改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測失準(zhǔn)現(xiàn)象分析

李政興

（山西交通控股集團(tuán)有限公司，山西 太原 030006）

近幾年來，我國高速公路的里程數(shù)量突飛猛進(jìn)，許多建成后正在投入使用的高速公路實(shí)際交通量與之前的預(yù)測值有出入，有失準(zhǔn)的現(xiàn)象存在[1]。因此，對高速公路項(xiàng)目中前期的預(yù)測工作所產(chǎn)生的的結(jié)果是否準(zhǔn)確，需要大量的數(shù)據(jù)比較分析，有必要對失準(zhǔn)現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析，吸收教訓(xùn)，獲得經(jīng)驗(yàn)，為高速公路的建設(shè)提供更合理的依據(jù)。當(dāng)前，高速公路擴(kuò)建工程可行性研究主要是交通量預(yù)測，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和建設(shè)規(guī)模主要是根據(jù)交通量預(yù)測值來確定的。

1 交通量預(yù)測誤差的判定

誤差的判定是根據(jù)誤差率的數(shù)值來確定的，誤差率是指實(shí)際交通量數(shù)值較預(yù)測交通量數(shù)值的差距百分比。

誤差率的計(jì)算公式：

式中：P為誤差率。

平均誤差的計(jì)算公式：

式中：C為平均誤差率；Pn為第n年的誤差率；N為年數(shù)。

交通量預(yù)測誤差現(xiàn)象在改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測中普遍存在，本節(jié)首先介紹交通量誤差預(yù)測的方法，并分析各方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

2 交通量誤差預(yù)測方法

2.1 增長率法

增長率法主要根據(jù)被預(yù)測主體預(yù)期增長速率進(jìn)行預(yù)測[2]。其步驟是：a）分析歷年被預(yù)測主體增長率的變化規(guī)律；b）根據(jù)分析，確定預(yù)期增長率；c）對未來數(shù)值的預(yù)測。預(yù)測模型為：

式中：Qt為預(yù)測值；Q0為基年值；α為增長率；t為預(yù)測年限。

增長率法主要在于增長率的確定，但是增長率會因年限選擇和計(jì)算方式的變化而存在較大差別。所以增長率法適用于增長率變化較小且增長趨勢平穩(wěn)的情況。它的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算方便，缺點(diǎn)是結(jié)果相對簡單，所以更加適于對短期狀況進(jìn)行預(yù)測。

2.2 函數(shù)模型法

函數(shù)模型法是對小區(qū)的交通發(fā)生量、交通吸引量進(jìn)行預(yù)測時(shí)常用的方法[3]，研究采用多元回歸分析法，故又稱回歸分析法。通常采用下述3個(gè)模型：

式中：Ti為某小區(qū)的交通生成量；α0、αk為偏回歸系數(shù)（k=1，2…n）；xik為被選出的自變量（k=1，2…n）。

根據(jù)很多研究說明，綜合預(yù)測的方式優(yōu)點(diǎn)甚多，如結(jié)果精確、方式簡便等，故采取模型（1）即多元線性回歸模型預(yù)測相對更加合理。

2.3 彈性系數(shù)法

該方法是依靠對交通和經(jīng)濟(jì)的關(guān)聯(lián)分析，而建立起來的函數(shù)模型[4]，模型為：

上述模型中，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一般用GDP、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值和人口數(shù)量，運(yùn)輸指標(biāo)采用交通發(fā)生量。

a）公路運(yùn)輸量彈性系數(shù)。

式中：Ry為公路運(yùn)輸量年均增長率；RG為GDP年均增長率；α、β為參數(shù)。

b）公路運(yùn)輸周轉(zhuǎn)量彈性系數(shù)。

式中：Rz為公路運(yùn)輸量周轉(zhuǎn)量年均增長率；Rg為工農(nóng)生產(chǎn)總值年均增長率；γ為參數(shù)。

3 高速公路交通量預(yù)測失準(zhǔn)現(xiàn)象的實(shí)例研究

僅從預(yù)測方法和模型參數(shù)的標(biāo)定這些方面來探究誤差原因不能真實(shí)地反映誤差機(jī)理[5]。

下面在分析比較太原東山過境改擴(kuò)建高速公路預(yù)測值和實(shí)際值之間差距的基礎(chǔ)上，揭示出改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測誤差的原因，提出相應(yīng)的對策。

3.1 太原東山過境改擴(kuò)建高速公路預(yù)測失準(zhǔn)分析

以太原東山過境改擴(kuò)建高速公路為例，交通量預(yù)測值和實(shí)際值比較情況見圖1和表1。

圖1 太原東山過境改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值和實(shí)際值比較

表1 太原東山過境改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值和實(shí)際值比較

3.1.1 太原東山過境改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值特點(diǎn)

從圖1和表1中預(yù)測交通量和檢測交通量實(shí)際值進(jìn)行對比分析來看，太原東山過境改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值有以下一些特點(diǎn)：

a）運(yùn)營初期交通量預(yù)測值明顯高于實(shí)際值。2008年和2009年誤差率分別為86.79%、84.86%，明顯高于平均誤差率46.10%。在改擴(kuò)建高速公路初期，預(yù)測值明顯高于實(shí)際值。

b）運(yùn)營中后期交通量預(yù)測值小于實(shí)際值。在改擴(kuò)建實(shí)際通車中后期，出現(xiàn)工可預(yù)測值小于實(shí)際值的現(xiàn)象。

c）交通量預(yù)測值和實(shí)際值誤差隨著年份增加逐漸變小。從表1和圖1可以看出交通量預(yù)測值和實(shí)際值逐漸接近，誤差逐漸變小。

3.1.2 普遍規(guī)律

a）早期值偏大。早期的交通量預(yù)測值高于實(shí)際交通量。

b）中期值偏差小。預(yù)測值與運(yùn)營值差距隨運(yùn)營年限而減小。

c）遠(yuǎn)期值偏小。運(yùn)營中后期預(yù)測值小于實(shí)際運(yùn)營量。

3.2 改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測誤差原因分析

構(gòu)建改擴(kuò)建高速交通量預(yù)測誤差的原因體系，是從預(yù)測全過程進(jìn)行系統(tǒng)分析。為了準(zhǔn)確確定改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測誤差原因，我們構(gòu)建了誤差原因體系框架如圖2所示。

