四階段預測法在公路交通量預測中的應用研究

沙愛敏，王曉東

(1.揚州市職業(yè)大學 土木工程學院 揚州市 225009；2.儀征市交通運輸局 儀征市 211400)

科學合理地預測交通量是確定工程項目建設(shè)的技術(shù)等級、建設(shè)規(guī)模、經(jīng)濟效益評價和項目決策建議的重要基礎(chǔ)[1-3]。以某國道新集南段工程項目為依托，運用四階段預測理論，對未來路網(wǎng)交通量進行預測和分配，從而合理確定本工程建設(shè)標準和建設(shè)規(guī)模，并且準確掌握未來交通量變化趨勢，為路網(wǎng)規(guī)劃、經(jīng)濟評價及投資決策提供可靠依據(jù)。

1 交通量預測的總體思路

采用以機動車起訖點調(diào)查為基礎(chǔ)的“四階段預測法”。具體思路為：收集調(diào)查社會經(jīng)濟及交通現(xiàn)狀資料后，分析社會經(jīng)濟與交通運輸發(fā)展兩者之間的相關(guān)關(guān)系，在預測區(qū)域未來經(jīng)濟發(fā)展水平的基礎(chǔ)上，研究區(qū)域未來的交通生成和交通分布情況，推算其正常增長的趨勢型交通量，同時考慮因本項目建成后對影響區(qū)域產(chǎn)生的誘增交通量，以及與水運、鐵路等其它運輸方式相互轉(zhuǎn)移的交通量，最終確定項目未來的交通量。據(jù)此為本項目建設(shè)規(guī)模和實施計劃的確定、經(jīng)濟評價及投資決策提供依據(jù)[4]。

2 交通量預測方法及步驟

某國道儀征新集南段起點位于儀征市與揚州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)界，接345 國道揚州經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)段，向北沿大樟溝東側(cè)布線，經(jīng)G328后利用G40大樟溝大橋的1#、2#橋孔下穿G40，跨沿山河，利用既有通道下穿寧啟鐵路，繞過郭山遺址，向北止于S353 與S418 交叉口，接345 國道儀征新集至劉集段，路線全長6.876km。

本項目預測年限為調(diào)查年到項目投入運營后20 年。預測遠景年為2039年。調(diào)查收集項目影響區(qū)域歷史年社會經(jīng)濟、交通運輸資料，并分析兩者之間的相關(guān)關(guān)系，作為預測模型確定的基礎(chǔ)。同時根據(jù)區(qū)域年社會經(jīng)濟的發(fā)展歷史，建立經(jīng)濟預測模型，對區(qū)域未來經(jīng)濟發(fā)展進行預測。

2.1 交通生成

2.1.1預測模型選定

區(qū)域交通生成量(交通發(fā)生集中量)是社會經(jīng)濟發(fā)展對運輸需求的具體反映。發(fā)生集中交通量的預測以社會經(jīng)濟發(fā)展趨勢為基本依據(jù)，推薦采用增長率法預測未來發(fā)生集中交通量。具體方法為：分析歷史年各小區(qū)交通增長與經(jīng)濟增長的關(guān)系，并推算將來交通與經(jīng)濟之間的彈性關(guān)系，然后根據(jù)各區(qū)域未來經(jīng)濟增長率，推算相應小區(qū)發(fā)生集中交通量的增長率，進行預測。

各經(jīng)濟小區(qū)范圍內(nèi)交通量的發(fā)展趨勢，基本上反映了該小區(qū)交通生成量的增長趨勢，本次研究對交通量增長與各區(qū)的經(jīng)濟增長進行彈性系數(shù)分析，用各區(qū)的預測GDP增長率推算各小區(qū)交通量的未來增長率。

2.1.2彈性系數(shù)分析

(1)研究對象和研究方法

本次研究將項目影響區(qū)共劃分為18個小區(qū)，主要分析蘇南、蘇中、蘇北、江蘇省的客貨彈性系數(shù)以及分析經(jīng)過項目區(qū)域的交通增長情況。

彈性系數(shù)用冪指數(shù)回歸分析法計算：

lnTi=αi+βi+lnEi

(1)

式中：αi為回歸參數(shù)；βi為i區(qū)的交通增長彈性系數(shù)；Ti為客車或貨車的交通量；Ei為i區(qū)的GDP。

從江蘇省的情況看，全省客運(周轉(zhuǎn))量增長率低于貨運(周轉(zhuǎn))量增長率，而道路上客車的增長率卻高于貨車增長率，這一方面反映了貨運的單車平均運輸噸位的增長高于客運單車的平均載客人數(shù)的增長，符合貨物運輸組織得更趨合理與小客車迅猛增長的發(fā)展趨勢。另一方面，也反映了由于統(tǒng)計口徑的不斷擴大變化而造成的數(shù)據(jù)統(tǒng)計差異。由于交通量觀測方法多年來較為一致，并且車輛載貨率等參數(shù)難以調(diào)查。因此，本項目彈性系數(shù)的計算以客貨車交通量為基礎(chǔ)，避免了由于調(diào)查口徑變化或換算系數(shù)不準確而帶來的計算上的較大誤差。

