譚爭偉，陳 珍

(1. 長安大學(xué)，西安 710064；2. 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

城市交通

考慮油耗模型的廣義費(fèi)用在交通分配中的應(yīng)用

譚爭偉1，陳 珍2

(1. 長安大學(xué)，西安 710064；2. 招商局重慶交通科研設(shè)計(jì)院有限公司，重慶 400067)

在總結(jié)前人在公路網(wǎng)交通分配中路徑費(fèi)用成果的基礎(chǔ)上，引入車輛油耗優(yōu)化模型，從而優(yōu)化多模式動態(tài)交通分配中的成本計(jì)算，使得模型分配結(jié)果更接近實(shí)際．最后以成都公路網(wǎng)主骨架為案例，對比優(yōu)化模型前后的分配結(jié)果與實(shí)際調(diào)查的吻合度，分析引入油耗模型后的多模式動態(tài)模型分配的效果．

交通分配；廣義費(fèi)用；油耗模型

路徑費(fèi)用函數(shù)是交通規(guī)劃與交通分配的重要參數(shù)，是決定交通分配中路徑選擇符合實(shí)際性的關(guān)鍵，直接關(guān)系到交通分配精度的高低[1]．世界各國的學(xué)者對路徑費(fèi)用函數(shù)進(jìn)行了大量的研究，并且取得了一些理論與實(shí)際成果．其中包括中國學(xué)者根據(jù)國內(nèi)交通實(shí)際情況對路阻函數(shù)進(jìn)行的修正，提出廣義路徑行駛費(fèi)用中需考慮收費(fèi)的影響．

廣義路徑行駛費(fèi)用的提出，全面地考慮了出行者路徑選擇的影響因素，其中包括行駛時(shí)間、距離、道路收費(fèi)、行駛費(fèi)用、道路安全性、舒適性等等．其中最關(guān)鍵因素為時(shí)間、行駛費(fèi)用、道路收費(fèi)影響，而在道路設(shè)計(jì)方面充分考慮安全舒適性的情況下，道路安全性、舒適性對路徑選擇的影響很?。?/p>

在傳統(tǒng)的路徑行駛費(fèi)用模型中只注重路徑行駛時(shí)間的研究，一定程度上忽視了汽車行駛費(fèi)用以及道路收費(fèi)的影響，比如國內(nèi)學(xué)者先后以國內(nèi)實(shí)測數(shù)據(jù)對美國公路局路阻函數(shù)進(jìn)行了參數(shù)的標(biāo)定．隨著高等級收費(fèi)公路的興建，道路收費(fèi)對路徑選擇的影響越發(fā)凸顯，因此對道路收費(fèi)的研究在路阻函數(shù)中得到了重視，比如在路阻函數(shù)中考慮道路的收費(fèi)情況以及過程中產(chǎn)生的車輛停駐時(shí)間消耗，并根據(jù)時(shí)間價(jià)值將時(shí)間轉(zhuǎn)化成費(fèi)用[2]．

然而一直以來對行駛費(fèi)用的研究比較少，或者只是簡單的涉獵并沒有建立起比較精確的行駛費(fèi)用模型．其原因一方面是車輛行駛費(fèi)用一定程度上與行駛時(shí)間、距離成線性關(guān)系，另一方面是汽車行駛費(fèi)用中的主導(dǎo)因素油耗模型比較復(fù)雜，建模比較困難．但是隨著汽車用油價(jià)格的上升，路段行駛費(fèi)用牽動著出行者的心理，使得汽車行駛費(fèi)用以及收費(fèi)狀況對路徑的選擇起了很大的決定作用，這就要求重視車輛油耗模型的建立，并且與路阻函數(shù)有一定的相似性，以便廣義路徑行駛費(fèi)用形式的統(tǒng)一．

1 油耗模型的建立

車輛油耗值等于行駛路程與單車百公里油耗值的乘積，建立車輛運(yùn)營費(fèi)用模型的關(guān)鍵在于建立切合實(shí)際的單車百公里油耗模型．微觀層面上，單車百公里油耗值與車輛自身性能，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)功率密切相關(guān)；宏觀層面上，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、功率主要體現(xiàn)在車輛速度以及檔位轉(zhuǎn)換上，所以應(yīng)建立單車百公里油耗值與速度、流量的模型．選取速度、擁擠度、路面平整度、平均縱坡度對不同車型標(biāo)準(zhǔn)條件下油耗進(jìn)行修正，并且根據(jù)實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)標(biāo)定模型參數(shù)．

