非集聚模型在停車需求預(yù)測中的應(yīng)用研究

張 鈞

（上海市政工程設(shè)計研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市 200092）

1 停車需求預(yù)測的意義

停車需求預(yù)測是城市停車場規(guī)劃的重要內(nèi)容，是確定停車場發(fā)展規(guī)劃的依據(jù)，也是制定停車場設(shè)施建設(shè)方案及停車場管理制度的重要基礎(chǔ)。進(jìn)行停車需求預(yù)測要求對停車系統(tǒng)的現(xiàn)狀進(jìn)行全面分析研究，掌握其發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，并運(yùn)用科學(xué)方法正確預(yù)測停車需求的發(fā)展前途，然后據(jù)此對停車場規(guī)劃與管理做出詳細(xì)周密的安排。

停車需求是伴隨著交通出行而產(chǎn)生的，是交通出行過程中的一種從屬性需求，停車需求的發(fā)展與城市人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r、中心商業(yè)區(qū)的面積和吸引強(qiáng)度等有著密切的關(guān)系，尤其是城市機(jī)動車保有量、城市土地利用狀況、停車者出行特征這三個因素對一個城市總的停車需求以及各分區(qū)的停車需求預(yù)測有著直接的影響。

2 停車需求的定義

停車需求定義：停車需求是指各種目的駕車者在各種停放設(shè)施中停放車輛的要求。

停車需求可分為兩類：

（1）基本停車需求：由車輛保有引起的靜態(tài)交通需求，即夜間靜態(tài)交通需求，主要是為居民或單位車輛夜間停放服務(wù)。

（2）社會停車需求：由車輛使用引起的靜態(tài)交通需求，是日間靜態(tài)交通需求的主要組成部分，主要由社會、經(jīng)濟(jì)活動產(chǎn)生的各種出行所形成。

由于兩類停車需求產(chǎn)生機(jī)理不同，其分析方法也不同?；就＼囆枨罂梢詮母鲄^(qū)域車輛注冊數(shù)推算出來，一般不涉及復(fù)雜的技術(shù)方法。而社會停車需求比較復(fù)雜，影響因素較多，其分析方法也較復(fù)雜。

類似于四階段交通需求預(yù)測，停車需求預(yù)測的完整過程也應(yīng)包含以下三個階段：區(qū)域（或城市）的停車需求總量預(yù)測；停車需求總量在各小區(qū)的分布；各類停車設(shè)施合理結(jié)構(gòu)比重的確定。

停車需求的影響因素主要包括：土地開發(fā)和利用強(qiáng)度；停車者出行特征（含停車者出行目的、出行方式、出行時間、出行費(fèi)用及選擇停車場的首要停車行為特性影響因素）；機(jī)動車保有量；停車供給的反饋影響。

3 國內(nèi)外停車需求預(yù)測方法簡述

國內(nèi)外廣泛使用的靜態(tài)交通需求預(yù)測模型，可歸納為三大類：基于土地利用的預(yù)測模型；基于出行的預(yù)測模型；基于社會經(jīng)濟(jì)活動特性的預(yù)測模型（即多元回歸模型）。

以上三種方法各有優(yōu)、缺點(diǎn)和適應(yīng)性，不過都存在著遠(yuǎn)期預(yù)測的適用性、可信性問題，表現(xiàn)在停車產(chǎn)生率是現(xiàn)狀土地利用下的值，停車泊位需求因子也是現(xiàn)狀調(diào)查值，它們在未來年的發(fā)展預(yù)測是比較困難的，另外由于影響交通的因素很多，出行OD量及其分布的遠(yuǎn)期預(yù)測的可靠性也難以把握。

4 停車需求非集聚預(yù)測模型

為了克服國內(nèi)外傳統(tǒng)停車需求預(yù)測模型的不足，本文提出建立在城市車輛停放特性基礎(chǔ)之上的基于非集聚模型的停車需求預(yù)測模型，總體思路為：分析非集聚模型的運(yùn)用方法，依據(jù)停車場使用者個體的停車特性，根據(jù)概率論和交通出行總量計算出停車需求預(yù)測三個階段中各個階段的停車需求量的大小，進(jìn)而建立停車行為特性與停車需求的關(guān)系模型，根據(jù)隨機(jī)效用理論對車輛出行選擇停泊場所的行為進(jìn)行分析，預(yù)測出停車者對不同區(qū)位和不同停泊場所的停車需求。

4.1 非集聚模型的概述

非集聚模型地優(yōu)點(diǎn)在于：

非集聚模型以明確的行為假說為基礎(chǔ)，邏輯性強(qiáng)；可以用較少的樣本標(biāo)定出模型的參數(shù)，并對所求得的參數(shù)采用統(tǒng)計學(xué)方法進(jìn)行檢驗(yàn)；可以選用許多與個人決策相關(guān)的因素作為自變量，從而可以對多種交通規(guī)劃、交通政策進(jìn)行效果評價；模型具有較好的時間轉(zhuǎn)移性和地區(qū)轉(zhuǎn)移性；便于對使用者效益進(jìn)行項(xiàng)目評價。

