高等級(jí)公路交通量需求預(yù)測(cè)方法

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

高等級(jí)公路交通量需求預(yù)測(cè)方法

程笑峰

(黑龍江省公路勘察設(shè)計(jì)院)

針對(duì)我國(guó)大部分地區(qū)存在鐵路、高速公路、低等級(jí)公路三者并行這一實(shí)際情況，提出了在上述運(yùn)輸通道系統(tǒng)中，預(yù)測(cè)未來(lái)特征年高速公路交通量的方法。重點(diǎn)論述了運(yùn)輸通道趨勢(shì)交通量、高速公路的轉(zhuǎn)移與誘增交通量的預(yù)測(cè)方法和模型，并結(jié)合實(shí)例對(duì)上述方法的可操作性進(jìn)行了驗(yàn)證。

高速公路;交通量預(yù)測(cè);轉(zhuǎn)移交通量;誘增交通量

1 前言

我國(guó)目前在公路交通量預(yù)測(cè)方面主要有兩個(gè)方法:個(gè)別推算法與“四階段”預(yù)測(cè)法。

20世紀(jì)80年代，我國(guó)公路建設(shè)項(xiàng)目交通量預(yù)測(cè)研究尚處于探索成長(zhǎng)階段，交通量預(yù)測(cè)主要采用個(gè)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(duì)象;間接法則是以運(yùn)輸量作為研究對(duì)象，最后轉(zhuǎn)換為路段交通量。

進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，我國(guó)的公路建設(shè)項(xiàng)目，特別是高速公路建設(shè)項(xiàng)目的交通量分析預(yù)測(cè)多采用“四階段”預(yù)測(cè)，該法以機(jī)動(dòng)車(chē)出行起訖點(diǎn)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(gè)階段。其中每一個(gè)階段都以擬建項(xiàng)目所在區(qū)域的公路網(wǎng)為研究對(duì)象，分析區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化及其對(duì)交通運(yùn)輸?shù)男枨?，并通過(guò)一定的模型預(yù)測(cè)項(xiàng)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(duì)轉(zhuǎn)移交通量和誘增交通量的計(jì)算多采用定性的方法，即一般是根據(jù)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)給出一個(gè)相對(duì)于趨勢(shì)交通量的比率。本文將結(jié)合我國(guó)國(guó)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(jì)之間的關(guān)系來(lái)計(jì)算誘增交通量。

2 運(yùn)輸通道中趨勢(shì)交通量

運(yùn)輸通道中趨勢(shì)交通量是指在高速公路新建前原運(yùn)輸通道中的交通量及正常增長(zhǎng)的交通量，如用Q表示即

式中:Q0為基年運(yùn)輸通道中的交通量;β為趨勢(shì)交通量的增長(zhǎng)率;t為預(yù)測(cè)年限。

運(yùn)輸通道中趨勢(shì)交通量增長(zhǎng)率與直接影響區(qū)內(nèi)的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)增長(zhǎng)率、社會(huì)總產(chǎn)值增長(zhǎng)率、人口增長(zhǎng)率等趨勢(shì)型指標(biāo)有關(guān)?？梢酝ㄟ^(guò)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(jì)量經(jīng)濟(jì)分析等方法，此處不再對(duì)其進(jìn)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(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)移交通量和交通路線的轉(zhuǎn)移交通量?jī)煞N。本文中交通運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)移交通量主要是指鐵路運(yùn)輸量的轉(zhuǎn)移，對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō)，交通運(yùn)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(yùn)輸距離、運(yùn)輸費(fèi)用、運(yùn)輸價(jià)格、送達(dá)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(jí)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(fèi)價(jià)格在用戶(hù)效益中所占的比例;公路間的級(jí)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(cè)模型

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

式中:Ph為高速公路交通量占運(yùn)輸通道總交通量的比例;Pr為鐵路運(yùn)量占運(yùn)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(jí)公路的效用確定項(xiàng);λ、b為模型參數(shù)，λ≤b。

3.2 效用確定項(xiàng)的標(biāo)定

本文采用行車(chē)時(shí)間為效用確定項(xiàng)，其原因是:行車(chē)時(shí)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(xiàng)都和行車(chē)時(shí)間有關(guān)，且行車(chē)時(shí)間概念明確，容易表達(dá)。

鐵路的行車(chē)時(shí)間可以通過(guò)調(diào)查直接得到。低等級(jí)公路的行車(chē)時(shí)間可由我國(guó)交通部公路科學(xué)研究所建議使用的“公路交通流車(chē)速—流量關(guān)系模型”與時(shí)間—速度公式(t=AS/U)得到時(shí)間—流量的函數(shù)來(lái)計(jì)算確定，具體模型為

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

對(duì)于實(shí)行收費(fèi)的高速公路需要考慮道路收費(fèi)對(duì)行車(chē)時(shí)間的影響。這里把道路收費(fèi)對(duì)行車(chē)的影響通過(guò)將道路收費(fèi)轉(zhuǎn)換成行駛時(shí)間來(lái)模擬，從而形成包括行車(chē)時(shí)間、道路收費(fèi)轉(zhuǎn)換時(shí)間在內(nèi)的廣義時(shí)間，即如公式(5)所示

