基于可測度類比模型的縣級城市交通運行狀況分析

白鴻宇，周文華，鄭淑妮

浙江省交通運輸科學(xué)研究院，浙江杭州 310000

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，出行需求與交通基礎(chǔ)設(shè)施的主要矛盾不斷深化，交通擁堵也越發(fā)嚴(yán)重。交通狀態(tài)預(yù)測一直是交通工程領(lǐng)域的重點研究方向之一，城市交通狀況評價中，國內(nèi)外大城市多采用交通運行指數(shù)作為評價城市交通運行狀況的綜合性指標(biāo)[1-6]。交通運行指數(shù)是對交通擁堵在時間、空間、強(qiáng)度等特征的綜合化、簡單化的描述[7]。美國聯(lián)邦公路局的擁擠程度指數(shù)(congestion severity index，CSI)和日本的擁擠度(degree of congestion，DC)是國外交通運行指數(shù)的典型應(yīng)用[8]。北京、上海、杭州等國內(nèi)大城市先后在城市交通運行狀況評價規(guī)范指導(dǎo)下，從行駛時間、延誤時間、擁堵里程等多角度明確了各地交通運行指數(shù)的測算方法。目前交通運行指數(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在實時和集成2個方面。實時交通運行指數(shù)主要表征城市交通運行的實時動態(tài)，用來反映交通運行的瞬時性特征；集成交通運行指數(shù)主要表征城市交通運行的時期特征，用來反映交通運行的階段性特征。目前對交通運行狀況的分析均集中于大城市，且對數(shù)據(jù)采集設(shè)備的覆蓋全面性和迭代周期性要求較高。

縣級城市是我國城市體系的基礎(chǔ)支撐和關(guān)鍵組成，是我國新型城鎮(zhèn)化的主力軍。截至2018年底，我國城鎮(zhèn)化率達(dá)59.58%[9]，浙江省等東部沿海省份城鎮(zhèn)化率達(dá)近70.00%[10]，趨于城市化中期至后期的臨界階段。此階段縣級城市交通基本特征為：1)城市融合發(fā)展進(jìn)一步加深，人員及貨物流動更趨頻繁；2)城市居民收入水平持續(xù)提高，民用汽車保有量處于持續(xù)快速增長期；3)城市交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)速度相對較慢，交通供需矛盾進(jìn)一步激化，且呈現(xiàn)地域和時間分布的不平衡性[11-14]；4)城市普遍缺乏完備的交通運行數(shù)據(jù)采集和分析設(shè)備，缺少對交通運行狀況的研判方法。

本文采用經(jīng)典類比分析法，構(gòu)建縣級城市的交通運行指數(shù)計算模型，以期較為準(zhǔn)確地評價縣級城市的交通運行狀況。

1 類比分析法

1.1 類比分析法簡介

類比分析法是通過對被類比對象B的研究分析，尋找和發(fā)現(xiàn)類比對象A遵循的規(guī)律和原則，并運用這種規(guī)律和原則預(yù)測類比對象A未來發(fā)展規(guī)律的一種推理方法[15]，該方法在科學(xué)創(chuàng)新、工程實際、交通發(fā)展等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

經(jīng)典類比法理論的各態(tài)歷經(jīng)假說認(rèn)為，在充分大的空間內(nèi)，同一區(qū)域內(nèi)不同斷面的時序譜，有可能從同一時間不同區(qū)域斷面的空域譜中獲取。文獻(xiàn)[16-20]以情景映射類比遷移構(gòu)建類比分析邏輯。文獻(xiàn)[21-23]將類比分析法應(yīng)用于公路隧道等工程項目。文獻(xiàn)[24-28]將類比分析法應(yīng)用于公路網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、高速鐵路客流預(yù)測、交叉口信號相位設(shè)計等方面。

本研究認(rèn)為，縣級城市交通運行狀況與所在地級市的交通運行狀況之間存在時空譜系的耦合關(guān)系，且共有屬性越多，耦合結(jié)論越可靠，所以假設(shè)縣級城市與所在地級市主城區(qū)的交通運行狀況存在可類比的相似特征。

