何曉鳴，李玉娟

(武漢工程大學(xué)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430074)

0 引 言

近年來(lái)，我國(guó)國(guó)家交通網(wǎng)絡(luò)布局日臻完善.截止2007年底，我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)總里程達(dá)到382萬(wàn)公里，公路里程達(dá)357萬(wàn)公里，鐵路里程達(dá)7.77萬(wàn)公里，內(nèi)河航道里程達(dá)12.3萬(wàn)公里，港口泊位3.58萬(wàn)個(gè)，萬(wàn)噸級(jí)以上泊位1 403個(gè)，管道里程達(dá)4.8萬(wàn)公里，民用機(jī)場(chǎng)142個(gè).隨著我國(guó)城市化水平的不斷提高，城市規(guī)模的擴(kuò)大將導(dǎo)致交通需求的顯著增長(zhǎng).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(guò)程中用科學(xué)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(guó)城市交通需求預(yù)測(cè)的理論方法.以集聚分析思想為指導(dǎo)，應(yīng)用包含交通生成、交通分布、交通方式劃分和交通分配4個(gè)階段的“四階段”交通需求預(yù)測(cè)法，針對(duì)公路交通省略了交通方式劃分預(yù)測(cè)，并以咸寧市中等城市為例，結(jié)合具體情況進(jìn)行標(biāo)定，利用TransCAD交通規(guī)劃軟件預(yù)測(cè)未來(lái)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(yù)測(cè)

交通生成預(yù)測(cè)是交通需求分析工作中最基本的部分之一，目標(biāo)是求得各個(gè)對(duì)象地區(qū)的交通需求總量，即交通生成量，進(jìn)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(zhì)和設(shè)施規(guī)模有著密切的關(guān)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(lái)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(yù)測(cè)一般建立在OD(Origin Destination)調(diào)查、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、人口和土地利用情況的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)學(xué)模型，得到未來(lái)各個(gè)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(yù)測(cè)中，由于交通方式可選擇性相對(duì)城市較小，公路一般不做交通方式劃分預(yù)測(cè)[7].在咸寧市交通發(fā)展規(guī)劃中，運(yùn)用四階段法對(duì)各個(gè)交通小區(qū)和道路網(wǎng)的交通狀況進(jìn)行了科學(xué)的預(yù)測(cè)，為咸寧市交通發(fā)展規(guī)劃提供了科學(xué)的依據(jù).

出行生成預(yù)測(cè)包括出行發(fā)生預(yù)測(cè)和出行吸引預(yù)測(cè).發(fā)生量與吸引量預(yù)測(cè)是四階段交通需求預(yù)測(cè)的第一階段.常用的模型有類型分析法、回歸分析法及增長(zhǎng)率法[8-9].回歸分析法可解釋性強(qiáng)，可靠性好，在使用中比較簡(jiǎn)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(huì)經(jīng)濟(jì)、人口、用地特征等方面基礎(chǔ)資料的相關(guān)性.將與交通量等密切相關(guān)的人口、GDP及工業(yè)生產(chǎn)總值作為三個(gè)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(diǎn)個(gè)數(shù)，F(xiàn)ik、Rik分別為節(jié)點(diǎn)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(diǎn)i第k年的GDP和工業(yè)生產(chǎn)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(biāo)定

引入矩陣:對(duì)某一個(gè)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(gè)回歸系數(shù)，從而標(biāo)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(jīng)濟(jì)指標(biāo)Gik、人口Rik和工業(yè)生產(chǎn)總值Qik，通過(guò)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(yù)測(cè)結(jié)果

將預(yù)測(cè)的未來(lái)年的社會(huì)經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)指標(biāo)(2010年、2015年、2025年)代入交通發(fā)生、吸引量預(yù)測(cè)模型，得到咸寧市及各縣、市區(qū)交通發(fā)生、吸引量預(yù)測(cè)值如表1所示.