4 實(shí)例驗(yàn)證

4.1 運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路分析

本節(jié)針對運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路預(yù)測值和實(shí)際值誤差進(jìn)行分析，探析其誤差原因，表2和圖3為交通量預(yù)測值和實(shí)際值的比較。

圖2 預(yù)測誤差原因的體系框架圖

表2 運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值和實(shí)際值比較

圖3 運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測值和實(shí)際值比較

從比較結(jié)果可以看出，與誤差現(xiàn)象分析中所得出的“近期偏大”結(jié)論相吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了結(jié)論的準(zhǔn)確性。針對運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路交通量預(yù)測誤差現(xiàn)象原因作以下分析。

4.1.1 社會經(jīng)濟(jì)調(diào)查不準(zhǔn)確

查閱資料，運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路項(xiàng)目主要影響區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值發(fā)展速度預(yù)測如表3所示。

表3 項(xiàng)目主要影響區(qū)國內(nèi)生產(chǎn)總值發(fā)展速度預(yù)測表 %

山西省2007到2014年實(shí)際GDP增速如圖4所示。

圖4 山西省2007到2014年實(shí)際GDP增速

其中2007到2012年GDP增速實(shí)際平均值為11.13%，和預(yù)測值11.8%較為接近。但2013和2014年GDP增速實(shí)際值分別為8.9%和4.9%，和預(yù)測值9.6%相距較大，工可中社會經(jīng)濟(jì)預(yù)測值和實(shí)際值相差較大，由此導(dǎo)致運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路出現(xiàn)較大的預(yù)測誤差。

4.1.2 交通運(yùn)輸調(diào)查不準(zhǔn)確

運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路工可研究對于交通運(yùn)輸調(diào)查不準(zhǔn)確導(dǎo)致交通量預(yù)測誤差。隨著運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路沿線區(qū)域相關(guān)規(guī)劃的實(shí)施，沿線所涵蓋的若干中小城市發(fā)展迅速，大西高鐵的開通等新建項(xiàng)目使運(yùn)城至風(fēng)陵渡改擴(kuò)建高速公路交通量發(fā)生轉(zhuǎn)移，對于這點(diǎn)在工可研究階段交通運(yùn)輸調(diào)查中把握不準(zhǔn)確，導(dǎo)致最終預(yù)測數(shù)據(jù)誤差[6]。

4.1.3 模型選取

在后期的實(shí)際應(yīng)用中，所采用的模型在適應(yīng)性和參數(shù)標(biāo)定等方面存在許多不足，導(dǎo)致預(yù)測結(jié)果存在誤差[7]。

4.1.4 其他原因

關(guān)于其他方面的原因，分析主要是人為的因素。在高速公路建設(shè)可行性研究中，主要考慮的是交通量預(yù)測結(jié)果。因此，如果交通量達(dá)不到要求，許多改建和擴(kuò)建的高速公路都不能批準(zhǔn)進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)。在這種情況下，人為調(diào)整往往使預(yù)測的交通量滿足一定的要求，特別是最近的預(yù)測數(shù)據(jù)[8-10]。

5 減少交通量失準(zhǔn)現(xiàn)象對策和措施

5.1 采用機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行高速公路交通量分析預(yù)測

得益于互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)達(dá)，獲取汽車保有量資料、物流數(shù)據(jù)、汽車通行記錄等數(shù)據(jù)更加簡便，這些都有助于交通量預(yù)測失準(zhǔn)現(xiàn)象的減少。

5.2 使經(jīng)濟(jì)、技術(shù)及政策對交通量影響的評價(jià)模型更加合理化

在交通量的預(yù)測過程中，多項(xiàng)指標(biāo)能降低失準(zhǔn)率，比如公路安全舒適程度、加大路網(wǎng)計(jì)劃的連貫性、國家政策的影響等。

5.3 做好中長期路網(wǎng)規(guī)劃，出臺相關(guān)政策

制定中長期路網(wǎng)規(guī)劃，促進(jìn)路網(wǎng)中高速公路交通量均衡發(fā)展，提高道路通行能力，對于新建的高速公路項(xiàng)目實(shí)行優(yōu)惠政策，分流引流的措施要多樣化，加強(qiáng)對新建高速的傳播宣揚(yáng)，提高司機(jī)對新路段的認(rèn)識以及出行的習(xí)慣，以此來增加新高速的使用頻率從而降低主干路線的擁堵率。

6 總結(jié)

綜上所述，高速公路交通量預(yù)測失準(zhǔn)現(xiàn)象的產(chǎn)生是多層面原因造成的，如何減少失準(zhǔn)現(xiàn)象的產(chǎn)生，還是需要結(jié)合實(shí)際工作進(jìn)行更深一步的討論和探索，以此來更好地解決高速公路交通預(yù)測量失準(zhǔn)問題，促進(jìn)高速公路項(xiàng)目健康發(fā)展。