郭曉魁 （山西省公路局，山西 太原 030006）

·基金項(xiàng)目·

基于序號總和理論的御河大橋交通量預(yù)測研究

郭曉魁 （山西省公路局，山西 太原 030006）

0 引 言

交通量預(yù)測 （traffic volume prognosis）指的是根據(jù)交通調(diào)查資料和發(fā)展規(guī)律，結(jié)合交通吸引、轉(zhuǎn)移等的分析，推算地區(qū)、路線或路段等未來交通量的工作[1]。交通量的預(yù)測是工程建設(shè)規(guī)模、效益分析的重要依據(jù)，預(yù)測值合理與否和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)及評價有密切的聯(lián)系，國外已提出各種預(yù)測方法150多種，但是廣泛應(yīng)用的也就10多種，如：因果關(guān)系分析法、時間序列分析法、趨勢分析法、灰色預(yù)測模型法和多種方法綜合組合預(yù)測法[2]，這些方法都是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)定量分析建立數(shù)學(xué)模型然后做出預(yù)測，在歷史數(shù)據(jù)較為完整，離散化程度低時這些方法預(yù)測精度較為可靠，但當(dāng)歷史數(shù)據(jù)有缺陷不完整、或者波動幅度較大時，所建立數(shù)學(xué)模型的預(yù)測精度將大大降低，進(jìn)而不能完全準(zhǔn)確地反應(yīng)出預(yù)測指標(biāo)和影響因素之間的映射關(guān)系[3]。由于道路交通流的復(fù)雜性和不確定性，傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)方法一直未能取的令人滿意的預(yù)測效果，本文擬探索一種精確度較高的交通量預(yù)測方法。

1 基本理論與交通量分析

1.1 基本理論。序號總和理論是指把各種不同的評價方法下的排序號相加，得到序號總和，按序號總和排序的結(jié)果即真正的位序[4]。序號總和理論在實(shí)際應(yīng)用中主要步驟： （1）分別采用K種評價方法對n個方案進(jìn)行排序，分別得出每種方法下位序；（2）將排序結(jié)果結(jié)合Spearman等級相關(guān)系數(shù)，來確定K種綜合方法排序結(jié)果與參照系數(shù)排序結(jié)果的接近程度，從而利用序號總和理論來預(yù)測交通量。

1.2 交通量分析。通過御河大橋路段上游吳官屯觀測站交通量調(diào)查?？梢缘贸?996～2006年的109國道御河大橋的交通量觀測站歷年交通量，通過 《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》把不同車型折換為標(biāo)準(zhǔn)小客車[5]，得到109國道1996～2006年的汽車折算交通量如表1所示。從表1可以看出，109國道上的交通量逐年趨于上升趨勢，尤其是21世紀(jì)以后，汽車折算的交通量增長速度加快。

表1 1996～2006年的汽車折算交通量

2 交通量預(yù)測

2.1 交通組成分析。根據(jù)表1數(shù)據(jù)，通過對1996～2006年道路交通組成的分析，各車型平均所占比例如圖1所示。由圖1可以看出：在各種車型中大貨車和小客車的比例最高，其次是中型貨車和小客車，這主要是由于109國道承擔(dān)者晉煤外運(yùn)和連接市中心與地方的重要通道，隨著經(jīng)濟(jì)的增長和人民生活水平的提高，交通量也在增大。

2.2 交通量預(yù)測模型建立。由表1可見，不同的時間交通量也不同，所以采用時間序列法分析交通量隨時間變化的規(guī)律，其線性、二項(xiàng)式、指數(shù)三種方法進(jìn)行交通量分析見圖2所示。由圖2可以看出：交通量的增長隨時間的推移逐漸增加，且增加的幅度加大。通過增長趨勢的分析分別得到交通量預(yù)測的數(shù)學(xué)模型見表2。

圖1 各車型組成分析

圖2 交通量隨時間變化態(tài)勢圖

表2 交通量預(yù)測的數(shù)學(xué)模型

由表2可以看出：從相關(guān)系數(shù)可以看出二項(xiàng)式回歸結(jié)果相關(guān)系數(shù)最大R為0.9835，指數(shù)回歸最小R為0.9554，根據(jù)序號總和理論和Spearman等級相關(guān)系數(shù)可知模型 （1）為最優(yōu)值：

