城市道路交通量远景预测方法综述
摘要
关键词
城市道路；交通量预测；远景交通量；趋势交通量；转移交通量；诱增交通量
正文
0 引言
在城市规模发展、人口数量增加、交通量不断攀升的背景下，城市道路的交通量及周围建筑物处于动态变化的过程，建设要求低的建设标准与相应时间下的交通量不匹配，随着使用时间的增加，必然发生道路的改建或者新建。据统计，新建和改扩建道路的增幅一直很大如：1993—1998年，大连市对74条市区主次干道进行彻底整修，新建疏港路、东北路和滨海路共53.5公里，期间新建8座大型城市立交桥；吉林市在“十五”时期，建成和改造城市道路总长度906公里[1]。城市道路拓宽改建工程实用价值和现实意义重大，在道路改建/新建规划过程中，不仅要保障一定的日常行车安全、还要积极对城市道路横断面进行有效设计、综合考量道路周边的水文地质和建筑物情况、拓宽道路对周围环境的影响等。
城市道路规划设计大致分为三个阶段，道路横断面设计包含于规划设计各阶段的始终，而合理的横断面设计有赖于合理的交通流量预测。城市道路规划需要根据科学合理的交通量预测以及城市综合统筹规划等进行多方位考量，最大限度使城市道路满足短期、中期、长期的规划要求，充分发挥道路在一定年限内的作用。
1规划范围基础及总体框架
城市道路规划过程中要求我们需以城市化发展作为参考，以城市人口为依托，以出行方式为骨架，遵循城市自身发展的规律，注重对绿色、森林、水、生态、文化建筑的影响，解决城市化过程中城市道路出现的各种矛盾和问题。笔者通过对道路交通量预测的相关文献的查阅与分析，按照交通主体、道路环境和交通量预测时长进行展开，梳理得出其研究总体框架，希望给予规划者一定的指导作用，提高交通量预测效率。
图1 研究总体框架
2研究现状和综合评价
交通量预测方法在近百年间，经历了交通规划的萌芽期（1920-1950年）、“四阶段法”主导地位时期（1950-1990年）和现今的微计算机革命时期（1990年至今）[2]。目前普遍认可的远景交通量预测，主要由趋势交通量、诱增交通量、转移交通量组成。在计算方法上，远景交通量预测方法大致分为两类：一类是用简单的数学模型预测的增长率(增长曲线)预测法，另一类是四阶段推算预测法。四阶段法自20世纪70年代发展至今，依然占据主导地位。
2.1趋势交通量
趋势交通量主要受国民经济、人口、汽车保有量等影响，预测相对简单。趋势交通量预测经常用的数学方法有弹性关系模型、回归分析、增长率模型。
表1 常用预测方法比较
方法 | 优点 | 缺点 |
增长率模型 | 计算简单、预测结果粗略，较适用于近期预测 | 当多个因素影响交通生成量时、预测值误差较大。 |
回归分析模型 | 可以解决多个影响交通生成因素的问题 | 无法考虑非定量指标因素对于交通生成的影响 |
目前，我国的趋势交通量预测方法常采用《交通部水运公路建设项目可行性研究报告编制方法》中的增长率法[3]。整体上，类别回归分析模型是现今较有前景一种方法，既可考虑定量因素，也可考虑非定量因素，可满足各种情况的交通生成预测的需求情况[4]。
2.2转移交通量
转移交通量发生在新建道路或改建道路中，主要受出行者的需求特性、运输服务属性、路网及其道路条件等影响。转移交通量是由于道路网的改变而产生交通量重分配，多条路之间产生竞争，由原道路转移到新道路或改建道路部分的交通量。
广义的交通量转移不局限于道路间，还存在于公路、水运、铁路、航运等不同运输方式中。转移交通量预测根据分配模型，进行交通再分配，最后得出转移交通量和转移率。转移交通量预测方法中常用的模型有转移率法、logit模型、灰色理论模型、马尔可夫法利用状态转移率等。
表2 常用预测方法比较
方法 | 优点 | 缺点 |
转移率法 | 方法简单 | 对项目影响路段间相互影响考虑不全面 |
logit模型 | 可根据影响因素进行分析，能较合理的体现交通分布情况 | 通常效用函数具有随机性。模型中一部分属性具有差异和不准确性，存在效用随机项的独立性假设 |
Probit模型 | 解决了Logit模型存在的效用随机项独立性假设 | 依赖于极其复杂的仿真算法或者多项式求解逼真算法 |
灰色理论模型 | 拟合或预测准确性高，可进行中长期预测 | 难以对参数进行标定 |
转移率法 | 通过运输方式特点确定运量转移比例，方法简单 | 参照权威科研成果确定转移比例 |
通常用灰色代数曲线、马尔可夫法等转移曲线来预测转移交通量，也可以运用路段交通量反推OD矩阵，但目前反推OD矩阵主要应用于高速公路中[5]。常用的logit、Probit模型、灰色理论模型在使用中先后经历了以下发展过程。
1973年，McFadden首次提出的logistic概率分布模型是最早应用最广的离散选择模型。后来为解决Logit模型效用随机项独立性假设得到Probit模型[2]。滕素珍等[6]根据Logit模型具体介绍其变量参数的使用方法、并运用极大似然参数计算交通出行方式。我国在2000年以后，logit模型研究开始出现在轨道交通和地铁算法中。2003年，王强在研究交通拥堵收费对象确定原理中引入logit模型，建立了基于BP人工神经网络多指标交通拥挤收费评价理论体系[7]。根据Probit和Logit模型的优缺点，李军等[8]将模型分为上层Logit模型，下层Probit模型，发现得出的模型可综合两个模型的优点。
