程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

高等級公路交通量需求預(yù)測方法

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計院)

針對我國大部分地區(qū)存在鐵路、高速公路、低等級公路三者并行這一實際情況，提出了在上述運輸通道系統(tǒng)中，預(yù)測未來特征年高速公路交通量的方法。重點論述了運輸通道趨勢交通量、高速公路的轉(zhuǎn)移與誘增交通量的預(yù)測方法和模型，并結(jié)合實例對上述方法的可操作性進行了驗證。

高速公路;交通量預(yù)測;轉(zhuǎn)移交通量;誘增交通量

1 前言

我國目前在公路交通量預(yù)測方面主要有兩個方法:個別推算法與“四階段”預(yù)測法。

20世紀(jì)80年代，我國公路建設(shè)項目交通量預(yù)測研究尚處于探索成長階段，交通量預(yù)測主要采用個別推算法，又可分為直接法和間接法。直接法是直接以路段交通量作為研究對象;間接法則是以運輸量作為研究對象，最后轉(zhuǎn)換為路段交通量。

進入20世紀(jì)90年代后，我國的公路建設(shè)項目，特別是高速公路建設(shè)項目的交通量分析預(yù)測多采用“四階段”預(yù)測，該法以機動車出行起訖點調(diào)查為基礎(chǔ)，包括交通量的生成、交通分布、交通方式選擇和交通量分配四個階段。其中每一個階段都以擬建項目所在區(qū)域的公路網(wǎng)為研究對象，分析區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展變化及其對交通運輸?shù)男枨?，并通過一定的模型預(yù)測項目影響區(qū)域內(nèi)交通的產(chǎn)生、分布及其在路網(wǎng)上的分配。

這兩種方法對轉(zhuǎn)移交通量和誘增交通量的計算多采用定性的方法，即一般是根據(jù)專家的經(jīng)驗給出一個相對于趨勢交通量的比率。本文將結(jié)合我國國情提出一種推算轉(zhuǎn)移交通量的方法，并根據(jù)交通與經(jīng)濟之間的關(guān)系來計算誘增交通量。

2 運輸通道中趨勢交通量

運輸通道中趨勢交通量是指在高速公路新建前原運輸通道中的交通量及正常增長的交通量，如用Q表示即

式中:Q0為基年運輸通道中的交通量;β為趨勢交通量的增長率;t為預(yù)測年限。

運輸通道中趨勢交通量增長率與直接影響區(qū)內(nèi)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增長率、社會總產(chǎn)值增長率、人口增長率等趨勢型指標(biāo)有關(guān)?？梢酝ㄟ^多種數(shù)學(xué)方法得到他們之間的關(guān)系，如彈性關(guān)系模型、回歸分析、計量經(jīng)濟分析等方法，此處不再對其進行贅述。

3 高速公路轉(zhuǎn)移交通量

轉(zhuǎn)移交通量可以分為交通運輸方式的轉(zhuǎn)移交通量和交通路線的轉(zhuǎn)移交通量兩種。本文中交通運輸方式的轉(zhuǎn)移交通量主要是指鐵路運輸量的轉(zhuǎn)移，對于高速公路來說，交通運輸方式的轉(zhuǎn)移交通量可以理解為“新增交通量”，其主要影響因素有運輸距離、運輸費用、運輸價格、送達速率、方便性等。交通路線的轉(zhuǎn)移交通量是指高速公路交通量在高速公路與低等級公路二者交通量總數(shù)中所占的分配率，其主要影響因素有:收費價格在用戶效益中所占的比例;公路間的級差效益;路網(wǎng)及其道路條件的變化;高速公路的行駛距離等。

3.1 高速公路轉(zhuǎn)移交通量預(yù)測模型

目前我國鐵路、高速公路、低等級公路三者并行的運輸通道比較普遍，三種運輸方式之間存在著較明顯的交通量轉(zhuǎn)移問題。本文從這一實際出發(fā)，應(yīng)用合并式的Logit模型，采用分層計算的方法來計算運輸通道中的高速公路交通量。模型的表達式為

