林玉英，陳 誠(chéng)，劉娜翠，邱榮祖

(福建農(nóng)林大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，福建福州350002)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來(lái)福建省加快推進(jìn)了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，初步建立了由公路、水路、鐵路、民航、管道等5種運(yùn)輸方式構(gòu)成的綜合交通運(yùn)輸體系，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步得到完善。道路旅客運(yùn)輸是綜合交通運(yùn)輸體系的主要組成部分，加強(qiáng)對(duì)道路客運(yùn)市場(chǎng)的調(diào)查和研究，對(duì)道路客運(yùn)需求量進(jìn)行分析與預(yù)測(cè)，可為相關(guān)部門(mén)進(jìn)行資源合理配置提供參考依據(jù)，促進(jìn)全省運(yùn)輸業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

客運(yùn)需求預(yù)測(cè)的方法主要分為兩類(lèi)，即定性預(yù)測(cè)和定量預(yù)測(cè)。定性方法主要有專(zhuān)家分析法、德?tīng)柗品ǖ?定量方法主要有灰色系統(tǒng)法、指數(shù)平滑法、回歸分析法、四階段預(yù)測(cè)法等。其中，四階段法作為交通需求預(yù)測(cè)的傳統(tǒng)方法，其邏輯關(guān)系明確、步驟分明，在城市交通規(guī)劃領(lǐng)域已被廣泛應(yīng)用，理論和技術(shù)上已趨于成熟［1］。但隨著道路網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，交通小區(qū)數(shù)量不斷增多，OD分布矩陣數(shù)據(jù)量更加龐大，分布預(yù)測(cè)求解時(shí)需要多次迭代，計(jì)算復(fù)雜，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，該方法的應(yīng)用受到了很大的局限。Excel VBA具有高效處理大型計(jì)算及重復(fù)性任務(wù)，定制程序界面，開(kāi)發(fā)受保護(hù)的專(zhuān)業(yè)程序等強(qiáng)大功能［2］，加上用戶對(duì)Excel的界面和操作熟悉等優(yōu)勢(shì)，已廣泛應(yīng)用于人事管理、教學(xué)管理、決策分析、數(shù)學(xué)模型求解計(jì)算等［3-6］。因此筆者利用VBA對(duì)Excel進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)道路客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)的快速計(jì)算，提高預(yù)測(cè)精度和效率，為相關(guān)人員進(jìn)行道路客運(yùn)需求分析和運(yùn)力規(guī)劃提供輔助手段。

1 預(yù)測(cè)模型與方法

四階段預(yù)測(cè)法包括交通生成預(yù)測(cè)、交通分布預(yù)測(cè)、交通方式劃分預(yù)測(cè)、交通分配預(yù)測(cè)。交通分布預(yù)測(cè)是交通規(guī)劃四階段法的主要步驟之一，是利用現(xiàn)狀(基準(zhǔn)年)的交通發(fā)生與吸引量來(lái)推求目標(biāo)年的交通發(fā)生與吸引量［7］。交通分布預(yù)測(cè)的方法很多，其中增長(zhǎng)系數(shù)法，模型簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果能滿足客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)的精度要求。

筆者采用增長(zhǎng)系數(shù)法中的底特律法對(duì)客運(yùn)需求分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。該方法考慮的因素比較全面，收斂速度較快。假設(shè)交通分布模式現(xiàn)在和將來(lái)變化不大，適用于小區(qū)或小區(qū)間的出行不太受空間阻撓因素的影響，而只受地區(qū)間產(chǎn)生及吸引特性影響的空間分布形態(tài)。

OD表是描述各交通小區(qū)的發(fā)生與吸引交通量表格，是交通分布預(yù)測(cè)乃至交通規(guī)劃步驟中的重要數(shù)據(jù)［8］。應(yīng)用底特律法進(jìn)行客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)，首先要準(zhǔn)備基準(zhǔn)年OD調(diào)查表數(shù)據(jù)、客運(yùn)生成預(yù)測(cè)的目標(biāo)年發(fā)生和吸引量，然后計(jì)算相應(yīng)的比率，進(jìn)行迭代運(yùn)算。通過(guò)反復(fù)計(jì)算分布量、發(fā)生量、吸引量和增長(zhǎng)比率，直到比率達(dá)到需求的預(yù)測(cè)精度，則輸出預(yù)測(cè)的最終結(jié)果。其運(yùn)算流程如圖1。

