土地利用模型與交通模型研究

張智學(xué)

摘 要：本文從土地利用與交通的互動(dòng)關(guān)系作為切入點(diǎn)，概述了城市用地與交通預(yù)測一體化模型的基本原理，以現(xiàn)行的主流一體化模型為例，從模型構(gòu)建的角度分析了不同的對象，結(jié)構(gòu)特征以及建模方法對于實(shí)際構(gòu)建模型的影響，綜述其構(gòu)建原理以及運(yùn)行方式，并介紹了一體化模型效用函數(shù)確定原理等基本概念。

關(guān)鍵詞：土地利用;交通;出行;地區(qū)位效用;關(guān)聯(lián)性;Logit模型

0 引言

在城市發(fā)展的過程中，組成城市的要素，人口、經(jīng)濟(jì)、土地等處于動(dòng)態(tài)變化的階段，互相關(guān)聯(lián)，互為因果。城市的發(fā)展理論由復(fù)雜的子系統(tǒng)組成并受到多種變量因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往難以將具體的對象轉(zhuǎn)化為參數(shù)化，模型化的表達(dá)，因此在表示城市所處狀態(tài)（人口，規(guī)模，土地，經(jīng)濟(jì)、定位）時(shí)，往往會使用土地利用這一綜合性概念。交通規(guī)劃對于城市規(guī)劃和發(fā)展具有先導(dǎo)作用，與土地利用狀況互相作用，互為成因，一方面土地利用所產(chǎn)生的交通需求是交通規(guī)劃的目標(biāo)，土地利用決定著交通規(guī)劃，另一方面，前置的交通規(guī)劃影響著周邊用地發(fā)展水平和方向，對土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有導(dǎo)向性作用。

1 交通模型與土地利用模型聯(lián)系原理

在關(guān)聯(lián)模型中，有關(guān)交通的影響因素，諸如使用，通過建立交通方式的便捷性、時(shí)間成本、可達(dá)性與用地相關(guān)的用地性質(zhì)之間的聯(lián)系，將土地利用模型（Land-UseAnalysis）和交通預(yù)測模型（Transportation Forecasting）合成為一體化模型為L-T模型（系統(tǒng)）。

在構(gòu)建L-T系統(tǒng)時(shí)，要考慮土地利用對于出行生成的影響和交通系統(tǒng)對于城市用地性質(zhì)的影響。因此，不同系統(tǒng)之間信息反饋回路的建立，對于充分反映交通和用地各要素組成之間的作用過程有著重要的意義，因此在實(shí)際構(gòu)建L-T系統(tǒng)過程中首先要解決的問題便是如何尋找描述不同系統(tǒng)運(yùn)作變量中的關(guān)聯(lián)性，將其置于一個(gè)綜合性系統(tǒng)下進(jìn)行討論。

在實(shí)際模型構(gòu)建中，常選取其對于城市經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)的作用與反作用，構(gòu)建兩個(gè)系統(tǒng)之間的反饋機(jī)制。這種觀點(diǎn)主要考慮到城市生活中不同的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，對于各種產(chǎn)品（包括商品、服務(wù)等）等的生產(chǎn)和消費(fèi)過程中，生成了對用地和交通的需求[1]。圖1所示。

2 L-T模型種類及系統(tǒng)劃分

現(xiàn)行的L-T模型設(shè)計(jì)思路主要從模擬對象以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩方面入手。就針對于出行對象的情況模擬上，可分為基于出行的模型與基于行為的模型兩種，從L-T系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行劃分，則可分為分離式、耦合式和集成式結(jié)構(gòu)三種。

2.1 基于模擬對象的模型劃分

2.1.1 基于出行的模型

基于出行行為（Trip-based）模型其特點(diǎn)在于研究的基本對象是不帶特征及屬性的單次出行行為，根據(jù)每次出行的起訖點(diǎn)計(jì)算出行量。以其中的代表四階段法為例，其主要的技術(shù)路線為：土地利用屬性—出行生成—出行分布—出行方式劃分—交通分配。四階段法設(shè)計(jì)過程中并沒有充分考慮到交通系統(tǒng)對于土地利用的反饋?zhàn)饔?，在該模型系統(tǒng)之中更多側(cè)重于用地屬性對于交通生成、分配等單方面的影響。

