基于四階段法對改擴(kuò)建線路交通量預(yù)測

曹引弟

（山西工程職業(yè)學(xué)院，山西 太原 030009）

擴(kuò)建道路項(xiàng)目的交通量預(yù)測和新建項(xiàng)目是不相同的，由于改擴(kuò)建項(xiàng)目已建成并且運(yùn)營通車多年，交通量的增長也較平穩(wěn)，在整個(gè)交通路網(wǎng)中所起的作用已穩(wěn)定，該道路的交通量發(fā)展趨勢可通過觀測歷史交通量的增長趨勢判斷。目前，我國采用四階段法[1]進(jìn)行交通量預(yù)測?！八碾A段法”是指交通生成（generation）、交通分布（distribution）、交通方式劃分（mode spli）t 和交通分配（assignmen）t 四個(gè)階段[2]。本文以G342 聞喜至臨猗段改擴(kuò)建工程為例，運(yùn)用“四階段法”預(yù)測模型和TransCAD 交通規(guī)劃軟件進(jìn)行未來年交通量的預(yù)測分析，為項(xiàng)目的建設(shè)、投資規(guī)模提供依據(jù)，是項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)財(cái)務(wù)評價(jià)的基礎(chǔ)，并對類似項(xiàng)目在進(jìn)行交通量預(yù)測時(shí)提供參考依據(jù)。

1 交通調(diào)查與分析

1.1 調(diào)查綜述

為了能夠全面反映項(xiàng)目走廊帶區(qū)域的交通特性，收集了項(xiàng)目影響區(qū)相關(guān)國省道歷年（2010 年—2020 年）交通量觀測資料（連續(xù)式、間歇式觀測站），以及近年內(nèi)在項(xiàng)目影響區(qū)進(jìn)行的OD 調(diào)查（特別是對G342，G209，S248，S256，S257，S238相關(guān)道路等）交通量調(diào)查資料，對主要相關(guān)道路各交通量觀測站交通量絕對數(shù)及折算數(shù)、車型比例進(jìn)行回歸分析，并全面分析本項(xiàng)目建成后服務(wù)的交通流對象，結(jié)合交通小區(qū)劃分原則，將項(xiàng)目影響區(qū)進(jìn)行交通小區(qū)劃分。交通調(diào)查總體思路見圖1。

圖1 交通調(diào)查總體思路圖

1.2 OD 調(diào)查綜述

基年OD 數(shù)據(jù)是交通量預(yù)測工作的重要組成部分，通常以居民出行及貨流出行調(diào)查來獲取此數(shù)據(jù)最為精確，但作為公路交通量預(yù)測，一般以機(jī)動車OD 調(diào)查即可滿足其精度要求。項(xiàng)目組在這一區(qū)域布設(shè)5 個(gè)OD 調(diào)查點(diǎn)、7 個(gè)斷面交通量調(diào)查點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，這些數(shù)據(jù)基本可以準(zhǔn)確地把握這一區(qū)域的交通流運(yùn)行特性，OD 調(diào)查現(xiàn)場見圖2。

圖2 OD 調(diào)查現(xiàn)場圖

1.3 交通小區(qū)劃分

項(xiàng)目研究對象為G342 聞喜至臨猗段改擴(kuò)建工程，交通流研究對象主要為聞喜縣、夏縣、鹽湖區(qū)、臨猗縣周邊區(qū)域?qū)?nèi)交通對外交通及過境交通。因此，研究區(qū)域范圍應(yīng)涵蓋聞喜縣、夏縣、鹽湖區(qū)、臨猗縣，其中聞喜縣、夏縣、鹽湖區(qū)、臨猗縣部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)為直接影響區(qū)。

2 交通量預(yù)測

2.1 交通量預(yù)測流程

交通量預(yù)測是工程設(shè)施規(guī)模及經(jīng)濟(jì)評價(jià)的基礎(chǔ)[3]?？傮w預(yù)測流程及采用的預(yù)測模型見圖3。

