基于OD反推的交通需求分析方法研究

紀 魁 曹國華

（江蘇省城市規(guī)劃設計研究院 南京210096）

0 引 言

交通需求分析是城市控制性詳細規(guī)劃的重要內(nèi)容［1］，當規(guī)劃范圍內(nèi)局部地區(qū)的用地性質(zhì)、開發(fā)強度等發(fā)生調(diào)整時，其內(nèi)部道路和周邊路網(wǎng)的交通情況都會受到影響，要進行交通需求分析，必須對道路上的流量進行準確地預測。

對于一般的研究范圍較小，出行方向選擇較為單一的交通需求分析項目，傳統(tǒng)分析方法主要通過對開發(fā)項目新增流量的流向分析，通過"手工"分配的簡化方法將新增流量與背景交通量疊加分配到路網(wǎng)上。其主要特點：①目的明確，方法簡易；②預測得到的路段流量高于背景路段流量，即使流量本身就很高，也會進行流量的疊加。傳統(tǒng)分析方法對于單個地塊使用較為合適，當遇到規(guī)劃范圍較大、地塊較多的交通 需求分析時，對于內(nèi)部道路的流量分配情況由于方法本身限制，會出現(xiàn)高估干道、低估次要道路擁堵程度的情況，同時，在項目內(nèi)部道路系統(tǒng)復雜時，該方法使用較為困難。

OD反推經(jīng)常用在現(xiàn)狀分析中，由于資金、時間限制，調(diào)查部分主要路段流量反推得到各交通小區(qū)交通生成量，替代交通調(diào)查，繼而進行交通需求分析［2－3］。受其啟發(fā)，筆者在傳統(tǒng)交通需求分析基礎上，結(jié)合TransCAD平臺，提出基于OD反推的交通需求分析的方法，力求使得對局部控規(guī)發(fā)生變化的交通需求預測更加符合目標年的情況，交通需求分析結(jié)果更加精準。

1 基于OD反推的交通需求分析

傳統(tǒng)的通過在背景流量基礎上疊加新增流量的做法，其主要特點：①目的明確，方法簡易；②預測得到的路段流量高于背景路段流量，即使流量本身就很高，也會進行流量的疊加；③對于單個地塊使用較為合適，當遇到規(guī)劃范圍較大、地塊較多的交通需求分析時，對于內(nèi)部道路的流量分配情況的分析不盡合理。筆者提出的基于OD反推的交通需求分析方法，是依據(jù)背景交通量和建立的虛擬分區(qū)，進行OD反推，進而逆推得到各個虛擬分區(qū)的客流生成量，之后和基地作為1個整體，進行四階段的交通需求預測，通過這樣的方法，當路段較為擁堵時，用戶會進行判斷，選擇暢通的道路行駛，從而流量將會分配到其他路段上，道路資源可以得到充分的利用；基地內(nèi)部道路流量可以通過流量分配圖進行定性、定量的分析。圖1為交通需求分析方法的流程圖。

1.1 背景交通量

背景交通量是指在規(guī)劃沒有發(fā)生改變，按照原定規(guī)劃指標建設的時候，基地周邊道路分配得到的交通量［2］。背景交通量的準確與否，將直接關(guān)系到筆者提出的基于OD反推的交通需求分析方法的準確性。得到背景交通量有3種方法：①可以在城市綜合交通規(guī)劃中，得到基地周邊道路的在目標年的背景交通量；②可以根據(jù)綜合交通規(guī)劃中設定的道路飽和度，對目標年的道路流量進行估算；③可以根據(jù)出行次數(shù)的增長趨勢，在現(xiàn)狀調(diào)查流量的基礎上進行目標年的背景交通量推算；為了使得到的背景交通量盡可能的準確，可以綜合得到的數(shù)據(jù)，以第2種方法得到的值為上限值，超過上限的取上限值，沒超過的取平均值，進而得到相對較為準確的背景交通量。

圖1 交通需求分析方法Fig.1 Travel demand analysis method

1.2 OD反推

OD反推是交通分配的逆過程，交通分配是將OD矩陣分配到路網(wǎng)上產(chǎn)生路段流量，OD反推則是根據(jù)路段流量推算可能存在的OD矩陣［3］。在TransCAD軟件平臺上，進行OD反推，需要路段流量、路段旅行時間和基礎OD矩陣。