式中:Ph為高速公路交通量占運輸通道總交通量的比例;Pr為鐵路運量占運輸通道總交通量的比例;Vr、Vh、Vl為分別為鐵路、高速公路、低等級公路的效用確定項;λ、b為模型參數(shù)，λ≤b。

3.2 效用確定項的標(biāo)定

本文采用行車時間為效用確定項，其原因是:行車時間是出行者選擇出行方式(這里包括出行路線)最主要的指標(biāo)之一;幾乎所有的其他效用項都和行車時間有關(guān)，且行車時間概念明確，容易表達。

鐵路的行車時間可以通過調(diào)查直接得到。低等級公路的行車時間可由我國交通部公路科學(xué)研究所建議使用的“公路交通流車速—流量關(guān)系模型”與時間—速度公式(t=AS/U)得到時間—流量的函數(shù)來計算確定，具體模型為

式中:V/C為公路服務(wù)水平;U為實際交通量V大于通行能力C時車輛平均行駛車速;Us為交通量為零時的車輛平均行駛速度;α1、β為回歸參數(shù)。t1為在低等級公路上車輛的行駛時間;S為車輛的行駛里程。

對于實行收費的高速公路需要考慮道路收費對行車時間的影響。這里把道路收費對行車的影響通過將道路收費轉(zhuǎn)換成行駛時間來模擬，從而形成包括行車時間、道路收費轉(zhuǎn)換時間在內(nèi)的廣義時間，即如公式(5)所示

式中:t'h為車輛的廣義時間;th為在高速公路上車輛的行車時間，計算方法同低等級公路;tf為高速公路收費轉(zhuǎn)換時間，與各種車型的時間價值和收費標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)。

4 高速公路誘增交通量

誘增交通量是指由于高速公路的實施而新產(chǎn)生的交通量，包括潛在交通量和發(fā)展交通量兩部分。潛在交通量是該地區(qū)潛在的客、貨流量，公路修建前由于不方便、運費昂貴或路程遠，沒有實際發(fā)生;發(fā)展交通量是高速公路修建刺激區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展，沿著“高速公路走廊”逐漸形成大量的工業(yè)區(qū)、商業(yè)網(wǎng)點和組群式城鎮(zhèn)所產(chǎn)生的運輸需求而形成的交通量。

4.1 模型主要工作過程

本文提出的誘增交通量預(yù)測方法具體包括以下幾個過程。

(1)劃分影響區(qū)及交通小區(qū);(2)確定初期誘增交通量分布矩陣;(3)交通區(qū)經(jīng)濟預(yù)測;(4)建立誘增交通量經(jīng)濟預(yù)測模型，預(yù)測未來各特征年誘增交通產(chǎn)生量及分布量;(5)誘增交通量的分配預(yù)測。其中，影響區(qū)及交通小區(qū)的劃分方法與工程可行性研究的劃分方法相同，此處不再贅述，在上述工作過程中，建立誘增交通量經(jīng)濟預(yù)測模型是核心內(nèi)容。

4.2 誘增交通量經(jīng)濟預(yù)測模型

本文采用基于經(jīng)濟與交通關(guān)系的矩陣來預(yù)測誘增交通量，其核心內(nèi)容是矩陣求逆預(yù)測模型。具體方法是根據(jù)經(jīng)驗假設(shè)得到關(guān)系式(6)中價輛比元aij，并認(rèn)為在基本年和任何特征年中的價輛比元aij都是穩(wěn)定的，用基本年的數(shù)據(jù)求出價輛比元aij，然后利用矩陣求逆求出未來特征年誘增交通產(chǎn)生量和吸引量。

式中:tij為交通小區(qū)i到交通小區(qū)j的誘增交通量;γ為模型參數(shù);ui、uj為交通小區(qū)i、j的經(jīng)濟增長量;Fi為交通小區(qū)i誘增交通量的產(chǎn)生量(矩陣［tij］n×n的第i行的和);Dj為交通小區(qū)j誘增交通量的吸引量(矩陣［tij］n×n的第 j列的和)。