圖3 交通量預(yù)測流程圖

2.2 預(yù)測特征年確定

本項(xiàng)目一級路交通量預(yù)測年限應(yīng)為項(xiàng)目建成后20 年，參照國民經(jīng)濟(jì)及社會發(fā)展規(guī)劃年限，確定項(xiàng)目預(yù)測特征年為2025 年（項(xiàng)目通車年）、2030 年、2035 年、2040 年、2045 年（項(xiàng)目服務(wù)期末）。

1）交通生成。本次研究采用彈性系數(shù)法進(jìn)行預(yù)測。交通生成預(yù)測是指根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，對項(xiàng)目研究區(qū)域及各交通小區(qū)的交通需求總量（即機(jī)動車發(fā)生量、吸引量）進(jìn)行預(yù)測[4]。

2）預(yù)測模型及方法。彈性（或彈性系數(shù)）是指待研究的兩個(gè)關(guān)聯(lián)事物間增長速度的比率[5]。一般來說，定義自變量x 對應(yīng)變量y 的彈性系數(shù)為

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通量在不斷增大，和當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān)，交通量的增長速度和地區(qū)經(jīng)濟(jì)水平及經(jīng)濟(jì)增長速度有關(guān)。因此，在研究項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)各交通小區(qū)在遠(yuǎn)景年的交通發(fā)生量和交通吸引量時(shí)，采用彈性系數(shù)法進(jìn)行預(yù)測。其預(yù)測公式為

式中：A 為預(yù)測年份的小區(qū)發(fā)生總量或吸引總量；A0為基年的交通發(fā)生總量或吸引總量；R 為國內(nèi)生產(chǎn)總值年平均增長速度；E 為交通量對國內(nèi)生產(chǎn)總值的彈性系數(shù)；n 為預(yù)測期的年數(shù)。

3）彈性系數(shù)確定。根據(jù)各經(jīng)濟(jì)小區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢及發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)參考國內(nèi)其他類似經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域公路客貨運(yùn)彈性系數(shù)，借鑒國外公路運(yùn)輸發(fā)展的普遍規(guī)律，采用類比方法，定量與定性分析相結(jié)合確定出各小區(qū)交通彈性系數(shù)。分析結(jié)果可知，彈性系數(shù)大致成逐年遞減趨勢。

2.3 發(fā)生、吸引交通量計(jì)算

通過彈性系數(shù)預(yù)測方法，最終確定出特征年2035 年交通小區(qū)發(fā)生總量和吸引總量見表1。

表1 2035 年各交通小區(qū)交通生成量

2.4 交通量分布

2.4.1 分布方法

交通分布是指將預(yù)測的各小區(qū)出行發(fā)生量、吸引量轉(zhuǎn)化為未來年各交通小區(qū)的出行交通量的過程[6]。本文運(yùn)用重力模型法對交通分布階段進(jìn)行預(yù)測，重力模型法是通過模擬萬有引力定律的分析方法，此方法考慮了兩個(gè)交通小區(qū)間的出行阻抗，如出行的距離、時(shí)間等，同時(shí)考慮了交通小區(qū)所在地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)因素。根據(jù)聞喜縣城市經(jīng)濟(jì)、交通結(jié)構(gòu)，不宜選擇增長率、概率模型法，故本報(bào)告采用雙約束重力模型。

重力模型法的基本原理是i 小區(qū)和j 小區(qū)之間的出行分布量和i 小區(qū)的交通發(fā)生量及j 小區(qū)的交通吸引量成正比，和i 小區(qū)和j 小區(qū)之間的阻抗成反比，兩個(gè)交通小區(qū)之間的阻抗可以是距離、出行的時(shí)間、出行產(chǎn)生的費(fèi)用，也可以是距離、時(shí)間和費(fèi)用的函數(shù)。本文采用最短的出行時(shí)間來作為阻抗矩陣，通過雙約束重力模型法來計(jì)算交通分布。

雙約束重力模型形式為

約束條件為

式中：Xij為i 區(qū)到j(luò) 區(qū)出行分布量。

式中：Gi為i 小區(qū)交通發(fā)生量；Aj為j 小區(qū)交通吸引量；Rij為i 小區(qū)到j(luò) 小區(qū)的出行阻抗（impedance，用最短的出行時(shí)間來表示）為交通阻抗函數(shù)，又叫阻抗系數(shù)（friction facto）r，常用的形式有冪函數(shù)形式，指數(shù)函數(shù)形式函數(shù)形式，其中α 和β 為待定系數(shù)。