本文提出的方法是以得到的背景交通量作為路段流量，路段旅行時間則是根據(jù)各個路段的長度和設計車速計算求得，基礎OD矩陣需要設置小區(qū)，由于背景交通量是基地周邊主要道路的流量，所以基地可以作為1個小區(qū)考慮，之后在基地與周邊方向，根據(jù)實際情況，設置虛擬分區(qū)，保證每1條通過基地的道路都能聯(lián)系到至少1個虛擬小區(qū)，在TransCAD中就是每條主要道路都至少有一個質(zhì)心連桿相連。

由于沒有基礎OD矩陣，可以采用下面公式計算［4］

式中：Tij為分區(qū)間的OD；Cij為分區(qū)間的費用；β為參數(shù)。

式（1）采用重力模型的原理，利用出行費用來計算OD矩陣。在TransCAD中可以用多路徑費用計算得到此矩陣，作為初始的OD矩陣。

1.3 四階段交通需求預測

基于OD反推的交通需求分析方法，在標準的四階段交通需求預測步驟中，沒有過多的改動，依然是按照4個階段進行。

交通生成預測依據(jù)基地內(nèi)各個地塊的用地性質(zhì)、建筑面積以及崗位數(shù)等進行發(fā)生、吸引預測，建立的虛擬小區(qū)的交通生成量，可以根據(jù)PA矩陣和OD矩陣的關(guān)系，逆推得到；交通分布預測，一般在TransCAD中，使用生成的多路徑費用矩陣作為分布預測的阻抗矩陣；方式劃分階段，宏觀的采用城市綜合交通規(guī)劃確定的各種交通方式的分擔率，由于具體到基地，各種方式的分擔率可能會發(fā)生一定的變化，對于步行交通，可以采用轉(zhuǎn)移曲線法確定，對于機動車交通，可以采用非集計模型——Logit模型計算各種交通方式的分擔率矩陣［5］。公式如下

最簡單的效用函數(shù)可以具有如下形式。

在TransCAD中如何實現(xiàn)Logit模型，可參考文獻［5］。對于交通分配，可以在TransCAD中選擇多種分配方法［6］。由于隨機用戶均衡相對于用戶均衡模型，降低了用戶對于路段阻抗的敏感性，更加的符合現(xiàn)實世界的車流分布情況［7－8］，所以推薦采用隨機用戶均衡方法進行交通分配。

2 實例論證

為了驗證基于OD反推的交通需求分析方法的正確性，選取了某市局部片區(qū)，其控規(guī)發(fā)生了調(diào)整，對其做交通需求分析。背景交通量采用飽和度預測和增長率推算的方法進行綜合處理，之后根據(jù)其實際情況，在幾個方向建立了虛擬分區(qū)（分區(qū)編號和道路編號在圖中標出）。圖2為背景交通量預測結(jié)果，圖3為虛擬小區(qū)和基地內(nèi)部小區(qū)劃分圖。通過建立的虛擬分區(qū)，基本可以保證基地各個方向的對外聯(lián)系通道都能聯(lián)系到1個虛擬小區(qū)。

圖2 背景交通量Fig.2 Background traffic flow

圖3 虛擬分區(qū)Fig.3 Virtual partitions

結(jié)合背景交通量和虛擬分區(qū)，進行OD反推，此時由于只有主要幾條聯(lián)系通道的流量，所以整個基地作為1個大區(qū)處理，之后，根據(jù)PA矩陣和OD矩陣之間的關(guān)系，逆推得到各個虛擬分區(qū)的客流發(fā)生、吸引量。結(jié)合各個小區(qū)的地塊性質(zhì)和建筑面積，進行各小區(qū)的客流生成預測；進行交通分布預測時，基地大區(qū)拆分為小區(qū)考慮；方式劃分采用Logit模型，設置費用和旅行時間矩陣，讓小汽車和公交車自由競爭，由于本區(qū)域小汽車出行相對較高，所以綜合得到的該片區(qū)的小汽車分擔率會高于整個城市的綜合交通規(guī)劃確定的分擔率；交通分配選取的是隨機用戶均衡模型，最終得到的分配結(jié)果如圖5所示，圖4、圖5為2種方法的流量分配圖，路段流量量級相同，圖4從定量角度佐證了筆者提出的方法的可靠性。

