如下多元線性回歸模型[10-11]：

Fik=A0+A1Rik+A2Gik+A3Qiki=1,2…n

(1)

式(1)中：n為節(jié)點個數(shù)，F(xiàn)ik、Rik分別為節(jié)點i第k年的交通發(fā)生量(吸引量)和人口數(shù)量；Gik、Qik為節(jié)點i第k年的GDP和工業(yè)生產總值；A0,A1,A2,A3為回歸系數(shù).在該模型中，k=0代表基年的情況.

1.2 模型標定

引入矩陣:對某一個小區(qū)i，令

定義歷史年為1,2,…n.

為了求解方便，引入如下矩陣：

則:

(2)

解出各個回歸系數(shù)，從而標定回歸方程.

根據(jù)2006年咸寧市及各縣市區(qū)交通發(fā)生量Fik、經濟指標Gik、人口Rik和工業(yè)生產總值Qik，通過回歸分析得到交通發(fā)生量Fik的回歸模型：

Fik=-3 950.74+146.851 9Rik-

0.000 28Gik+0.001 93Qik

(3)

同理，交通吸引量Aik的回歸模型：

Aik=-5 344.59+173.495Rik-

0.000 16Gik+0.002 421Qik

(4)

1.3 預測結果

將預測的未來年的社會經濟預測指標(2010年、2015年、2025年)代入交通發(fā)生、吸引量預測模型，得到咸寧市及各縣、市區(qū)交通發(fā)生、吸引量預測值如表1所示.

表1 咸寧市及各縣市區(qū)交通發(fā)生量預測值

2 出行分布預測

交通分布預測是把交通的發(fā)生與吸引量預測獲得的各小區(qū)的出行量轉換成為各小區(qū)之間的空間OD量，即OD矩陣.

圖2為交通小區(qū)i和交通小區(qū)j之間交通分布的示意圖.Qij表示交通小區(qū)i到交通小區(qū)j的交通量，即分布交通量.同樣，Qij則表示由交通小區(qū)j到交通小區(qū)i的交通量.

圖2 交通分布的示意圖

出行分布預測方法有增長率法、概率模型法、重力模型法和系統(tǒng)平衡模型法.重力模型是國內外交通規(guī)劃中使用最廣泛的模型，此法綜合考慮了影響出行分布的經濟增長因素和出行空間、時間因素，借鑒了萬有引力定律的空間互動關系模型分析方法[12-13],尤其適用于公路網(wǎng)的交通分布預測.進行交通分布預測前，要對各交通小區(qū)進行編號，如表2所示.

2.1 雙約束重力模型

模型的基本形式：

(5)

表2 咸寧市交通分區(qū)編號表

阻抗函數(shù)：

(6)

上述模型在標定時，考慮到交換量誤差，標定時引入了布局調整系數(shù)Fij，即令

(7)

(8)

式(8)中：Rij為調查的出行數(shù)與重力模型估計的出行數(shù)比值，即

Xij為i區(qū)到j區(qū)出行數(shù)占i區(qū)出行發(fā)生總數(shù)的百分比，即

(9)

式(9)中：Pi為i區(qū)居民出行發(fā)生量.

2.2 模型參數(shù)標定

第一步，計算11個交通小區(qū)之間的行駛時間最短路矩陣，作為阻抗矩陣.讀入現(xiàn)狀的小區(qū)發(fā)生量和吸引量，及各區(qū)間的出行交換量的調查值.

第六步：計算調查的與模型的起訖點阻抗矩陣中所有出行的平均出行時間采用加權平均：

若二者相差大于3%，則需調整標定參數(shù)α，重復第二至五步直至滿足容許誤差為止.

計算表明，當α=1.0時，TGM調查所得到的平均時間為825.84，TOD模型計算所得到的平均出行時間(單位：min)為826.10，滿足誤差要求.

2.3 預測結果

依據(jù)標定的模型參數(shù)，利用專業(yè)交通規(guī)劃軟件TransCAD(美國)進行交通分布計算[14].得到了咸寧市2010年、2015年及2025年交通分布的OD矩陣.2010年的交通分布OD矩陣如表3所示.

利用TransCAD軟件中雙約束重力模型生成2010年、2015年、2025年咸寧市機動車出行期望線圖.2010年的機動車出行期望線圖如圖3所示.

表3 2010年咸寧市交通分布的OD矩陣

圖3 2010年咸寧市機動車出行期望線圖

3 交通分配預測

交通分配預測是根據(jù)出行分布預測得到的遠景OD表來推算干道交通量.運用TransCAD中的隨機用戶平衡模型建立了路段行駛時間與路段交通量之間的函數(shù)關系，通過反復迭代分配計算(達到要求的精度)，得到各路段上的交通量.

