交通量預(yù)測和公路交通規(guī)劃分析

張 琦

（北京建達(dá)道橋咨詢有限公司,北京 100015）

0 引言

交通量指的是未來的公路交通運(yùn)輸量，也是預(yù)測工作的重點(diǎn)內(nèi)容，借助預(yù)測結(jié)果可以更好地確定整個公路工程的規(guī)模、技術(shù)規(guī)范等方面的內(nèi)容，為工程建設(shè)及規(guī)劃制定提供必要的參考依據(jù)。在公路工程建設(shè)中，如何提高工程建設(shè)的投資效率，是需要重視的問題。為此，必須加強(qiáng)對公路建設(shè)項(xiàng)目的可行性分析，并進(jìn)一步闡明預(yù)測的理論與方法，以反映公路工程的建設(shè)與規(guī)劃需要。

1 公路交通量預(yù)測理論與思路

1.1 預(yù)測理論

一般來說，預(yù)測就是將當(dāng)前和未來的發(fā)展規(guī)律及趨勢等因素綜合起來，展開相應(yīng)分析，依據(jù)分析結(jié)果得出相應(yīng)結(jié)論。預(yù)測的局限性比較大，而且需要很強(qiáng)的科學(xué)性，公路交通量預(yù)測工作，所涉及的預(yù)測理論也是如此[1]。所以在具體的研究中，利用了風(fēng)險(xiǎn)分析的方法，識別和判斷了交通流量的風(fēng)險(xiǎn)因子，對風(fēng)險(xiǎn)的成因和影響因素進(jìn)行了有效的識別和判斷，并對其進(jìn)行了詳細(xì)說明。同時(shí)，通過估算和判定有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率，從而為以后的公路工程建設(shè)規(guī)模及決策制定提供可靠依據(jù)。

1.2 總體思路

文章運(yùn)用四階段預(yù)測方法，以汽車出發(fā)點(diǎn)調(diào)查為依據(jù)，基本思路如下：通過對交通狀況的調(diào)研，分析社會、經(jīng)濟(jì)對交通發(fā)展的影響，計(jì)算出該工程的正常發(fā)展趨勢性交通量，并考慮到工程完工后對該地區(qū)造成的交通流量影響，結(jié)合水運(yùn)、鐵路等交通工具的轉(zhuǎn)運(yùn)量，同時(shí)考慮公路項(xiàng)目的設(shè)計(jì)車速與交通量之間的關(guān)系（如圖1所示），此曲線表明路段上交通量增多，平均車速則降低，車速分布呈必然變化的規(guī)律。車頭時(shí)距愈小，車速愈接近相等，即標(biāo)準(zhǔn)離差逐漸變小。最后確定該工程的未來交通量，為確定工程規(guī)模、公路交通規(guī)劃及投資決策等提供了參考依據(jù)。

圖1 設(shè)計(jì)車速—交通量曲線

2 公路交通量預(yù)測方法

在上述理論基礎(chǔ)上，結(jié)合道路流量數(shù)據(jù)及基年O-D調(diào)查數(shù)據(jù)，獲取相應(yīng)的流量生成數(shù)據(jù)，并運(yùn)用高效的解析方法，構(gòu)建流量成長與社會經(jīng)濟(jì)成長間的彈性因子變動模型，實(shí)現(xiàn)對不同結(jié)合點(diǎn)的流量生成的預(yù)估。交通量的產(chǎn)生是社會經(jīng)濟(jì)活動對于交通運(yùn)輸需求的具體體現(xiàn)，要根據(jù)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)活動和發(fā)展趨勢，結(jié)合以往的實(shí)際交通狀況、社會經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展水平來進(jìn)行預(yù)測，最終得到準(zhǔn)確、可靠的預(yù)測結(jié)果。

結(jié)合相關(guān)地區(qū)道路運(yùn)輸和出行特點(diǎn)，重點(diǎn)掌握地區(qū)發(fā)展現(xiàn)狀，分析出此地區(qū)的交通出行變化情況。同時(shí)，根據(jù)區(qū)域在未來的生產(chǎn)力和經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，對其進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和布局，通過類比分析的方法，可以更好地對未來的區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和交流總量進(jìn)行預(yù)測，最后結(jié)合預(yù)測結(jié)果制定出科學(xué)的規(guī)劃方案。一般情況下，針對項(xiàng)目遠(yuǎn)景交通量來說，主要包括通道內(nèi)自然增長的趨勢型交通量在項(xiàng)目上的分流；項(xiàng)目從其他運(yùn)輸方式上分流的轉(zhuǎn)移交通量；新型或大型企業(yè)發(fā)展產(chǎn)生的機(jī)械增長交通量。