本次預(yù)測采用多種阻抗函數(shù)進(jìn)行標(biāo)定后發(fā)現(xiàn)，采用冪函數(shù)形式模型，參數(shù)α=0.7098 時(shí)，模型精度較高。

2.4.2 交通量分布

根據(jù)上述標(biāo)定結(jié)果，以TransCAD 軟件中提供的雙約束重力模型及運(yùn)行程序?yàn)橹笇?dǎo)，得到2035年預(yù)測結(jié)果，見第131 頁表2。

表2 2035 年各交通小區(qū)機(jī)動車出行OD 匯總表

2.5 交通量分配

交通分配預(yù)測將各交通小區(qū)之間的出行分布量根據(jù)交通量的大小分配到路網(wǎng)的各條線上，是在交通分布預(yù)測的基礎(chǔ)上完成的，同時(shí)輔助交通規(guī)劃軟件TransCAD 實(shí)現(xiàn)。

在各交通小區(qū)在特征年預(yù)測的OD 分布量的基礎(chǔ)上，依據(jù)影響區(qū)的各道路規(guī)劃等級來標(biāo)定路網(wǎng)模型，完成交通的分配，最后得到G342 聞喜至臨猗段改擴(kuò)建工程公路各路段及互通交通流量數(shù)據(jù)。

本文采用隨機(jī)用戶均衡模型（Stochastic User Equilibrium）作為交通分配預(yù)測方法，該模型是目前公認(rèn)的預(yù)測精度較高的分配模型。隨機(jī)用戶均衡（SUE）模型是交通規(guī)劃軟件交通需求分析平臺中提供的分配模型之一，是“用戶平衡（UE）”模型的改進(jìn)版[7]。該模型是模擬出行者在不完全掌握所有的路況信息，并認(rèn)為自己所選出行路徑是“阻抗”最小的路徑，再沒有出行者相信能依靠單方面改變出行路徑來減少自己的估計(jì)行駛阻抗，其預(yù)測模型為

其中約束條件為

2.6 預(yù)測結(jié)果及分析

1）路段特征年交通量。采用各特征年OD 數(shù)據(jù)及路網(wǎng)，代入路阻函數(shù)、交叉口轉(zhuǎn)向阻抗等相關(guān)計(jì)算參數(shù)，分配得到2025 年（項(xiàng)目通車年）、2030年、2035 年、2040 年、2045 年主線交通量預(yù)測結(jié)果，見表3。

表3 路段特征年交通量預(yù)測值（標(biāo)準(zhǔn)化小客車/日）

2）交叉節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)向交通量。本項(xiàng)目交叉節(jié)點(diǎn)服務(wù)期末（2045 年）交通量預(yù)測結(jié)果見表4，本項(xiàng)目交叉節(jié)點(diǎn)服務(wù)末（2045 年）交通量分布見圖4。

圖4 K6+500 馬喬村定向匝道2045 年交通量預(yù)測圖

表4 K6+500 馬喬村定向匝道2045 年交通量預(yù)測（pcu/c）l

3 結(jié)論分析

根據(jù)交通量的預(yù)測結(jié)果可知，該項(xiàng)目2035 年的交通量為27 865 pcu/d，路段的交通量相對較大，按一級路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，且主要流向是從聞喜方向到臨猗方向。采用科學(xué)的方法預(yù)測交通量是項(xiàng)目建設(shè)前期及工程可行性研究中重要的組成部分。通過對現(xiàn)有路網(wǎng)的交通OD 調(diào)查，采用“四階段”法對路段遠(yuǎn)景年的交通量進(jìn)行預(yù)測并結(jié)合TransCAD 計(jì)算。此方法思路清晰，可操作性較強(qiáng)，預(yù)測比較精準(zhǔn)，能有效地對改擴(kuò)建道路進(jìn)行交通量預(yù)測，對類似項(xiàng)

目具有一定的參考價(jià)值。