干线公路网交通量综合预测法研究，本文主要内容关键词为：交通量论文,干线论文,公路网论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
摘 要：提出四阶段法与总量控制法相结合的区域干线公路网交通量综合预测法，并针对公路网特点就交通分配方法进行的改进、由部分路段交通量预测OD量的重力模型法，规划年度OD量预测等问题进行了分析和研究，最后以黑龙江省国道网为例应用了所提出的综合预测法。
关键词：公路网，交通量，预测方法
中国分类号：U491.14
Study of Comprehensive Method to Forecast Traffic Volumes in Arterial Highway Network
Pei Yulong Chen Hongren Liu Yang Sun Yuwu
〔Harbin University of Civil Engineering and Architecture College,150008〕
Abstract:Based on the four-steps method and the genera lvolume control method,the comprehensive method to forecast the traffic volume of regional arterial highway network is proposed in this paper.According to the characteristics of highway network,some problems such as the improvement of the traffic assignment method in the gravity model to estimate OD matrices from link traffic count data and the estimation of the OD matrices in the objective plan year are analyzed and studied.At last,the comprehensive forecasting method is applied in the arterial highway network ofHeilongjiang province.
Key words:Highway network,Traffic volume,Comprehensive forecasting method
近年来对公路网交通预测提出了许多方法，可概括地分为四阶段规划法和总量控制法两类。针对干线公路网笔者建议采用将两类方法相结合的综合预测法，其基本思路是：首先进行一次OD调查（规模可根据具体情况确定），同时实测路段交通量，研究和改进公路网交通分配方法，应用和完善由部分路段交通量推算OD量的方法（部分路段法），采用上述OD调查及路段交通量实测资料对这些方法进行检验；利用n年（一般n≥8）部分路段交通量观测资料，分别推算n年OD量，根据n年OD量，社会经济发展指标按小区分别进行统计分析，标定计量经济模型，依此模型预测未来规划年OD量；依据未来OD量预测结果采用交通分配方法计算出未来规划年的路段交通量。
1 交通分配方法的选择与调整
交通分配方法可划分为平衡模型和非平衡模型两大类。非平衡模型与平衡模型相比具有概念明确、计算方法简便、结构简单、易于编制程序等特点，因而在实际工作中被普遍采用。具体有最短路（全有全无）分配法、容量限制分配法、静态多路径分配法及动态多路径分配法。静态分配方法一般适用于非拥挤型网络的交通分配，动态的分配方法特别适用于拥挤型网络的交通分配。鉴于目前国内区域干线公路网一般尚未达到拥挤型路网的水平，可以采用静态多路径型分配方法。
选择出行路线而概率用logit型的路径选择模型计算[1]，其基本公式如下：
式中：P(r,s,k)为OD量T(r,s)在第k条出行路线上的分配率；
t[,k]为第k条出行路线的路权（行驶时间）；
t为各条出行路线的平均路权（行驶时间）；
θ为分配参数；
m为有效出行路线。
应用文献1所提出的节点分配算法将OD量分配于整个路网。多路径分配法在城市交通规划中是令人满意的。应用于区域公路网规划，公式中参数的取值则应作调整。影响公路网中出行者选择出行路线的主要因素是出行时间、出行距离、路况（技术等级、路面类型）等，因此路权应能综合反映这些因素。其中起主要作用的依然是出行时间，而实际上出行时间还是由出行距离及路况决定的。针对区域公路网的情况，应将路网节点间路段长度、路况均反映到出行时间上。相邻节点间的路段可能有几种技术等级、路面类型，这时两节点间的出行时间建议采用路线长度与加权平均的区间平均车速之比来表示，即t=l(i,j)/ 
这里的按下式计算：
式中：v[,k]为节点间第k段等级、路况有关的区间平均车速；l[,k](i,j)为节点间第k段的路线长度；L(i,j)为节点间路段总长度。
如果不同路况的路段都作为路网的一部分参数分配，则路网中节点数量将大大增加，计算更加复杂，所占用计算机内存也大为增加。象公式这样处理后并不影响路网分配的精度，反而简化了计算。在分配率公式中，θ为无量纲参数，它与可供选择的有效出行路线条数有关。其取值比较稳定，城市中在3.00～4.00之间。对于公路网，采用现状的OD量及路段实测交通量对其进行标定。