式中:t'h為車(chē)輛的廣義時(shí)間;th為在高速公路上車(chē)輛的行車(chē)時(shí)間，計(jì)算方法同低等級(jí)公路;tf為高速公路收費(fèi)轉(zhuǎn)換時(shí)間，與各種車(chē)型的時(shí)間價(jià)值和收費(fèi)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(shí)施而新產(chǎn)生的交通量，包括潛在交通量和發(fā)展交通量?jī)刹糠帧撛诮煌渴窃摰貐^(qū)潛在的客、貨流量，公路修建前由于不方便、運(yùn)費(fèi)昂貴或路程遠(yuǎn)，沒(méi)有實(shí)際發(fā)生;發(fā)展交通量是高速公路修建刺激區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(diǎn)和組群式城鎮(zhèn)所產(chǎn)生的運(yùn)輸需求而形成的交通量。

4.1 模型主要工作過(guò)程

本文提出的誘增交通量預(yù)測(cè)方法具體包括以下幾個(gè)過(guò)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(jì)預(yù)測(cè);(4)建立誘增交通量經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)未來(lái)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(cè)。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(guò)程中，建立誘增交通量經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型是核心內(nèi)容。

4.2 誘增交通量經(jīng)濟(jì)預(yù)測(cè)模型

本文采用基于經(jīng)濟(jì)與交通關(guān)系的矩陣來(lái)預(yù)測(cè)誘增交通量，其核心內(nèi)容是矩陣求逆預(yù)測(cè)模型。具體方法是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)假設(shè)得到關(guān)系式(6)中價(jià)輛比元aij，并認(rèn)為在基本年和任何特征年中的價(jià)輛比元aij都是穩(wěn)定的，用基本年的數(shù)據(jù)求出價(jià)輛比元aij，然后利用矩陣求逆求出未來(lái)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(jì)增長(zhǎng)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(jì)增長(zhǎng)量求得價(jià)輛比后，若預(yù)測(cè)得到特征年的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量向量U，便可方便的求得預(yù)測(cè)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(jì)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(shí)測(cè)交通量;Q0為直接影響區(qū)內(nèi)原有道路實(shí)測(cè)交通量;Qt為其他運(yùn)輸方式的轉(zhuǎn)移交通量;Q'0為在無(wú)高速公路情況下，趨勢(shì)預(yù)測(cè)交通量。

根據(jù)可研階段確定的現(xiàn)狀OD表及經(jīng)濟(jì)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(gè)交通區(qū)上，從而得到基年誘增交通量的分布矩陣，這是進(jìn)行誘增交通量預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)。

4.4 交通區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量預(yù)測(cè)

誘增交通量與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量間有著密切的相關(guān)關(guān)系。交通區(qū)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量預(yù)測(cè)就是預(yù)測(cè)直接影響區(qū)內(nèi)各個(gè)交通小區(qū)在未來(lái)各個(gè)特征年里由于高速公路建設(shè)項(xiàng)目的引入而產(chǎn)生的誘增型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量。本文采用了空間經(jīng)濟(jì)可接近模型來(lái)預(yù)測(cè)誘增型經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)量，該模型由時(shí)間距離公式、經(jīng)濟(jì)潛力決定公式及經(jīng)濟(jì)誘增效果計(jì)算公式組成。

5 模型實(shí)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(jìn)行了實(shí)例計(jì)算。根據(jù)公式(1)可以得到2005年通道客運(yùn)交通量為8 539輛/日，貨運(yùn)交通量為11 254輛/日。轉(zhuǎn)移交通量模型中各效用確定項(xiàng)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(xiàng)數(shù)值表

通過(guò)公式(3)的計(jì)算可以得到2005哈雙高速公路客運(yùn)和貨運(yùn)的預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)移交通量。

在確定基年誘增交通量分布矩陣(見(jiàn)表2)、模型參數(shù)(γ=0.43)和價(jià)輛比元aij(見(jiàn)表3)時(shí)，選取的是2001年的交通調(diào)查和經(jīng)濟(jì)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(jiàn)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(cè)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(cè)是交通規(guī)劃中的主要步驟之一，它的預(yù)測(cè)結(jié)果直接影響建設(shè)項(xiàng)目的等級(jí)、規(guī)模。本文以交通運(yùn)輸通道為研究基礎(chǔ)，把高速公路交通量分為趨勢(shì)交通量、轉(zhuǎn)移交通量、誘增交通量三部分進(jìn)行預(yù)測(cè)，針對(duì)轉(zhuǎn)移與誘增交通量產(chǎn)生的機(jī)理、特點(diǎn)，提出相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，并用實(shí)例檢驗(yàn)了預(yù)測(cè)模型的可行性。本文中的轉(zhuǎn)移與誘增交通量預(yù)測(cè)模型可以結(jié)合在現(xiàn)行的“四階段”預(yù)測(cè)方法中，來(lái)提高交通量預(yù)測(cè)的精度。

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