本文以世界銀行資助的《中國公路投資優(yōu)化和改善可行性研究方法》[3]中的單車百公里油耗模型為基礎(chǔ)，采集大量的近期實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)對其進(jìn)行修正以及參數(shù)的標(biāo)定，得到公路網(wǎng)不同車型不同行駛狀態(tài)下的單車百公里油耗值，如表1所示．

表1 公路網(wǎng)不同車型的單車百公里油耗模型

將上述模型表格歸一化，從而得到公路網(wǎng)車輛單車百公里油耗模型為

其中：R0為標(biāo)準(zhǔn)條件下的單車油耗值；后面四個(gè)括號式分別為速度、擁擠度、平整度、平均縱坡修正系數(shù)．

當(dāng)?shù)缆吩O(shè)計(jì)方面平整度已經(jīng)達(dá)到很高的要求時(shí)，可以忽略平整度的修正，而平均縱坡修正采用一般條件下的2%．公式(1)簡化為

由于上述油耗模型中自變量包含行駛速度V、路段流量Q，結(jié)合傳統(tǒng)的路阻函數(shù)結(jié)構(gòu)以及自變量情況[4]，根據(jù)王煒的速度-流量函數(shù)[5]替換油耗模型函數(shù)中的行駛速度，從而得到油耗模型自變量中只包含路段流量Q，以便與傳統(tǒng)的路阻函數(shù)形式相一致，為廣義的路徑行駛費(fèi)用的優(yōu)化奠定基礎(chǔ)．其中王煒的速度-流量函數(shù)如式(3)-(4)所示

其中：V為交通流速度；Vo為道路設(shè)計(jì)車速；Q為道路的交通流量；C為道路通行能力；α1，α2，α3，β為回歸參數(shù)，具體取值如表2所示．

合并公式(2)和(3)，可以得到

表2 α1，α2，α3回歸參數(shù)值

2 廣義路徑行駛費(fèi)用模型的優(yōu)化

根據(jù)上節(jié)建立的車輛油耗模型，借鑒前人在時(shí)間價(jià)值、道路收費(fèi)影響的研究成果，充分考慮了時(shí)間、道路收費(fèi)、車輛行駛費(fèi)用的因素，得到優(yōu)化的廣義路徑行駛費(fèi)用模型[6-7]為

式中：D作為因變量，代表廣義路徑行駛費(fèi)用；D1，D2，D3，L作為常數(shù)，分別代表時(shí)間價(jià)值、當(dāng)?shù)赜秃膬r(jià)格、每公里收費(fèi)價(jià)格、行駛路程；T，R作為自變量，分別代表路阻函數(shù)的實(shí)際行駛時(shí)間、單車百公里油耗模型．針對不同的車型各常數(shù)采用與車型相對應(yīng)的值，各自變量采用不同的子模型．其中T采用上節(jié)提出的王煒?biāo)俣?流量模型式(3)-(4)相對應(yīng)的時(shí)間-流量路阻函數(shù)，R采用上節(jié)提出的車輛油耗模型式(5)．計(jì)算可得到廣義路徑費(fèi)用函數(shù)為

其中各參數(shù)含義與前文一樣．

由推導(dǎo)出的函數(shù)形式(7)可以知：廣義路徑行駛費(fèi)用就是關(guān)于自變量為Q/C的多項(xiàng)式，式中各參數(shù)的標(biāo)定根據(jù)前面階段陳述方法確定，并且最終可以確定廣義模型形式為式(8)，這與傳統(tǒng)的BPR路阻函數(shù)形式相似，更易于讀者的理解與使用．優(yōu)化后的廣義路徑費(fèi)用模型函數(shù)形式跟傳統(tǒng)的路阻函數(shù)都是關(guān)于Q/C的函數(shù)，考慮油耗因素對出行者路徑選擇的影響，并且針對不同的車型提供了不同的函數(shù)參數(shù)，這無疑從根本上解決了傳統(tǒng)路阻函數(shù)的忽略了不同車型以及油耗因素造成的分配精度不高的困難[8]．