3 交通量預(yù)測的基本流程

交通量預(yù)測內(nèi)容主要包括：

（1）調(diào)查和分析人口分布、機(jī)動車保有量、公交現(xiàn)狀等，依據(jù)上述調(diào)查數(shù)據(jù)，對道路設(shè)施現(xiàn)狀及土地利用規(guī)劃進(jìn)行現(xiàn)狀評估。

（2）調(diào)查居民出行、汽車、出入口交通狀況。

（3）通過對當(dāng)前交通問題及成因的剖析，結(jié)合總體規(guī)劃，制定出未來的發(fā)展策略。

（4）對各交通區(qū)進(jìn)行分區(qū)，并構(gòu)建了四個時(shí)期的交通預(yù)報(bào)模式。

（5）科學(xué)評估交通規(guī)劃方案，得出可行性結(jié)論。

以某公路工程項(xiàng)目為例，此項(xiàng)目預(yù)計(jì)壽命為調(diào)查年至工程投產(chǎn)后的20年，對該工程影響地區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)、交通運(yùn)輸數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行了相關(guān)性分析，建立了預(yù)測模型。結(jié)合各地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展歷程，構(gòu)建預(yù)測模型，用于預(yù)測該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢。

3.1 交通生成

3.1.1 預(yù)測模型選定

區(qū)域交通量是指社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對交通需求的具體體現(xiàn)。根據(jù)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，對集中交通流量進(jìn)行了預(yù)測，使用的是增長率預(yù)測方法。具體方法如下：通過對歷史年度內(nèi)各個小區(qū)的交通增長與經(jīng)濟(jì)增長的關(guān)系進(jìn)行分析，計(jì)算出未來交通與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的彈性關(guān)系。各區(qū)域交通流量的變化趨勢基本反映了區(qū)域交通總量的增長，對各區(qū)域交通增長和區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長的彈性系數(shù)進(jìn)行分析，并利用區(qū)域的GDP增長率，可以計(jì)算出各區(qū)域的交通流量增長率。

3.1.2 彈性系數(shù)分析

（1）研究目標(biāo)及方法。此次研究將該地區(qū)分為16個影響區(qū)域，結(jié)合影響區(qū)域?qū)β每?、貨物的彈性系?shù)以及該地區(qū)的運(yùn)輸發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行了研究。彈性系數(shù)用冪指數(shù)回歸分析法計(jì)算：

式中，αi——回歸系數(shù)；βi——區(qū)域內(nèi)的運(yùn)輸發(fā)展彈性因子；Ti——汽車或卡車的運(yùn)載能力；Ei表示——區(qū)域內(nèi)GDP。

多年來，由于交通流量的測量結(jié)果比較穩(wěn)定，而車輛的運(yùn)載能力等指標(biāo)的研究比較困難，因此，該項(xiàng)目的彈性系數(shù)是以客貨運(yùn)輸量為依據(jù)的，可以避免因調(diào)查口徑變動和轉(zhuǎn)換系數(shù)不精確而導(dǎo)致的計(jì)算誤差。

（2）歷史年經(jīng)濟(jì)和交通量。搜集并綜合了該區(qū)域過去幾年間周邊觀測站的交通量數(shù)據(jù)，包括多種類型車輛，在對彈性系數(shù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)將這些車輛信息合并在一起。根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息，可以得出各區(qū)的車輛歷年通行量。

3.1.3 未來彈性系數(shù)的確定

該項(xiàng)目所經(jīng)過的區(qū)域內(nèi)，由地方運(yùn)輸和其他地方的運(yùn)輸構(gòu)成了整體網(wǎng)絡(luò)運(yùn)輸能力。根據(jù)國內(nèi)外道路運(yùn)輸發(fā)展的基本原則，考慮到區(qū)域內(nèi)的年交通量與區(qū)域間的彈性變化，利用指標(biāo)函數(shù)擬合了貨物、旅客運(yùn)輸?shù)膹椥砸蜃?，并對其進(jìn)行了定量分析。