停車需求預(yù)測非集聚模型和集聚模型相比，在分析單位、模型參數(shù)標(biāo)定方法、適用范圍、政策表現(xiàn)能力等方面均不相同，同時在數(shù)據(jù)的使用效率和自變量的導(dǎo)入可能性等方面存在實(shí)用上的差異，見表1。

表1 停車需求預(yù)測集聚模型和非集聚模型的比較

傳統(tǒng)的停車需求預(yù)測模型即集聚模型在對某一區(qū)域進(jìn)行停車需求預(yù)測時需要首先根據(jù)該區(qū)域土地性質(zhì)以及開發(fā)強(qiáng)度劃分歸類后進(jìn)行統(tǒng)計處理、分析，從而得到以各類型土地為分析單位的模型。而與此不同，停車需求非集聚模型則假設(shè)出行者是交通行為意志決定以及停放特性的最基本單位，在一定區(qū)域內(nèi)對調(diào)查者得到的數(shù)據(jù)不進(jìn)行土地性質(zhì)以及開發(fā)強(qiáng)度劃分歸類等處理而直接用于建立模型。

停車需求預(yù)測非集聚模型能夠滿足城市車輛停放特性多樣性的要求，能有效地分析和理解車輛停放活動，該模型是基于未進(jìn)過任何統(tǒng)計處理的個人數(shù)據(jù)直接建立起來的一類模型。停車需求預(yù)測非集聚模型能夠滿足停車需求的多樣化要求，是有效地分析和理解車輛停放活動地重要手段。

停車需求預(yù)測非集聚模型是基于車輛停放者在特定的選擇狀下選擇其所認(rèn)知到的選擇方案中效用最大的方案的理論建立的。并且認(rèn)為：選擇某方案的效用因該方案所具有的特性和某出行者的屬性（如：年齡、性別、職業(yè)等）而異。具體地說，就是考慮到停車費(fèi)用、停放時間等服務(wù)特性，車輛停放者的年齡、職業(yè)、收入等社會經(jīng)濟(jì)特性以及出行的目的、出行的時間帶等出行的特性等與交通行為有關(guān)的特性將對預(yù)測結(jié)果產(chǎn)生影響。

交通需求分析中以非集聚模型分析為基礎(chǔ)建立起來的模型稱為非集聚模型（Disarregate Model），它僅是對個人行動的記述和表現(xiàn)，而且是建立在合理的選擇肢基礎(chǔ)上的。其核心是效用最大化理論，本質(zhì)是出行者將選擇使其最大化效用的出行，基本假設(shè)為：個人將在可能的相互選擇獨(dú)立的選擇肢集合中，選擇他認(rèn)為對自己效用最大的選擇肢。即，決策者首先選擇“可能利用的選擇肢群”，其次選擇“對其效用最大的選擇肢”。

4.2 基于Logit的停車需求模型

停車非集聚模型在交通規(guī)劃中應(yīng)用的最多的還是停車行為特性的影響因素對出行行為的影響分析以及對停車場的選擇方面，停車需求預(yù)測三階段中，第一階段區(qū)域（或城市）的停車需求總量預(yù)測通常由居民出行（交通量）預(yù)測推導(dǎo)出來，用的是集聚模型；停車的需求預(yù)測的過程不是將非集聚模型與集聚模型相對立，而是將它們有機(jī)的結(jié)合起來，共同構(gòu)筑成停車需求預(yù)測系統(tǒng)。通常，出行是以個人或單車為單位的行為。它受到包括出行者個人屬性在內(nèi)的多種因素的影響。在將數(shù)據(jù)集合處理時，這些信息將會產(chǎn)生變化，從而導(dǎo)致集合后的數(shù)據(jù)與實(shí)際狀態(tài)之間會產(chǎn)生偏差。針對停車需求預(yù)測的第二階段（停車需求總量在各小區(qū)的分布）以及第三階段（各類停車設(shè)施合理結(jié)構(gòu)比重的確定）的預(yù)測，由于每個小區(qū)之間以及小區(qū)內(nèi)部車輛停放者之間停放者個體的差別往往會導(dǎo)致集聚模型預(yù)測的失真，難以達(dá)到精度較高的結(jié)果，而停車需求預(yù)測非聚集模型是建立在對停車者的個體停車屬性調(diào)查后進(jìn)行充分的分析和歸納基礎(chǔ)之上建立的，對停車需求總量在各小區(qū)的分布和各類停車設(shè)施合理結(jié)構(gòu)比重的確定這兩個階段的停車需求預(yù)測能夠保證更高的精度。