由此，當(dāng)采用基年已知的誘增交通量和經(jīng)濟增長量求得價輛比后，若預(yù)測得到特征年的經(jīng)濟增長量向量U，便可方便的求得預(yù)測特征年的誘增交通產(chǎn)生量向量F和吸引量向量D。

4.3 基年誘增交通量的確定

基年直接影響區(qū)內(nèi)誘增交通總量按式(7)計算確定

式中:Qu為直接影響區(qū)內(nèi)的誘增的總交通量;Qn為直接影響區(qū)內(nèi)高速公路實測交通量;Q0為直接影響區(qū)內(nèi)原有道路實測交通量;Qt為其他運輸方式的轉(zhuǎn)移交通量;Q'0為在無高速公路情況下，趨勢預(yù)測交通量。

根據(jù)可研階段確定的現(xiàn)狀OD表及經(jīng)濟調(diào)查成果的規(guī)律，將基年直接影響區(qū)內(nèi)誘增交通總量分布到各個交通區(qū)上，從而得到基年誘增交通量的分布矩陣，這是進行誘增交通量預(yù)測的基礎(chǔ)。

4.4 交通區(qū)經(jīng)濟增長量預(yù)測

誘增交通量與經(jīng)濟增長量間有著密切的相關(guān)關(guān)系。交通區(qū)經(jīng)濟增長量預(yù)測就是預(yù)測直接影響區(qū)內(nèi)各個交通小區(qū)在未來各個特征年里由于高速公路建設(shè)項目的引入而產(chǎn)生的誘增型經(jīng)濟增長量。本文采用了空間經(jīng)濟可接近模型來預(yù)測誘增型經(jīng)濟增長量，該模型由時間距離公式、經(jīng)濟潛力決定公式及經(jīng)濟誘增效果計算公式組成。

5 模型實例應(yīng)用分析

本文結(jié)合(哈爾濱)雙(城)高速公路的有關(guān)數(shù)據(jù)資料，應(yīng)用該理論方法進行了實例計算。根據(jù)公式(1)可以得到2005年通道客運交通量為8 539輛/日，貨運交通量為11 254輛/日。轉(zhuǎn)移交通量模型中各效用確定項如表1所示。

表1 2005年哈雙高速公路轉(zhuǎn)移交通量效用確定項數(shù)值表

通過公式(3)的計算可以得到2005哈雙高速公路客運和貨運的預(yù)測轉(zhuǎn)移交通量。

在確定基年誘增交通量分布矩陣(見表2)、模型參數(shù)(γ=0.43)和價輛比元aij(見表3)時，選取的是2001年的交通調(diào)查和經(jīng)濟調(diào)查資料。利用前述的方法得到的2005年誘增交通生成量及分布量見表4。

表2 2001年哈雙高速公路誘增交通量OD表

表3 調(diào)整系數(shù)表

表4 2005年哈雙高速公路誘增交通量預(yù)測OD表

由此可以得到2005年哈雙高速公路的交通量分布矩陣，如表5所示。

表5 2005年哈雙高速公路交通量OD表

6 研究結(jié)論

交通量預(yù)測是交通規(guī)劃中的主要步驟之一，它的預(yù)測結(jié)果直接影響建設(shè)項目的等級、規(guī)模。本文以交通運輸通道為研究基礎(chǔ)，把高速公路交通量分為趨勢交通量、轉(zhuǎn)移交通量、誘增交通量三部分進行預(yù)測，針對轉(zhuǎn)移與誘增交通量產(chǎn)生的機理、特點，提出相應(yīng)的預(yù)測模型，并用實例檢驗了預(yù)測模型的可行性。本文中的轉(zhuǎn)移與誘增交通量預(yù)測模型可以結(jié)合在現(xiàn)行的“四階段”預(yù)測方法中，來提高交通量預(yù)測的精度。

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