3.1.4 發(fā)生集中交通量預(yù)測

在運(yùn)輸區(qū)內(nèi)，按照四個不同的區(qū)域，分別采用不同的彈性系數(shù)進(jìn)行集中交通量預(yù)測，而其他影響區(qū)因距離比較遠(yuǎn)，所以不計(jì)算在內(nèi)。交通流量的影響程度與本省的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度相關(guān)，各區(qū)域均以本省整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展速率為基準(zhǔn)，而各區(qū)域的彈性系數(shù)也以省內(nèi)為基準(zhǔn)。在對今后的年運(yùn)力進(jìn)行預(yù)測時(shí)，按需求分為貨車和客車兩類。通過對道路交通流量的分析，得出了道路交通流量的變化規(guī)律。根據(jù)不同區(qū)域、不同運(yùn)輸單元使用了不同的彈性因子，由基年內(nèi)各個單元所產(chǎn)生的集中流量計(jì)算出今后各個特性年所出現(xiàn)的集中流量。

3.2 交通量分布

利用FRATAR模型對兩交通區(qū)的交通流量進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明，兩交通區(qū)內(nèi)的交通流量不但與兩交通區(qū)的交通產(chǎn)生因子相關(guān)，還與整個項(xiàng)目所涉及的各個運(yùn)輸?shù)貐^(qū)的交通產(chǎn)生因子相關(guān)[2]。通過車輛分配，形成了一個具有典型發(fā)展的趨勢年OD模型。利用弗雷特法對各個特性的年動態(tài)OD進(jìn)行分析，得出了OD的未來發(fā)展趨勢。

3.3 誘增交通量及其他運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)移交通量預(yù)測

3.3.1 誘增交通量

誘增交通量是指因道路建設(shè)或改建而引起的交通流量。鑒于該次OD調(diào)查是一項(xiàng)大范圍內(nèi)的道路網(wǎng)絡(luò)普查，故應(yīng)當(dāng)從道路引致的視角進(jìn)行分析。結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)、區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局特征、區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展計(jì)劃以及新建設(shè)道路對區(qū)域交通運(yùn)輸拉動效應(yīng)，并依據(jù)此公路項(xiàng)目的竣工時(shí)間及未來年的誘導(dǎo)度變化曲線，測算出最終的誘增交通量。

3.3.2 其他運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)移交通量

其他運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)移交通量的產(chǎn)生原因如下：道路工程建設(shè)對其他交通方式帶來了一定影響，而其他交通工程的施工也會對原有道路運(yùn)力造成一定影響。文章認(rèn)為，未來與該工程有可能發(fā)生交通流量轉(zhuǎn)移的其他交通方式是鐵路交通和水陸交通。本省水路客運(yùn)量較少，目標(biāo)流量多以旅游觀光群體為主?？傮w而言，由于其自身的特殊性，水路運(yùn)輸不會與此公路產(chǎn)生分流。而與此公路項(xiàng)目走向保持一致的另外一條鐵路項(xiàng)目，則有可能會形成分流，項(xiàng)目路的分?jǐn)偙壤龑档?，但?xiàng)目路的修建時(shí)間更早，目前鐵路對道路的分流模式已趨于平穩(wěn)，故今后將不會出現(xiàn)向鐵路遷移的趨勢。

3.4 交通量分配

該方案利用TransCAD所提出的“平均分配模式”對相關(guān)區(qū)域的交通流進(jìn)行了預(yù)測。UE模式假定：當(dāng)使用者對道路的運(yùn)營情況充分了解時(shí)，使用者根據(jù)最小的成本來決定他們的出行路徑，同時(shí)使用者的出行成本也會隨著道路流量的不同而變化。營運(yùn)成本主要是以營運(yùn)的時(shí)間成本為主，此外還要加上計(jì)費(fèi)的因素。

3.5 預(yù)測結(jié)果及分析

3.5.1 交通量預(yù)測結(jié)果

將誘增OD表格納入到趨勢OD表格中，構(gòu)成了該工程的OD總量矩陣。將OD資料徑流量分布模組加入相應(yīng)的道路網(wǎng)絡(luò)，得出了交通流量的預(yù)測結(jié)果，見表1。該工程作為省道和城區(qū)外環(huán)的一個主要節(jié)點(diǎn)，預(yù)計(jì)2040年將達(dá)到24 365 pcu/d。從時(shí)間上來看，該工程的前期發(fā)展速度很高，預(yù)計(jì)在2045年，交通流量將會達(dá)到25 783 pcu/d。