1.2 可測度類比模型

可測度類比模型是表征類比對象之間相應(yīng)類比因素乘積差最小的類比模型。實現(xiàn)方法是構(gòu)建由先導(dǎo)元素組成的線性規(guī)劃模型并求解，使類比變量的誤差最小，從而得出滿足類比條件的對象。本文使用枚舉法列出交通運行指數(shù)的宏觀影響因素，通過地級市的交通運行指數(shù)與因素的相關(guān)性分析，篩選與交通運行指數(shù)相關(guān)的各宏觀指標(biāo)，分別從省級、地級市2個層面迭代計算與縣級城市各指標(biāo)的類比因素的幾何平均值，構(gòu)建可測度類比模型，計算縣級城市交通運行指數(shù)的均值，通過實地測量各縣級城市的城區(qū)公交高峰與平峰時段的平均速度等，測算其與縣級城市交通運行指數(shù)的相關(guān)性，驗證模型的準(zhǔn)確性。實現(xiàn)路徑如圖1所示。

圖1 可測度類比模型實現(xiàn)路徑

2 可測度類比模型的因素檢驗

假設(shè)在一定區(qū)域內(nèi)，單位面積的國內(nèi)生產(chǎn)總值越大、人口密度越大、路網(wǎng)密度越小、民用汽車保有量越多、停車位數(shù)量越大、公共交通車輛越少，則該區(qū)域內(nèi)的交通運行指數(shù)均值越大，說明該區(qū)域內(nèi)的交通運行狀況越差。為驗證該假設(shè)，采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件SPSS(statistical product and service solutions，)對浙江省11個地級市2018年的道路運行指數(shù)均值進(jìn)行因素的顯著性檢測。

浙江省地級市交通運行指數(shù)與相關(guān)因素如表1所示，表1中數(shù)據(jù)來源于2018年浙江省各地市交通運行統(tǒng)計月報與浙江省統(tǒng)計年鑒，其中：C為年均交通運行指數(shù)，S為建成區(qū)面積，n為地市區(qū)常住人口數(shù)，Nm為市區(qū)民用汽車保有量，q為建成區(qū)單位面積國內(nèi)生產(chǎn)總值，Ng為單位面積萬人公交保有量。C與假設(shè)因素的相關(guān)性分析結(jié)果如表2所示。

表1 地級市交通運行指數(shù)與相關(guān)因素

由表2可知：

表2 C與假設(shè)因素的相關(guān)性分析結(jié)果

1)C與S、n、Nm、q。0.010.6，說明C分別與S、n、Nm、q呈顯著的正相關(guān)，表明隨著城市建成區(qū)的擴(kuò)大、常住人口的聚集、民用汽車的增加以及經(jīng)濟(jì)活動的增強(qiáng)，城市交通運行指數(shù)將會持續(xù)增大。

2)C與Ng。PSig<0.01，說明C與Ng存在高度顯著的相關(guān)性；KPC=-0.842，說明C與Ng呈現(xiàn)高度顯著的負(fù)相關(guān)，表明增加Ng可以有效降低城市交通運行指數(shù)。

3 構(gòu)建可測度類比模型并標(biāo)定

3.1 構(gòu)建模型

根據(jù)可測度類比模型的建模邏輯，分3步構(gòu)建縣級城市交通運行指數(shù)的計算模型。

1)根據(jù)浙江省11個地級市市本級的交通運行指數(shù)和類比因素幾何平均值，計算市本級所轄縣級城市的交通運行指數(shù)

(1)

2)根據(jù)浙江省省本級的交通運行指數(shù)和類比因素幾何平均值，計算縣級城市的交通運行指數(shù)

(2)

3)對式(1)(2)取平均,得到縣級城市交通運行指數(shù)

(3)

3.2 模型計算

浙江省各縣級城市2018年的相關(guān)參數(shù)如表3所示。

表3 浙江省縣級城市2018年相關(guān)參數(shù)

表3(續(xù))

表4 浙江省62個縣級城市2018年計算結(jié)果

表5 根據(jù)判斷交通狀況

4 模型校驗

表與vg、vp的相關(guān)性

5 結(jié)語

1)對缺乏數(shù)據(jù)采集設(shè)備的縣級城市，構(gòu)建交通運行指數(shù)可測度類比模型，采用浙江省62個縣級城市的實際數(shù)據(jù)進(jìn)行測算與驗證，模型計算結(jié)果與實際相符。

2)隨著經(jīng)濟(jì)、人口、面積、汽車保有量等的持續(xù)增加，縣級城市的交通運行狀況不容樂觀，大力發(fā)展城市公共交通，提高公交的供給水平將會有效緩解這種問題。下一步將結(jié)合部分已有交通運行指數(shù)監(jiān)測平臺的縣級城市相關(guān)數(shù)據(jù)，對模型進(jìn)行優(yōu)化。