圖4 傳統(tǒng)交通需求預測Fig.4 Traditional traffic demand prediction

圖5 基于OD需求的需求預測Fig.5 Traffic demand prediction based on OD estimation

表1為主要道路的路段流量和飽和度，對比傳統(tǒng)方法和基于OD反推的需求預測，可以發(fā)現(xiàn)，由于傳統(tǒng)方法的特性，預測的主要道路的流量都高于背景流量，整個路網(wǎng)都處于1個比較擁堵的狀態(tài)；而用基于OD反推的方法得到的預測結(jié)果，道路網(wǎng)絡整體運行情況良好，同時，對比其結(jié)果和背景交通量預測結(jié)果，部分道路流量由于轉(zhuǎn)移到了次干路和支路上，會出現(xiàn)低于背景交通量的情況，路網(wǎng)的道路資源得到了充分的利用，這種情形與現(xiàn)實世界中，用戶發(fā)現(xiàn)主要道路擁堵而改走支線道路的選擇行為一直。所以，本文提出的預測方法在實例中相對于傳統(tǒng)方法，應用效果更好，預測結(jié)果更加的符合用戶路徑選擇習慣。根據(jù)預測的結(jié)果，可以對基地內(nèi)部交通運行環(huán)境進行相應的分析。

對于這樣的局部控規(guī)調(diào)整，其東北地塊全部設置為商務辦公區(qū)域，顯然在周五晚高峰，由一條主干路去分擔流量是難以勝任的，分配結(jié)果也可以很好的反映出這一情況，結(jié)果相對是可靠的。

3 結(jié)束語

筆者提出的基于OD反推的交通需求分析方法，能夠有效避免傳統(tǒng)方法擁堵路段無限疊加，從而高估干道擁堵情況，低估次干路和支路流量的情況，分配的結(jié)果更符合客觀世界路徑選擇規(guī)律；相對于傳統(tǒng)分析方法，可以細化到支路層面進行交通分析，為規(guī)劃者提供更加科學合理的模型支撐。值得注意的是，本文提出的方法是在背景交通量相對準確的情況下的應用，而不是忽略了現(xiàn)狀調(diào)查的重要性。虛擬小區(qū)的規(guī)模和數(shù)量，以及相關(guān)參數(shù)在此方法中的標定，可以作為未來的研究方向

［1］ 住房和城鄉(xiāng)建設部.城市規(guī)劃編制辦法（建設部令第146號［Z］.北京：住房和城鄉(xiāng)建設部，2006.

［2］ 李夏苗，黃桂章，湯 杰.基于OD反推模型預測客運通道客流量［J］.鐵路學報，2008，30（6）：7－12.

表1 主要路段流量、飽和度Tab.1 Main roads traffic flow and saturation

［3］ 李 波，陳金山.基于OD反推的路網(wǎng)承載能力分析及應用［J］.西華大學學報，2012，31（2）：38－41.

［4］ 陸化普，史其信，殷亞峰.交通影響評價的基本思想與方法［J］.城市規(guī)劃，1996（4）：34－38.

［5］ 李文棟.大型商業(yè)建筑項目交通影響分析研究［D］.武漢：華中科技大學，2009.

［6］ 閆小勇，劉博航.交通規(guī)劃軟件實驗教程［M］.北京：機械工程出版社，2010：64－75.

［7］ 章 玉，胡光華，王 佳.交通規(guī)劃模型－TransCAD的操作與應用［M］.北京：中國建設工業(yè)出版社，2011：119－120.

［8］ 紀 魁，程 琳.基于TransCAD的“四階段”交通需求預測［J］.交通信息與安全，2012，30（1）：17－20.

［9］ 姚智勝，熊志華.TransCAD軟件及其在交通影響分析中的應用［J］.交通與計算機，2003（6）：119－121.

［10］ 程 琳，紀 魁，蒲自源，等.路段型隨機用戶均衡敏感度分析［J］.東南大學學報，2013，43（1）：221－225.

［11］ Ren Qiliang.Research on H－fuzzy evaluation method for traffic congestion of city road－network［J］.Information Management，Innovation Management and Industrial Engineering，2008（3）：41－44.