2 由部分路段交通量推算OD量的重力模型法
交通网络上的OD出行量是进行交通规划的基础。现状OD出行量调查将耗费大量的人力、财力及时间，而路段交通量的调查相对来说比较容易实施，因此利用路段交通量资料推算OD量受到许多学者的重视。国外提出了一系列的OD推算模型，如最大熵法、极大似然法等[2]，多数模型都假设网络交通满足平衡条件。但这类模型一般不能获得唯一的OD矩阵，并且求解时往往困难较多。东南大学提出了一种推算OD量的模型，以分配路段交通量与实测路段交通量偏差最小为目标函数，以OD量非负为约束条件，应用数学规划方法能够获得唯一解。
本项研究采用以重力分布模型为基础的推算方法。通过假定OD点出行发生量的初值，以同一点出行吸引量与出行发生量之比（一般为常数）为基本条件，应用重力模型得出各OD量，然后分配OD量、修正出行量初值、比较分配交通量与实测交通量等一系列迭代过程，直到分配交通量与实测交通量偏差达到要求为止。此方法可以直接推算出各OD点之间的OD量，比交通分配分配时占用的计算机内存增加很少，并且概念上容易理解。应用的重力模型为：
式中：R[,ij]为路阻系数，可以通过原始OD矩阵进行标定。
A[,i]、B[,j]分别为i、j点的出行发生量和出行吸引量，对于同一OD点j，根据其社会经济及交通状况，吸引量与发生量之比B[,j]/A[,j]=d[,j]，应是在一定时期内保持平衡的稳定值。对于实际OD调查量的统计与反映了这一特性。将上式代入(3)，可以得到：
推算开始时，假定OD点的出行发生量A[,i]的初值，由(4)式可以计算对应这一初值下的各OD量。将得出的OD量应用多路径分配法分配于路网上，然后比较样本路段分配交通量与实测交通量的偏差是否满足精度要求，如果不满足，则对此次迭代的出行量A[(N-1),I]按下式进行修正：
RX[,mn]为MN路段实测交通量，P[MN,IJ]为i到j的OD分配路段MN的分配率，其中α为修正时的步长，通过目标函数使分配交通量与实测交通量偏差最小，有下式：
对(6)式求导令其等于零，即可求出α计算公式，将α代入(5)式求得修正后的OD点出行发生量A[(N),i，重复上述计算步骤，直到路段分配交通量与实测交通量偏差达到精度要求为止（软件执行框图略）。
3 OD量预测
3.1 预测方法
对OD量的预测主要有两种方法：一种是计算经济模型，另一种是比例系数法。机动车出行OD量的产生主要与社会政治、经济、文化、生活等活动有关，其影响因素十分复杂，采用计量经济模型进行预测是比较理想的方法，它要求具有精度较高的一系列时间序列资料，关于这种预测方法已有可用研究成果[3]，笔者推荐采用此类方法。本文采用弹性系数法进行OD量预测。
3.2 弹性系数法
某经济区OD量的年增长率与该区社会经济发展有关，为简化起见
R[,1]=Cr[,i]
式中：R[,i]为第i经济区OD量年平均增长率；
r[,i]为第i经济区国民生产总值的年平均增长率；
C为弹性系数，即运输量年平均增长率与国民生产总值年平均增长率之比。
根据具体情况，可将研究区域划分成n个小区，各区依其国民经济发展速度的不同，得到规划年度的i区OD年平均增长率R[,i]，并依此计算出规划年度的OD量。
4 预测实例
4.1 黑龙江省国道网概况
以黑龙江省国道网为例应用前述综合预测法。黑龙江省交通厅1993年10月在全省进行了公路OD调查，同时进行了社会和国民经济调查。全省（包括周边省区）共划分成95个小区，设置OD调查点119个。黑龙江省国道网的交通量资料主要来自连续式观测站，采用1983年至1990年连续8年的实际观测资料。本项研究工作主要依据上述资料进行。通过调查汇总得到国道网现状各条公路（路段）技术等级、里程、1993年观测日交通量，现将部分资料列于表1。
表1 黑龙江省国道网路况、现状日交通量及预测日交通量
4.2 OD预测
黑龙江省共分成14个经济区，根据1980年至1992年国民生产总值、运输量、公路占运输业投资比例等三项指标，经统计分析得到公路交通业的弹性系数为1.18。之后对各经济区采用灰色动态模型预测出2000年的国民生产总值，得到各经济区OD量年平均增长率，表2为部分经济区的指标，并预测出2000年OD量（本文略）。
表2 黑龙江省各经济区OD量年平均增长率
4.3 交通分配及路段交通量推算OD量
将黑龙江省干线公路网（包括辅助县级公路）抽象为由节点和直线段组成的交通网络，其中交通节点151个，OD点95个，路段234个。计算出路网的结构形式参数，应用前述的分配方法，将调查OD量分配于路网（见表1第6栏），可得分配交通量，与实测路段交通量基本符合；应用推算模型，计算历年OD量，回归分析得出2000年OD量。
4.4 国道网2000年交通量预测
根据2000年OD量预测值，应用交通分配法得到路段交通量OD推算值（列于表1第8栏），为复核上述交通分配方法的计算交通量，用路段交通量直接预测法进行检验。这里所谓直接预测法，就是依据各路段原有时间序列观测资料，应用灰色动态预测模型进行预测。
本文根据国道网路段交通量的11年(1983～1993年)时间序列资料，预测出2000年相应路段交通量，列于表1第7栏，将灰色模型(GM)预测结果与前述综合法依OD预测值推算出的2000年路段交通量预测值对比分析，成果基本满足要求。
收稿日期：1996-05-22