(2)歷史年經(jīng)濟和交通量

收集整理1999年至2016年項目區(qū)域附近的國、省道有代表性的特征觀測點交量資料。包括小貨、中貨、大貨、拖掛、小客、大客共6種車型，計算彈性系數(shù)時適當合并，將小貨、中貨、大貨、拖掛、集裝箱合并為貨車，小客、大客合并為客車，只計算貨車和客車的交通量彈性系數(shù)。由此可得到各區(qū)客車、貨車的歷年交通量。

2.1.3未來彈性系數(shù)的確定

未來彈性系數(shù)的確定采用曲線擬合的方法，首先分析區(qū)域的客、貨運量、交通量與經(jīng)濟指標的彈性發(fā)展趨勢，在宏觀上把握彈性系數(shù)的變化規(guī)律，同時參考經(jīng)濟、交通發(fā)展情況類似的國家和地區(qū)的發(fā)展軌跡，最后確定未來年貨、客車彈性系數(shù)變化模型參數(shù)，預測未來年客、貨車彈性系數(shù)。

當?shù)亟煌ê推渌貐^(qū)的過境交通組成本項目所經(jīng)區(qū)域的路網(wǎng)交通量。參照國外公路交通發(fā)展規(guī)律，并結(jié)合該地區(qū)歷史年交通量和各地區(qū)經(jīng)濟的彈性關(guān)系的發(fā)展趨勢，對貨、客交通量的彈性系數(shù)序列用指數(shù)函數(shù)擬合，擬合模型采用定量和定性相結(jié)合的方法，近期以定量為主，遠期以定性為主。

2.1.4發(fā)生集中交通量預測

(1)未來經(jīng)濟預測結(jié)果整理

在交通小區(qū)中，按蘇南、蘇中、蘇北劃分，采用各自區(qū)域的彈性系數(shù)，其余省外影響區(qū)由于距項目區(qū)域較遠且其影響該地區(qū)交通量的經(jīng)濟因素與江蘇省經(jīng)濟發(fā)展水平有關(guān)，因此，這些影響區(qū)采用江蘇全省經(jīng)濟總體增長速度，彈性系數(shù)采用全省的彈性系數(shù)。

(2)未來交通量增長率和未來發(fā)生集中交通量

預測未來特征年交通量時，根據(jù)需要，車型劃分為貨車、客車兩種。交通量的增長采用：特征年交通量增長率=特征年經(jīng)濟增長率×特征年彈性系數(shù)。交通小區(qū)分別對應于各自地區(qū)采用相應的彈性系數(shù)。根據(jù)基年各小區(qū)的發(fā)生集中交通量推算未來各特征年該小區(qū)的發(fā)生集中交通量。

2.2 交通量分布

本項目的交通分布預測采用FRATAR模型，該方法認為兩交通區(qū)之間未來的交通量不僅與兩交通區(qū)的交通生成增長系數(shù)有關(guān)，而且還與整個項目影響區(qū)域的各交通區(qū)的交通生成系數(shù)有關(guān)[5]。弗雷特法的計算公式如下：

(2)

(3)

經(jīng)過交通分布，形成正常增長的趨勢型未來特征年OD矩陣。采用弗雷特法預測各特征年度趨勢型OD分布，得到遠景年預測趨勢型OD表。

2.3 誘增交通量及其他運輸方式轉(zhuǎn)移交通量預測

2.3.1誘增交通量

誘增交通量是指由于公路的新建或改造而誘發(fā)產(chǎn)生的交通量。由于此次OD調(diào)查為全省路網(wǎng)調(diào)查，因此交通誘增應從路網(wǎng)誘增的角度考慮。在參考有關(guān)資料基礎(chǔ)上，分析地區(qū)產(chǎn)業(yè)布局特點、區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃以及新建項目路對區(qū)域交通運輸需求增加的誘發(fā)作用逐漸減弱的規(guī)律性，同時考慮周邊路網(wǎng)中宿揚高速于2017年底建成通車。由此考慮到2039年誘增交通率為5%。根據(jù)遠景年預測誘增型OD表，最終計算2039年路網(wǎng)誘增交通量為231576pcu/d。

2.3.2其它運輸方式轉(zhuǎn)移交通量

公路與其它運輸方式之間轉(zhuǎn)移交通量的產(chǎn)生主要源于下述兩個因素：公路項目的建設(shè)對其它運輸方式的影響；其它運輸方式項目的建設(shè)對原有公路運量產(chǎn)生的影響。本研究認為，將來與本項目之間有可能存在交通量轉(zhuǎn)移的其它運輸方式有水運和鐵路運輸。