圖1 底特律法運(yùn)算流程Fig.1 Operation flow diagram of Detroit method

1)令迭代次數(shù)m=0。

3)求出各小區(qū)的發(fā)生與吸引交通量的增長(zhǎng)率FmOi，，增長(zhǎng)率函數(shù)為f()：

5)收斂判別。

若滿足上述條件，則結(jié)束計(jì)算;反之，令 m=m+1，返回到第②步。

2 基于Excel VBA的預(yù)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

由于福建省道路客運(yùn)分布預(yù)測(cè)涉及的數(shù)據(jù)量大，其預(yù)測(cè)結(jié)果直接影響到全省客運(yùn)規(guī)劃、運(yùn)力投放、設(shè)施建設(shè)等，用戶進(jìn)行客運(yùn)分布預(yù)測(cè)操作時(shí)，主要的需求是界面友好，操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行速度快，結(jié)果準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)保密和安全。另外，由于每個(gè)區(qū)域的交通小區(qū)的數(shù)目是不同的，系統(tǒng)要有一定的靈活性和適應(yīng)性。根據(jù)用戶的需求，系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能，如圖2。

圖2 系統(tǒng)的主要功能Fig.2 Main functions of the system

2.1.1 權(quán)限認(rèn)證

用于驗(yàn)證用戶是否為指定操作人員。如果未輸入或者輸入的不是預(yù)設(shè)的用戶或者密碼不正確，系統(tǒng)都會(huì)有相應(yīng)的提示，并且等待用戶繼續(xù)輸入。如果輸入的用戶名和密碼都正確，則進(jìn)入初始OD矩陣所在的工作表。

2.1.2 操作幫助

給操作人員具體的步驟提示，例如提示用戶按照給定的模版在初始表輸入數(shù)據(jù)，從而為程序運(yùn)行提供初始數(shù)據(jù)。這個(gè)步驟十分關(guān)鍵，如果用戶輸入有誤，將直接影響到后面的迭代運(yùn)算結(jié)果。系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)智能著色，只要選定某個(gè)預(yù)備輸入數(shù)據(jù)的單元格，則該單元格對(duì)應(yīng)的整行和整列都有鮮艷的背景顏色，以防止用戶在輸入大量數(shù)據(jù)的過(guò)程中，因看錯(cuò)行或列所造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)位。

2.1.3 數(shù)據(jù)錄入

福建省各個(gè)城市、各個(gè)縣城，各個(gè)城鎮(zhèn)的相關(guān)部門(mén)在進(jìn)行交通分布預(yù)測(cè)時(shí)，考慮到的交通小區(qū)的數(shù)目是不同的。為了提高系統(tǒng)的適用性，必須根據(jù)用戶需求的交通小區(qū)數(shù)目來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)運(yùn)算。

2.1.4 需求預(yù)測(cè)

通過(guò)控件工具箱，設(shè)計(jì)表單控件中的命令按鈕，實(shí)現(xiàn)單擊命令按鈕則進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，此后無(wú)需人工操作，用戶只需等待結(jié)果。

2.1.5 結(jié)果輸出

當(dāng)交通小區(qū)的數(shù)目多時(shí)，可能要進(jìn)行無(wú)數(shù)次迭代，程序運(yùn)行結(jié)束時(shí)，工作簿中迭代的工作表數(shù)目很多，這時(shí)需要有運(yùn)行結(jié)果的通知，并且直接跳到最終的OD矩陣工作表，以便用戶查看計(jì)算結(jié)果，從而輔助決策。

2.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)以上功能，首先建立Excel工作簿，命名為“客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)系統(tǒng)”，在工作簿中要設(shè)計(jì)初始迭代模板的工作表，將其命名為“0次”。以福州、廈門(mén)、泉州3個(gè)交通小區(qū)為例，設(shè)計(jì)輸入模板，以及智能背景著色，方便用戶輸入現(xiàn)狀OD矩陣、發(fā)生量、吸引量等數(shù)據(jù)，如圖3。

設(shè)計(jì)系統(tǒng)權(quán)限認(rèn)證界面，編程實(shí)現(xiàn)用戶登錄。當(dāng)用戶雙擊工作簿時(shí)，跳出權(quán)限認(rèn)證窗口，在窗口文本框填入正確的用戶名和密碼之后，允許工作簿打開(kāi)，激活初始迭代的“0次”工作表，并用信息框顯示操作幫助信息。當(dāng)用戶按照模板輸入數(shù)據(jù)之后，點(diǎn)擊“開(kāi)始計(jì)算”按鈕時(shí)，系統(tǒng)跳出輸入框，提供給用戶輸入交通小區(qū)數(shù)目，默認(rèn)為3。如果用戶誤輸入了非數(shù)值，則提示“無(wú)效的數(shù)字”，如果用戶輸入正確的交通小區(qū)數(shù)目，點(diǎn)擊輸入框的“確定”按鈕，系統(tǒng)即進(jìn)行迭代運(yùn)算，幾秒之后可看到運(yùn)行結(jié)果通知信息和最終結(jié)果工作表，如圖4。