1982年邓聚龙提出灰色理论模型，灰色控制系统理论将信息分为信息完全确定的白色系统，信息完全不明确的黑色系统和部分明确部分不明确的灰色系统，同年[9]又提出灰色控制系统。1989年刘耀文[10]运用灰色系统中的GM模型解决交通运输预测中的货运量、客运量、总货运周转量、年度产值，并用模型方差、残值和相对误差预测结果进行检验。
2.3诱增交通量
诱增交通量受社会生产水平、经济布局和结构变化、交通方式粘着性等影响。诱增交通量是受改建或新建道路影响，相同目的地间距离、时间、运输相对成本改变，在改建或新建道路区域内新增的交通量即为诱增交通量。诱增交通量与转移交通量相比，诱增交通量的出行半径更远，转移交通量是运输方式转移，而诱增交通量是一个从无到有的过程，具有滞后性、潜在性。城市道路（除轨道交通外）诱增交通量发展趋势一般用生长曲线法表示[11]：形成阶段(近期诱增交通量)、快速增长阶段和逐渐稳定(远期诱增交通量)阶段。
常见诱增交通量预测方法有：重力模型法、灰色理论计算法、生长曲线法、宏观数学模型、微观数学模型、弹性系数法等。
表3 常用预测方法比较
方法 | 优点 | 缺点 |
比率法 | 公式简单 | 数据积累少，采用这种方法缺乏依据和说服力 |
重力模型法 | 考虑了土地使用等影响，采用趋势交通乘以某一比例，公式简单易懂 | 忽略变量影响的系统误差，漏算诱增交通量。假定条件中的交通模式难以办到。拟合参数计算时，反复计算工作量大，适用于预测近期交通量 |
生长曲线法 | 主要考虑了出行行为改变对交通条件改变的滞后效应和诱增交通量增长的有限性，符合新建或改建道路诱增交通量从无到有和道路弹性有限的特点 | 初期诱增交通量趋于零，忽略了道路条件、交通政策改变初期对出行频率的影响，仅适用于预测远期诱增交通量 |
宏观数学模型 | 考虑了诱增交通量滞后性和有限性，符合普通城市道路的发展趋势 | 模型简单，对影响因素考虑不够，数据收集复杂 |
微观数学模型 | 模型是建立在对诱增交通量产生机理进行微观分析的基础上的，模型精确 | 参数标定、数据收集、计算均复杂 |
弹性系数法 | 考虑了人口、费用、时间以及交通条件改善对土地利用性质和出行频率的影响，全面体现区域诱增交通量产生过程 | 交通运输相关指标选用和相关性检验，收集数据要求高。该方法未涉及出行分布的计算，未考虑交通条件改善的影响 |
已知的最早诱增交通量研究始于1938年英国交通部发现道路新建前后交通量数量相差较大。到1988年，英国国家审计委员会提出道路规划分析报后，诱增交通量研究才开始引起普遍关注。目前，重力模型和弹性系数法的研究相对较成熟。
重力模型在交通方面的使用可追溯到1920年Pallin预测城市间的交通流量，1954年展开城市中心对周边区域的影响，1955 Casey首次将重力模型用于交通分布预测中[12]。为克服经典重力模型下，当出行成本为零(或者极低)时，出行交换量结果增长迅速的问题，产生改进重力模型[13]。李娇娇等[14]以贵州市为例，运用重力模型证实诱增交通量可以促进经济发展。张建旭等[15]根据重力模型计算各影响区之间的客货运总量吸引量，然后按照Logit型路径选择模型进行交通量分配，最终得出项目的一种快速简化预测交通量的方法。
1994年，英国干线道路评价常务咨询委员会通过对预测交通量和实际151条公路开通后交通量变化的数据对比，发现预测值小于实际值，随后弹性系数法在交通量预测中被国内外学者广泛运用。何南等[16]运用弹性系数模型(基础弹性系数模型和先进弹性系数模型)分析了我国诱增交通量情况，根据弹性系数，证实新建或扩建道路在短期和长期中确实存在诱增交通量，且短期诱增交通量增长，长期诱增交通量增长较快。史若燃等[17]基于过江收费政策，在基本收费单价与拥挤收费之和的结构假设下，建立弹性需求用户均衡的数学规划模型并进行均衡模型的正确性证明。
3 结语
目前在城镇化率、人口数量、出生人口数量、汽车保有量的城市道路交通量预测范围基础下，笔者认为未来城市道路交通量预测理论与方法发展，主要体现在两个方面：
（1） 交通量理论和模型的发展。第一，现有规范中对交通量预测方法过于简单，且相关参数难标定，同时往往忽略了交通与经济、出行者需求特性之间的互动关系。第二，由于目前我国出行者数量不再快速增长，可能达到一个转折点，为充分利用城市道路，合理使用资源，在规划城市道路时需要对未来一定时间内的城市人口、经济、出行方式等综合考虑。
（2） 交通数据采集方法。目前交通量数据采集困难、交通信号系统存在易损性、缺少精确数据采集系统，虽然相关学者提出手机信令方法，但数据取得困难，且出行存在一定重复误差。
参考文献
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[3]公路工程结构可靠度设计统一标准[附条文说明]GB/T50283-1999
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[5]陈贵凤,李震宇,刘晓光.基于高速公路进出口数据反推的OD矩阵的应用[J].公路交通技术,2007(06):107-109.
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