一個完整的停車行為過程，應(yīng)包括了以下幾個階段：出行的產(chǎn)生、出行方式選擇、出行的路徑選擇、尋找泊車位、從停車地點(diǎn)步行到目的地。本文是對一次完整停車行為進(jìn)行簡化的基礎(chǔ)上建立停車Logit非集聚模型模型。

4.2.1 模型建立的假設(shè)條件

一個完整的停車行為過程是一個復(fù)雜的過程，可以說如果要很接近現(xiàn)實(shí)地模擬停車行為的全過程是一項(xiàng)繁瑣系統(tǒng)工程，而該處討論的停車模型是在簡化許多現(xiàn)實(shí)情況的假設(shè)條件下建立的。

模型的假設(shè)條件有以下幾個方面：（1）出行機(jī)會的產(chǎn)生是一個外部隨機(jī)過程，且模型建立在隨機(jī)項(xiàng)的獨(dú)立性假設(shè)的基礎(chǔ)上，具有ⅡA特性（指在任意2個交通方式的選擇概率的比與其它交通方式的狀態(tài)無關(guān)）。（2）出行者根據(jù)一次出行所產(chǎn)生的效用來決定是否接受出行機(jī)會，并選擇某一種出行方式。（3）車輛停放者在小區(qū)內(nèi)停放車輛也是一個外部隨機(jī)過程，且模型建立在隨機(jī)項(xiàng)的獨(dú)立性假設(shè)的基礎(chǔ)上，具有ⅡA特性（指車輛停放者對任意2個停車設(shè)施的選擇概率的比與其它對其它設(shè)施的選擇無關(guān)）。

4.2.2 模型的建立

（1）區(qū)域（或城市）的停車需求總量預(yù)測：停車需求產(chǎn)生的直接原因是居民的出行，即由于交通量（或出行量）所引起所引起，因而構(gòu)造的停車需求量應(yīng)為交通量的一種函數(shù)，即為：

式中：P——全部機(jī)動車的停車需求總量（標(biāo)準(zhǔn)泊位）；

Pi——第i種機(jī)動車的停車需求總量（泊位）

f（T）——交通量函數(shù)；

pi——選擇第i種機(jī)動車出行的概率；

λi——第i種機(jī)動車出行中產(chǎn)生停車需求占出行的比例，參數(shù)；

δi——第i種機(jī)動車泊位換算成標(biāo)準(zhǔn)小汽車泊位的換算系數(shù)；

ζi——不影響第i種車輛出行而影響其停車需求的因素變動項(xiàng)。

車輛出行預(yù)測由居民出行（交通量）預(yù)測推導(dǎo)出來，經(jīng)過國內(nèi)外實(shí)證分析結(jié)果，本文僅介紹預(yù)測較優(yōu)的基于多元回歸的交通量預(yù)測模型。

式中：f（Tj）——預(yù)測時點(diǎn)的j區(qū)交通量（車次）；

xjmk——第j個交通小區(qū)的m類指標(biāo)中第k個指標(biāo)，如人口指標(biāo)類中的常住人口等；

amk——參數(shù)。

（2）停車需求總量在各小區(qū)的分布：

式中：Xik——選擇第i種交通方式的第k個說明要素，例如，時間、費(fèi)用等；

bk——交通方式的第k種效用的貢獻(xiàn)率，參數(shù)；

n——交通方式的個數(shù)；

Ui——交通方式i的效用函數(shù)；

pi——選擇第i種機(jī)動車作為交通方式的概率，p0表示非機(jī)動車或步行作為選擇交通方式的概率；0≤pi≤1。

將式（3）、式（4）、式（6）代入式（5），推出第 i種機(jī)動車的停車需求總量Pi為：

第 j區(qū)第i種機(jī)動車的停車需求預(yù)測值Pij分區(qū)求和滿足：

式中：Pij——第j區(qū)第i種機(jī)動車的停車需求預(yù)測（泊位）；

λij——第j區(qū)第i種機(jī)動車出行中產(chǎn)生停車需求占該區(qū)該類出行的比例，參數(shù)；

Xijk——第j區(qū)選擇第i種交通方式的第k個說明要素，例如停放時間、費(fèi)用等；

bk——參數(shù)；

nj——第j區(qū)交通方式的個數(shù)。

（3）各類停車設(shè)施合理結(jié)構(gòu)比重的確定：在完成了停車需求預(yù)測的第一步區(qū)域（或城市）的停車需求總量預(yù)測和第二步停車需求總量在各小區(qū)的分布后需要完成第三步即各類停車設(shè)施合理結(jié)構(gòu)比重的確定，第三步可以依據(jù)在選定小區(qū)內(nèi)駕車者對停車設(shè)施類型的選擇建立選擇行為模型。通常情況下，除小汽車外其余車輛均有專用停車場。故假設(shè)i=2時為選擇小汽車出行。本文也主要考慮小汽車出行者對停車設(shè)施的選擇。