江蘇省的水運客運量很小，其出行目的通常以觀光游覽為主，因此，總體上說，水運的客運因其獨特性不會與新建一級公路發(fā)生交通轉(zhuǎn)移。

項目區(qū)域和項目路走向基本平行的鐵路主要是淮揚鎮(zhèn)鐵路，淮揚鎮(zhèn)鐵路開通后和項目路形成有力的競爭，公路分擔比例會有所下降，但考慮項目路的建設(shè)在淮揚鎮(zhèn)鐵路開通之后，此時淮揚鎮(zhèn)鐵路對公路的分流格局已經(jīng)基本穩(wěn)定，因此近期不再考慮對鐵路的轉(zhuǎn)移。

2.4 交通量分配

本次交通分配采用TransCAD提供的用戶均衡分配模型(User Equilibrium 模型)預測有關(guān)路段交通流量。UE模型假設(shè)為：用戶完全掌握路網(wǎng)運行信息，所有用戶按照使自己運行費用最小的原則選擇其行車路線，而用戶的運行費用則隨利用該路段交通量的大小而變化。運行費用主要考慮行車的時間費用，另外還考慮了收費的影響。

2.5 預測結(jié)果及分析

2.5.1路段交通量及分析

(1)交通量預測結(jié)果

將誘增OD表并入趨勢型OD表，形成本項目未來遠景年的總OD矩陣表，如表1所示。將OD數(shù)據(jù)通過交通分配模塊加載到對應的路網(wǎng)上，得到路網(wǎng)分配預測結(jié)果，如表2所示。由于項目路既是345國道的組成部分，又是揚州城市西部外環(huán)的重要組成部分，至2039年項目平均交通量將達到33204pcu/d。

從時間上看，項目建設(shè)初期增長速度較快，平均交通量在2025年達到18598pcu/d，年均增長率9.0%，此后交通量年增長速度逐漸下降。遠景年轉(zhuǎn)向交通量預測結(jié)果如圖2所示。

圖1 遠景年2039年相關(guān)節(jié)點轉(zhuǎn)向量示意圖(單位：pcu/d)

(2)交通構(gòu)成分析

結(jié)合預測結(jié)果，分析未來項目交通構(gòu)成大概的比例，未來項目路主要由過境交通、內(nèi)外交通和內(nèi)內(nèi)交通三部分構(gòu)成，過境交通流約占項目路比例為24%；內(nèi)外交通出行比例將達到66%，其中項目區(qū)域往南京、泰州、鎮(zhèn)江方向的交通流分別為15%、18%、14%，合計所占比例達到50%；其余交通流主要往高郵、天長方向，分別為10%和9%；區(qū)域內(nèi)部利用項目路的交通流比例較低，約占10%左右。

2.5.2特征年車型構(gòu)成

根據(jù)項目所在區(qū)域路網(wǎng)歷年交通構(gòu)成分析，車種的比例變化與GDP有著良好的相關(guān)關(guān)系，本次車種比例預測采用指數(shù)模型，與GDP回歸預測，經(jīng)歷史資料回歸分析，得到參數(shù)及相關(guān)系數(shù)。根據(jù)模型擬合參數(shù)，以及基礎(chǔ)交通量預測結(jié)果，對項目未來車種構(gòu)成進行預測，如表3所示。

通過項目路未來車種比例預測的結(jié)果，可以看出未來客車的比例占優(yōu)勢。小客隨著經(jīng)濟發(fā)展，私家車的逐步普及，呈穩(wěn)步增長態(tài)勢，大客所占的比例也有所上升。由貨車的比例變化可以看出，小型貨車、中型貨車因其載重量的局限性，未來呈緩慢下降趨勢，隨著經(jīng)濟發(fā)展的轉(zhuǎn)型，貨運呈集中化、大型化發(fā)展方向，汽車列車呈穩(wěn)步上升趨勢。

3 結(jié)論

交通量的準確預測是確定公路服務(wù)水平、服務(wù)等級的重要參數(shù)，也是確定項目建設(shè)規(guī)模和標準的依據(jù)。采用四階段法對本項目交通量進行預測，根據(jù)預測結(jié)果，依據(jù)公路工程技術(shù)標準，從本項目的功能定位、路網(wǎng)規(guī)劃及道路性質(zhì)，結(jié)合本項目所處區(qū)域的實際特點，推薦采用雙向四車道一級公路斷面，設(shè)計車速為100km/h，路基全寬26.0m。本項目的建成能充分發(fā)揮國道的整體效能，構(gòu)建長三角經(jīng)濟一體化，完善相鄰縣市之間的國道省道暢通，構(gòu)建揚州大交通網(wǎng)絡(luò)，強化與周邊市縣聯(lián)系，帶動區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展，更好地服務(wù)于沿線經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展。