2.1.2 基于行為的模型

基于行為（Activity-Based）模型認(rèn)為出行者的出行行為源自其日?；顒?dòng)的需求，強(qiáng)調(diào)了出行與個(gè)人特征和屬性以及對應(yīng)的社會活動(dòng)需要的關(guān)聯(lián)性?；谛袨榈哪Ｐ蛯⒊鲂锌醋魇侨藗?nèi)粘；顒?dòng)行為的諸多屬性中的一種。在本質(zhì)上，出行是為了首先某種社會活動(dòng)需要的一種行為。這種模型的一個(gè)最基本的前提是，出行是由一系列活動(dòng)行為所決定，所有這些活動(dòng)行為構(gòu)成了出行者個(gè)人的活動(dòng)日程，而個(gè)人的活動(dòng)日程又受到社會環(huán)境的限制，具體體現(xiàn)為出行行為在時(shí)間和空間上的約束。

2.2 基于不同結(jié)構(gòu)的三類模型系統(tǒng)

常見的L-T模型主要通過三種結(jié)構(gòu)處理L模型與T模型之間的關(guān)系，分別為分離式，耦合式和集成式。分離式結(jié)構(gòu)采用了一種較為簡單直接方式分開處理模型之間的關(guān)系，并不在其中建立之間的反饋關(guān)系。耦合式和集成式結(jié)構(gòu)模型則通過選取外生變量的方式，根據(jù)用地對于外生變量的效用

評價(jià)進(jìn)行活動(dòng)量的空間分配，再根據(jù)不同交通方式以及路徑對于外生變量的影響將出行的流量加載到路網(wǎng)上。

3 效用函數(shù)的確立

根據(jù)隨機(jī)效用理論建立的logit模型[3]：

通過效用函數(shù)：

來反映用地分區(qū)的綜合吸引力（其中，SEi，a為i分區(qū)的a種社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo);Ai，b為i分區(qū)與b種出行方式有關(guān)的可達(dá)性;為待定參數(shù)）。除常數(shù)項(xiàng)外，效用函數(shù)還包括一個(gè)項(xiàng)和一個(gè)項(xiàng)。項(xiàng)反映用地的區(qū)位優(yōu)勢，項(xiàng)則反映用地的區(qū)位可達(dá)性。

無論是基于出行還是基于行為的模型，運(yùn)用logit 模型來進(jìn)行用地選擇、出行方式選擇、路徑選擇等已成為一種趨勢。在用地分析中，可以根據(jù)不同的用地選擇目的，選用不同的社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，包括社區(qū)環(huán)境質(zhì)量等指標(biāo)，來建立特定的效用函數(shù)。在出行方式選擇和路徑選擇過程中，基于效用函數(shù)的MNL（MultinomialLogit）模型和NL（NestedLogit）模型可將方式劃分和交通分配過程合二為一。效用函數(shù)的靈活性還體現(xiàn)在能用非集計(jì)型數(shù)據(jù)來標(biāo)定模型參數(shù)，把基于效用函數(shù)的各種選擇模型統(tǒng)稱為離散型選擇模型。

效用函數(shù)中的γ項(xiàng)通常為負(fù)值，稱為交通負(fù)效用（Transport Disutility）。交通負(fù)效用反映了交通因素對用地綜合吸引力的負(fù)面影響，這體現(xiàn)在用地價(jià)格（地租）隨出行時(shí)間和費(fèi)用的增加而降低，也就是通常所說的交通對用地的反作用。

4 總結(jié)

土地利用與交通相互引導(dǎo)、作用、影響，構(gòu)成了城市中復(fù)雜的路網(wǎng)和用地形態(tài)。構(gòu)建二者的一體化模型，超越單個(gè)系統(tǒng)所具有的局限性，從整體和全面的角度思考二者的聯(lián)系，是解決城市用地和交通問題的主要趨勢。未來，一體化模型的發(fā)展趨勢會更多的針對現(xiàn)階段無法量化統(tǒng)計(jì)出行對象特征、實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同分析、多學(xué)科理論支持、模擬過程精細(xì)化，融合多種模型理論和建模方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建。

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