選擇步行距離、停車收費(fèi)價格、駕車至停車場行程時間作為模型變量。

則小汽車出行者在小區(qū)內(nèi)對停車設(shè)施選擇的概率為：

式中：p2jη——第個人，在第j區(qū)以小汽車出行選擇某停車場概率；

V2jη——第j區(qū)以小汽車出行者選擇停車場的效用函數(shù)；

l2jη——第j區(qū)第η個人從停車場到目的地步行距離，m；

F2jη——第j區(qū)第η個人在停車場停放車輛時的收費(fèi)價格，元/h；

t2jη——第j區(qū)第η個人駕車至停車場行程時間，min；

αi（i=1、2、3、4）——參數(shù)；

Q2j——j區(qū)內(nèi)某個停車場小汽車停放量的預(yù)測（泊位）。

4.2.3 基于Logit的停車需求預(yù)測模型的應(yīng)用及特點(diǎn)

小區(qū)的真實(shí)靜態(tài)交通吸引定義為某一時刻以該小區(qū)為停放目的停泊在任意場所的車輛總數(shù)，停泊場所包括路外公共停車場、配建停車場、路邊停車場。真實(shí)靜態(tài)交通吸引可以通過車輛停放目的地調(diào)查統(tǒng)計計算，要注意統(tǒng)計量的完備性，防止遺漏。具體統(tǒng)計過程如下：首先確定調(diào)查的樣本交通小區(qū)，然后以該小區(qū)（小區(qū)半徑一般小于500 m）為中心以1 000 m（停車后步行距離一般小于500 m）為半徑劃定調(diào)查區(qū)域，組織人力分路段展開停車調(diào)查，重點(diǎn)記錄車輛停放目的地、停放場所、到達(dá)時間和離開時間、車輛類型，凡以樣本交通小區(qū)為停放目的地的計為一次真實(shí)靜態(tài)交通需求，結(jié)合車輛的到達(dá)時間、離開時間和類型即可統(tǒng)計處該小區(qū)任意時刻任意車型真實(shí)鏡頭交通需求總量，并以此作為分小區(qū)的靜態(tài)交通需求預(yù)測的檢驗(yàn)值。

本文所建立的基于Logit模型的靜態(tài)交通需求預(yù)測模型在應(yīng)用中具有下述特點(diǎn)：

（1）從理論上能夠分析與停車需求相關(guān)的全部因素，并能夠完成停車需求三個階段的預(yù)測。該模型在交通出行量的預(yù)測上可以采用逐步回歸分析模型進(jìn)行影響出行量的相關(guān)因素的篩選和因素參數(shù)標(biāo)定，從理論上能夠計算出所有停車出行影響因素對出行量的影響程度，進(jìn)而計算對停車需求量進(jìn)行預(yù)測。

（2）在對停車行為特性影響因素的聚類分析結(jié)果的基礎(chǔ)上，建立了停放自由度較大的小汽車對停車場選擇的概率模型，使小汽車在與其出行目的相對應(yīng)的小區(qū)內(nèi)對不同停車場的選擇概率有了一定的科學(xué)依據(jù)。

（3）模型具有一定的實(shí)用性。本文提出的基于Logit的靜態(tài)交通需求預(yù)測模型不僅能夠計算出未來一定時期內(nèi)某一城市的靜態(tài)交通需求總量，還能夠計算出任一交通小區(qū)內(nèi)任一車型的靜態(tài)交通需求。這對城市靜態(tài)交通的詳細(xì)規(guī)劃是十分有必要的，可以根據(jù)針對不同車型提供相應(yīng)的車輛停放泊位。

（4）模型具有靈活性和適應(yīng)性。根據(jù)對交通研究程度、交通相關(guān)資料的完備程度，可以靈活地調(diào)整和運(yùn)用該模型。如一城市已有比較精確的出行預(yù)測模型，則只需進(jìn)行Logit模型參數(shù)標(biāo)定和靜態(tài)交通需求占出行比例的標(biāo)定，無需再進(jìn)行出行量的預(yù)測。

5 結(jié)語

本文在對停車需求定義和分類的基礎(chǔ)上，分析了停車需求的特性與影響因素；對國內(nèi)外停車需求預(yù)測的方法進(jìn)行了簡述；提出了基于logit模型的非集聚停車需求預(yù)測模型，該模型建立在隨機(jī)效用的理論基礎(chǔ)上，從理論上能夠分析與靜態(tài)交通需求相關(guān)的全部因素，模型具有一定的實(shí)用性、靈活性和適應(yīng)性。

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