圖3 初始數(shù)據(jù)工作表的輸入模板Fig.3 Input template of the initial data worksheet

圖4 運(yùn)行結(jié)果工作表Fig.4 Worksheet of the running results

3 系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 交通小區(qū)劃分

以福建省省內(nèi)班線道路客運(yùn)為例，應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)。根據(jù)福建省的實(shí)際情況，同時(shí)保證全面反映交通流特征和調(diào)查數(shù)據(jù)易于統(tǒng)計(jì)的前提下，按照行政區(qū)域設(shè)區(qū)市為單位，將其劃分為9個(gè)交通小區(qū)，分別是福州、莆田、泉州、廈門(mén)、漳州、龍巖、三明、南平、寧德。

3.2 OD 調(diào)查表

通過(guò)調(diào)查我省9地市出站率數(shù)據(jù)，經(jīng)整理得出2010年、2011年各個(gè)交通小區(qū)客運(yùn)量OD調(diào)查表，如表1、表2。

表1 2010年OD調(diào)查T(mén)able 1 OD questionnaire of 2010

表2 2011年OD調(diào)查T(mén)able 2 OD questionnaire of 2011

3.3 系統(tǒng)驗(yàn)證

以表1的數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，結(jié)合近5年各交通小區(qū)人口分布和GDP增長(zhǎng)，應(yīng)用該系統(tǒng)計(jì)算獲得2011年預(yù)測(cè)表，見(jiàn)表3。

表3 2011年OD預(yù)測(cè)結(jié)果Table 3 OD forecasting result table for 2011

將2011年預(yù)測(cè)OD表(表3)和2011實(shí)際調(diào)查OD表(表2)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，求出兩個(gè)表對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差，獲得平均相對(duì)誤差率為13.1%，由此可知預(yù)測(cè)表中大部分的流量流向數(shù)據(jù)與調(diào)查表數(shù)據(jù)相吻合，表明應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行福建省道路客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)是可行的。

3.4 客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)

現(xiàn)以2011年為基準(zhǔn)年(以表2為基準(zhǔn)表)，綜合各地區(qū)人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢(shì)，預(yù)測(cè)2015年的客運(yùn)分布量。進(jìn)入“客運(yùn)分布預(yù)測(cè)系統(tǒng)”工作簿，按照“0次”工作表的模版，將表2的數(shù)據(jù)輸入，點(diǎn)擊“開(kāi)始計(jì)算”按鈕，按照提示輸入交通小區(qū)數(shù)目“9”，得出2015年客運(yùn)分布預(yù)測(cè)的最終結(jié)果，如表4。

表4 2015年OD預(yù)測(cè)結(jié)果Table 4 OD forecasting result table for 2015

3.5 預(yù)測(cè)結(jié)果分析

4 結(jié)語(yǔ)

福建Y省客運(yùn)需求旺盛，數(shù)據(jù)量較大，客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)工作顯得十分繁瑣。Excel作為優(yōu)秀的Office組件之一，功能強(qiáng)大，運(yùn)用廣泛，簡(jiǎn)單易操作，且為用戶所熟悉。對(duì)于福建省的道路客運(yùn)需求分布預(yù)測(cè)，結(jié)合增長(zhǎng)系數(shù)法中的底特律方法，運(yùn)用 Excel VBA開(kāi)發(fā)“客運(yùn)分布預(yù)測(cè)系統(tǒng)”，能夠?qū)τ脩舻臋?quán)限進(jìn)行驗(yàn)證，起到保護(hù)數(shù)據(jù)的作用，而且可以根據(jù)用戶的需求，將其輸入的不同的交通小區(qū)數(shù)代入程序進(jìn)行迭代運(yùn)算，最終得出目標(biāo)年的客運(yùn)分布量。初步應(yīng)用研究表明，系統(tǒng)的用戶界面友好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，運(yùn)行效率高，在用戶滿意的精度下，通常都是5 s以?xún)?nèi)完成數(shù)次迭代。另外，得出的最終結(jié)果表與用戶輸入的初始數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)是一致的，便于用戶在Excel進(jìn)行其他數(shù)據(jù)處理操作，使工作效率大大提高。但分布預(yù)測(cè)僅是構(gòu)成整個(gè)4階段預(yù)測(cè)的重要部分，尚有客運(yùn)生成預(yù)測(cè)，交通方式劃分，交通分配等，系統(tǒng)功能有待于進(jìn)一步完善。

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