表1 項(xiàng)目路交通量預(yù)測結(jié)果 /（pcu/d）

3.5.2 特征年車型構(gòu)成

通過對該工程地區(qū)道路網(wǎng)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)車輛的比重與GDP之間存在較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性；對各指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了線性分析，得出了各指標(biāo)的相關(guān)性。在此基礎(chǔ)上，通過對車輛的擬合和道路運(yùn)輸能力的估算，確定了該公路車輛的組成[3]。

對未來道路車輛的比例進(jìn)行了預(yù)測，得出了今后大客車的比重將占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，私家汽車逐漸流行起來，而大型客車的比重也在不斷增加。從貨車比重的變動可知，由于載重限制，小型貨車和中型貨車的數(shù)量將會逐漸減少，而隨著我國經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)型，汽車和列車的數(shù)量也在不斷增加。

4 交通量預(yù)測結(jié)果的應(yīng)用

交通流量預(yù)測結(jié)果的應(yīng)用主要包括：

（1）為公路養(yǎng)護(hù)管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。制定日常養(yǎng)護(hù)管理方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)各路段的實(shí)際運(yùn)行量，尤其是載重汽車的使用率等因素來明確方案內(nèi)容。

（2）為交通運(yùn)輸管理工作提供參考。道路交通流量、高峰時(shí)段、擁擠度等指標(biāo)對交通管理和交通安全標(biāo)志的制訂具有重要意義。

（3）為道路網(wǎng)的規(guī)劃與設(shè)計(jì)提供參考。根據(jù)多年的交通流量資料，對今后的交通發(fā)展趨勢進(jìn)行了預(yù)測，是公路規(guī)劃設(shè)計(jì)及可行性研究的重要基礎(chǔ)[4]。

（4）對現(xiàn)行道路的利用狀況進(jìn)行評估。通過對已有的道路流量進(jìn)行分析，可以了解道路的擁堵狀況，判定道路能否滿足實(shí)際交通需求。

5 交通量預(yù)測對公路交通規(guī)劃的影響

公路等級結(jié)構(gòu)與施工布局是公路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中的關(guān)鍵內(nèi)容，文章采用定量研究方法，對“十縱十橫”主干道公路網(wǎng)進(jìn)行了定量研究。道路重要性分析是定量研究中的一項(xiàng)重要工作，其重要性因子主要有路線性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)社會和交通量等。道路特性系數(shù)通常是干線路，指標(biāo)通常為1.0，通過經(jīng)濟(jì)（GDP）與社會（人口）的比率來確定社會經(jīng)濟(jì)系數(shù)[5]。交通量因子以“十縱十橫”的道路交通量為基礎(chǔ)，擬合出各條主干道公路的混合交通量。進(jìn)行線路綜合重要性評價(jià)，不僅要考慮線路屬性系數(shù)，還應(yīng)充分考慮各經(jīng)濟(jì)節(jié)點(diǎn)對路網(wǎng)的不同影響，求得平均流量，并對各因素進(jìn)行合理調(diào)整。

6 結(jié)語

從以上的研究結(jié)果來看，在主干道公路網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，交通流量的預(yù)測是一個非常關(guān)鍵的因素，在確定各路段的合理級別時(shí)，要考慮到各路段的交通需求。同時(shí)，在已有的道路流量資料基礎(chǔ)上，結(jié)合道路建設(shè)中的技術(shù)規(guī)范，確定合理的道路流量所要求的道路級別。利用“四階段”方法和運(yùn)量增長率分析方法，對公路網(wǎng)絡(luò)的線路運(yùn)輸量進(jìn)行了估算，并結(jié)合其發(fā)展特征，對公路網(wǎng)絡(luò)的線路進(jìn)行全面規(guī)劃，為建立一個全面的評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。在公路網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，道路交通流量的預(yù)測具有十分重要的意義，具有極大的推廣和研究價(jià)值。

交通量預(yù)測是衡量項(xiàng)目是否可行的一個重要指標(biāo)，同時(shí)也是政府和社會資本進(jìn)行投資決策的基本依據(jù)，為項(xiàng)目可行性評估和分析提供可靠數(shù)據(jù)支持。由于影響交通流量的因素眾多，所以進(jìn)行項(xiàng)目可行性分析時(shí)，如果對各個影響因子考慮得不夠充分，就會造成交通流量的預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況有很大差異。