式 （1）中：x為年份，y為交通量。

2.3 模型檢驗(yàn)。相關(guān)性檢驗(yàn)：采用F檢驗(yàn)[6]，公式如下：

式（2）中n1為自由度，n2=n-2，n為樣本個數(shù)，R為相關(guān)系數(shù)。查F分布表得：F0.051,（）9 =5.12。

由式（2）計(jì)算得F0.051,（）9 =266.23＞5.12。即在0.05的顯著水平下，式 （1）通過了相關(guān)性檢驗(yàn)。

由式 （1）代入預(yù)測的特征年可以得到預(yù)測結(jié)果：即2010年、2015、2020年交通量分別為7 203、11 896和18 063輛/日。其預(yù)測年交通量見表3、圖3所示。

表3 汽車交通量的時間序列法預(yù)測值

由圖3可以看出，國道109線御河橋的交通量呈增長態(tài)勢。

圖3 交通量預(yù)測圖

3 結(jié) 論

通過對國道109線御河橋路交通量的調(diào)查，把調(diào)查的交通量折換為當(dāng)量小汽車數(shù)量，分析了其中道路交通組成的構(gòu)成及構(gòu)成形成的原因，并對交通量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測，并根據(jù)序號總和理論確定出預(yù)測模型，并得出預(yù)測值。交通量的預(yù)測不僅可為道路的投資、改擴(kuò)建工程提供了理論依據(jù)，也為交通量的精確預(yù)測提供了一種新的思路。

[1] 顧政華.綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)下的公路建設(shè)項(xiàng)目交通量預(yù)測方法研究[J].公路，2007(1):108-114.

[2] 楊永虎，鐘駿杰，范世東,等.模糊數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在交通量預(yù)測中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程，2003(6):78-79.

[3] 武喜，李娟，喬建剛.基于公鐵聯(lián)運(yùn)立交橋貨運(yùn)量預(yù)測的研究[J].物流科技，2010(2):108-111.

[4] 杭州商學(xué)院省自然科學(xué)基金課題組.序號總和理論及其在綜合經(jīng)濟(jì)效益排序中的應(yīng)用[J].數(shù)量經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究，1996(1):59-61.

[5] 中華人民共和國交通部.公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)JTG B01-2003[M].北京：人民交通出版社，2004.

[6] 楊永發(fā).概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)教程[M].天津：南開大學(xué)出版社，2006.

Study on Traffic Volume Forecasting of Imperial River Bridge Based on the Theory of Serial Number Summation

GUO Xiao-kui (Shanxi Highway Administration Bureau,Taiyuan 030006,China)

為了評價公路網(wǎng)設(shè)計(jì)的可靠性，提高交通量預(yù)測的精確度，以交通工程的基本理論為指導(dǎo)，在大量調(diào)查數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用時間序列法的線性、二項(xiàng)式、指數(shù)等方法進(jìn)行交通量預(yù)測，得到了相應(yīng)的預(yù)測模型，通過序號總和理論得到了精確度較高的預(yù)測模型，并通過預(yù)測模型計(jì)算出未來特征年的交通量，為交通量的預(yù)測研究提供了一種新的研究思路。

交通量；預(yù)測；公路

In order to evaluate the reliability of road network design,improve the accuracy of traffic volume forecasting,with the guidance of basic traffic engineering theory,based on a large number of survey data,the paper conducts traffic volume forecasting using linear,binomial,exponential time series and other methods,obtains the corresponding prediction model,gets prediction model with higher accuracy by means of using the theory of serial number summation,and calculates traffic volume of future characteristic year through prediction,which provides a new research ideas for the study of on traffic volume forecasting.

traffic volume;forecasting;highway

F570

A

2011-01-04

山西省交通廳科技計(jì)劃資助項(xiàng)目。

郭曉魁（1978-），男，山西朔州人，山西省公路局，工程師，碩士，研究方向：建筑與土木工程。

1002-3100(2011)04-0011-02