3 案例分析

本節(jié)通過案例來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ涂煽啃砸约斑m用性．筆者以成都高速公路、國省道主骨架為分配路網(wǎng)，分別以忽略油耗模型的路阻函數(shù)、優(yōu)化的廣義路徑行駛費(fèi)用函數(shù)為路段阻抗函數(shù)，針對不同車型采用多模式隨機(jī)用戶均衡分配方法將現(xiàn)狀調(diào)查OD進(jìn)行分配．最終分別對比傳統(tǒng)的路阻函數(shù)與優(yōu)化廣義路徑函數(shù)下，分配結(jié)果與實(shí)際調(diào)查情況的吻合度．

以成都市為研究內(nèi)部區(qū)域，根據(jù)各區(qū)域的城市布局、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、路網(wǎng)布局、交通分布等特點(diǎn)劃分交通大區(qū)．通過高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)OD數(shù)據(jù)以及一般路邊詢問法調(diào)查數(shù)據(jù)，根據(jù)調(diào)查點(diǎn)的布設(shè)位置以及串并聯(lián)法剔除重復(fù)的車輛，得到各交通大區(qū)間分車型的交通量OD矩陣[9]．分別建立優(yōu)化前后的路徑行駛費(fèi)用阻抗函數(shù)，采用多模式SUE分配方法將OD矩陣分配到路網(wǎng)上[10]．分別將抽查路段交通分配結(jié)果與實(shí)際調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，評價(jià)優(yōu)化前后的路徑行駛費(fèi)用阻抗函數(shù)的優(yōu)劣性，適用性．選取的103個(gè)路段，根據(jù)兩種路阻函數(shù)分配結(jié)果與實(shí)際調(diào)查流量對比評估相對誤差，如圖1和表3所示．對比兩者結(jié)果可知：①優(yōu)化后的廣義路徑行駛費(fèi)用函數(shù)分配結(jié)果比傳統(tǒng)路阻函數(shù)分配結(jié)果更接近實(shí)際調(diào)查結(jié)果；②優(yōu)化后模型的分配結(jié)果與實(shí)際結(jié)果相對誤差控制在5%以內(nèi)的路段數(shù)量占比有很大的提高，說明優(yōu)化模型很大程度上提高了交通分配模型的精度．

圖1 優(yōu)化模型與傳統(tǒng)模型分配效果對比圖

表3 優(yōu)化模型與傳統(tǒng)模型下分配效果對比表

4 結(jié) 論

本文指出了隨著車輛用油價(jià)格的升高，車輛油耗費(fèi)用在出行者路徑選擇中的決定作用愈來愈凸顯，通過具體的油耗模型的建立，優(yōu)化了廣義路徑出行費(fèi)用函數(shù)．最后通過實(shí)例可知：傳統(tǒng)模型的分配結(jié)果與實(shí)際值的相對誤差在5%以內(nèi)的路段數(shù)占比為44.7%，而優(yōu)化模型的分配結(jié)果與實(shí)際值的相對誤差在5%以內(nèi)的路段數(shù)占比達(dá)到了79.6%，驗(yàn)證了在分配階段中優(yōu)化模型比傳統(tǒng)模型具有更好的適用性、更高的可靠性．這解決了長期以來因油耗模型不重視造成交通分配精度不高的問題，在一定程度上提高了交通需求預(yù)測中的交通分配的精確度．

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Application of Generalized Costs Considering Fuel Consumption Models in Traffic Assignments

TAN Zheng-wei，CHEN Zhen
(1. Chang，An University，Xi，an 710064，China；2. Chongqing Scientific Research and Design Institute of Transportation Ltd，Co.under Investment Inviting Bureau，Chongqing 400067，China)

Based on summarizing the previous achievements in path cost in the road network traffic assignment，this paper introduces an optimization model of vehicle fuel consumption to optimize the cost calculation of the multi-mode dynamic traflic assignment model，making the assignment results of the model closer to the actual condition. Finally，taking Chengdu main highway network as an example，the paper compares the consistency of the assignment results before and after using the optimization model，and analyzes the effect of the assignment of multi-mode dynamic model after the introduction of fuel consumption model.

traffic assignment；generalized cost；fuel consumption model

U491.123

A

2095-719X(2014)05-0324-04

（編輯校對：胡玉敏）

2014-09-10；

2014-09-18

譚爭偉（1987—），男，湖南株洲人，長安大學(xué)碩士生．