3.1 交通分配預測模型

路段阻抗函數(shù)是一個基本要素，目前為止，交通工程界的唯一公認的阻抗函數(shù)實例是來自于美國聯(lián)邦公路局的走行時間公式[15]：

(10)

式(10)中：t為路段行駛時間阻抗函數(shù)；t0為交通量為零時的路段行駛時間(min)；V為路段交通量(輛/h)；C為路段實用通行能力(輛/h)；α，β為參數(shù)，建議值為：α=0.15,β=4.

t0的確定需要求出零流車速U0，通過U0=S·η·V0來確定，η為車道寬影響系數(shù)；S交叉口影響系數(shù)；路段設計車速V0與道路等級有關不同的道路等級采用不同的設計速度，具體見規(guī)范要求.交叉口影響修正系數(shù)S，主要取決于交叉口控制方式及交叉口間距.連接道路通行能力計算方法具體參考美國《道路通行能力手冊》.

3.2 交通分配預測結果

采用TransCAD軟件中的隨機用戶平衡模型計算得2010年、2015年以及2025年咸寧市交通分配預測結果如表4所示.

表4 2010年咸寧市主干路網(wǎng)交通分配結果

4 結 語

城市交通需求預測理論與方法發(fā)展至今，主要有集聚分析和非集聚分析兩類方法.目前國內外通常采用以集聚分析思想為指導，包含交通生成、交通分布、交通方式劃分和交通分配4個階段的“四階段”交通需求預測法.多年的實踐表明，由于四階段法中各階段的相對獨立和分割，導致整個預測工作量大，信息需要量大，人力物力消耗巨大，并且出現(xiàn)了許多不符合實際的情況，特別是針對OD分區(qū)數(shù)量很大的城市交通需求預測工作[16].

咸寧市公路交通需求預測以集聚分析思想為指導，采用省略交通方式劃分的“四階段”交通需求預測法.根據(jù)實測的咸寧市公路交通數(shù)據(jù)對各階段模型進行了標定，標定參數(shù)，結合對咸寧市遠景年的交通狀況的分析預測，細致分析了各個階段的模型和算法的選擇和運用，對咸寧市交通發(fā)展規(guī)劃起到了重要作用.也可作為其他地區(qū)公路交通需求預測模型參數(shù)選擇的參考，對其他正式公路網(wǎng)規(guī)劃交通需求預測有很好的指導作用.

參考文獻：

[1]沈崢嶸, 邵春福. 交通需求預測及其應用研究[J]. 道路交通與安全, 2006, 6 (6): 1-7.

[2]盛宇. 中小城市交通需求預測模型研究[D]. 河海大學, 2006.

[3]于明，魏彥明，李振勇.四階段法在交通規(guī)劃中的應用[J].管理觀察，2009(14)：86-87.

[4]劉欣，王洪濤，林洋.交通量預測研究方法評述[J].吉林建筑工程學院學報，2009，26(4)：35-38.

[5]王煒,徐吉謙.城市交通規(guī)劃理論與方法[M].北京:人民交通出版社,1992.

[6]李旭宏.道路交通規(guī)劃[M].南京：東南大學出版社，1977.

[7]王建軍,劉建超,陳寬民.公路建設項目交通需求預測與分析[J].重慶交通學院學報,2004,23(1):45-48.

[8]王暉.高等級公路項目可研階段交通量預測若干問題研究[D].長安大學,2003.

[9]許晗，鄭大為.公路建設項目交通量的預測方法研究[J].山西建筑，2009，35(35)：260-261.

[10]汪恒.武漢城市圈道路客運需求研究[D]. 武漢理工大學,2006.

[11]劉世武,過秀成,陳祖明.公路工程可行性研究中的交通量預測方法探討[J].湖南交通科技, 1999(4): 78-80.

[12]杜智民. 西部地區(qū)公路交通量預測方法研究[D]. 長安大學, 2005.

[13]郭冠英.以路段流量推算出行OD矩陣的研究[J].上海公路，1999(2)：41-44.

[14]沙濱, 袁振州, 繆江華, 等. 基于TransCAD的交通需求預測研究[J]. 山西科技, 2006(1): 24-26.

[15]蓋春英, 裴玉龍. 基于公路網(wǎng)的路段交通量預測方法研究[J]. 公路交通科技, 2002(01)：76-80.

[16]張培林，劉清，丁濤，等.交通運輸專業(yè)虛擬實習平臺的建設[J].武漢工程大學學報，2009，31(9)：72-77.