表1 咸寧市及各縣市區(qū)交通發(fā)生量預(yù)測(cè)值

2 出行分布預(yù)測(cè)

交通分布預(yù)測(cè)是把交通的發(fā)生與吸引量預(yù)測(cè)獲得的各小區(qū)的出行量轉(zhuǎn)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(yù)測(cè)方法有增長(zhǎng)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(guó)內(nèi)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(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)因素和出行空間、時(shí)間因素，借鑒了萬(wàn)有引力定律的空間互動(dòng)關(guān)系模型分析方法[12-13],尤其適用于公路網(wǎng)的交通分布預(yù)測(cè).進(jìn)行交通分布預(yù)測(cè)前，要對(duì)各交通小區(qū)進(jìn)行編號(hào)，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(hào)表

阻抗函數(shù)：

(6)

上述模型在標(biāo)定時(shí)，考慮到交換量誤差，標(biāo)定時(shí)引入了布局調(diào)整系數(shù)Fij，即令

(7)

(8)

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

Xij為i區(qū)到j(luò)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(biāo)定

第一步，計(jì)算11個(gè)交通小區(qū)之間的行駛時(shí)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(diào)查值.

第六步：計(jì)算調(diào)查的與模型的起訖點(diǎn)阻抗矩陣中所有出行的平均出行時(shí)間采用加權(quán)平均：

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

計(jì)算表明，當(dāng)α=1.0時(shí)，TGM調(diào)查所得到的平均時(shí)間為825.84，TOD模型計(jì)算所得到的平均出行時(shí)間(單位：min)為826.10，滿足誤差要求.

2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果

依據(jù)標(biāo)定的模型參數(shù)，利用專業(yè)交通規(guī)劃軟件TransCAD(美國(guó))進(jìn)行交通分布計(jì)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(jī)動(dòng)車出行期望線圖.2010年的機(jī)動(dòng)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(jī)動(dòng)車出行期望線圖

3 交通分配預(yù)測(cè)

交通分配預(yù)測(cè)是根據(jù)出行分布預(yù)測(cè)得到的遠(yuǎn)景OD表來(lái)推算干道交通量.運(yùn)用TransCAD中的隨機(jī)用戶平衡模型建立了路段行駛時(shí)間與路段交通量之間的函數(shù)關(guān)系，通過(guò)反復(fù)迭代分配計(jì)算(達(dá)到要求的精度)，得到各路段上的交通量.

3.1 交通分配預(yù)測(cè)模型

路段阻抗函數(shù)是一個(gè)基本要素，目前為止，交通工程界的唯一公認(rèn)的阻抗函數(shù)實(shí)例是來(lái)自于美國(guó)聯(lián)邦公路局的走行時(shí)間公式[15]：

(10)

式(10)中：t為路段行駛時(shí)間阻抗函數(shù)；t0為交通量為零時(shí)的路段行駛時(shí)間(min)；V為路段交通量(輛/h)；C為路段實(shí)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(guò)U0=S·η·V0來(lái)確定，η為車道寬影響系數(shù)；S交叉口影響系數(shù)；路段設(shè)計(jì)車速V0與道路等級(jí)有關(guān)不同的道路等級(jí)采用不同的設(shè)計(jì)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(jì)算方法具體參考美國(guó)《道路通行能力手冊(cè)》.

3.2 交通分配預(yù)測(cè)結(jié)果

采用TransCAD軟件中的隨機(jī)用戶平衡模型計(jì)算得2010年、2015年以及2025年咸寧市交通分配預(yù)測(cè)結(jié)果如表4所示.

表4 2010年咸寧市主干路網(wǎng)交通分配結(jié)果

4 結(jié) 語(yǔ)

城市交通需求預(yù)測(cè)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(guó)內(nèi)外通常采用以集聚分析思想為指導(dǎo)，包含交通生成、交通分布、交通方式劃分和交通分配4個(gè)階段的“四階段”交通需求預(yù)測(cè)法.多年的實(shí)踐表明，由于四階段法中各階段的相對(duì)獨(dú)立和分割，導(dǎo)致整個(gè)預(yù)測(cè)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(shí)際的情況，特別是針對(duì)OD分區(qū)數(shù)量很大的城市交通需求預(yù)測(cè)工作[16].

咸寧市公路交通需求預(yù)測(cè)以集聚分析思想為指導(dǎo)，采用省略交通方式劃分的“四階段”交通需求預(yù)測(cè)法.根據(jù)實(shí)測(cè)的咸寧市公路交通數(shù)據(jù)對(duì)各階段模型進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定參數(shù)，結(jié)合對(duì)咸寧市遠(yuǎn)景年的交通狀況的分析預(yù)測(cè)，細(xì)致分析了各個(gè)階段的模型和算法的選擇和運(yùn)用，對(duì)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(yù)測(cè)模型參數(shù)選擇的參考，對(duì)其他正式公路網(wǎng)規(guī)劃交通需求預(yù)測(cè)有很好的指導(dǎo)作用.

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