基于土地利用形態(tài)的交通生成預測模型

基于土地利用形態(tài)的交通生成預測模型

1土地利用的影響城市人口的規(guī)模和土地利用的布局形式與城市交通密切相關(guān)，并相互作用。英國學者J.M.湯姆遜在其著名的論著《城市布局與交通規(guī)劃》一書中,通過對世界上30個大城市的用地布局和交通需求進行比較研究,提出對應(yīng)于五種城市布局形式的解決交通問題的不同思路,深刻地揭示了城市用地布局形態(tài)與交通發(fā)展模式之間相互影響、相互制約、協(xié)調(diào)發(fā)展的內(nèi)在聯(lián)系和客觀要求。過去10多年以來,我國城市土地利用空間布局發(fā)生了很大變化,土地利用中分區(qū)功能更加明確,原本混雜的老城區(qū)通過土地置換或調(diào)整,強化了商貿(mào)、辦公、金融活動功能,居住和工業(yè)向外圍新區(qū)遷移。老城區(qū)土地利用的調(diào)整、社會經(jīng)濟活動的增強,促進了老城區(qū)的交通需求增長,尤其是彈性交通需求的增長,與此同時,新城區(qū)的開發(fā)建設(shè),特別是居住用地增加,外遷人口增多,使得新區(qū)和老城區(qū)之間的出行增加,呈現(xiàn)向心性和潮汐式交通特征。以上分析表明,影響交通特性的關(guān)鍵因素是城市的土地利用形態(tài)。土地利用是社會經(jīng)濟活動在空間上的表現(xiàn),是產(chǎn)生交通的根源。交通問題歸根結(jié)底是土地利用產(chǎn)生的交通需求與交通系統(tǒng)提供的交通設(shè)施容量和交通管理水平之間的矛盾。在遵循城市總體規(guī)劃的思路上進行的城市交通規(guī)劃必然要求與土地利用規(guī)劃相適應(yīng)和滿足土地利用所產(chǎn)生的交通需求,并為之服務(wù),同時發(fā)揮其對土地利用和城市發(fā)展的導向作用,改善城市交通環(huán)境,解決城市交通問題,促進城市良性發(fā)展。因此,從土地利用的角度研究城市交通的需求和發(fā)展應(yīng)當成為交通規(guī)劃的主要方法。交通需求預測是交通系統(tǒng)規(guī)劃的前提和基礎(chǔ)。交通生成預測又是交通需求預測“四階段法”的第一步。本文提出一種使土地利用形態(tài)與交通生成直接發(fā)生作用的宏觀控制、微觀協(xié)調(diào)的交通生成預測模型。2建模2.1交通吸引分區(qū)交通生成預測包括交通發(fā)生預測和交通吸引預測,下文僅以交通吸引預測方法為例。宏觀預測:確定城市日出行總量。微觀預測:根據(jù)小區(qū)的出行吸引權(quán)重,將出行總量分配至各交通小區(qū)。2.2建立模型的步驟2.2.1均日出行次數(shù)G=Tu×Ku+Ts×Ks(1)G=Τu×Κu+Τs×Κs(1)式中,G為日出行總量,人次/日;Tu、Ts分別為規(guī)劃的城市居民和流動人口總量;Ku、Ks分別為規(guī)劃的居民和流動人口人均日出行次數(shù)。規(guī)劃人口規(guī)模取自該城市總體規(guī)劃,規(guī)劃人均日出行次數(shù)視現(xiàn)狀居民日出行次數(shù)和城市社會經(jīng)濟發(fā)展水平而定。2.2.2不同用地類型的交通預測模型土地利用是區(qū)域的各種聯(lián)系、交通建設(shè)、經(jīng)濟活動和人口在空間上集聚的表現(xiàn)。根據(jù)建設(shè)部批準的《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)標準》(GBJ137—90),我國城市用地分為10大類,即居住用地(R)、公共設(shè)施用地(C)、工業(yè)用地(M)、倉儲用地(W)、對外交通用地(T)、道路廣場用地(S)、市政公共設(shè)施用地(U)、綠地(G)、特殊用地(D)、水域和其它用地(E)。每種土地使用類型產(chǎn)生的交通,是它在社會與經(jīng)濟功能上所起作用的反映。各類用地對出行的吸引作用(或發(fā)生作用)相差較大。區(qū)別用地性質(zhì)是交通生成預測模型的基礎(chǔ)。建立方程B=SC,其中B={b1,b2,…,bn}T為n個交通區(qū)的出行量;C={c1,c2,…,c10}T為十類用地單位面積出行吸引量;S為n×10矩陣,即為各個交通區(qū)各類用地面積。由現(xiàn)狀各交通區(qū)出行量數(shù)據(jù)和各類用地規(guī)模的資料,通過多元回歸分析可獲得各類用地單位面積吸引量,即C,單位化后得到各類用地的出行吸引權(quán)重。2.2.3出行吸引權(quán)重的確定交通規(guī)劃在城市建成區(qū)域內(nèi)進行。在此區(qū)域內(nèi),各交通小區(qū)的土地利用強度不盡相同。土地利用強度通常受政策導向、地理特征、交通設(shè)施等的影響,表現(xiàn)為建筑設(shè)施的緊密程度和高低狀況。因此在進行出行預測的同時,需充分考慮利用強度對交通生成的影響。由第二步得出的出行吸引權(quán)重反映的是該城市各類用地的平均出行吸引情況,即基本吸引權(quán),沒有反映土地開發(fā)利用的強度特性。在此引入城市規(guī)劃中“容積率”的概念。容積率是城市土地開發(fā)強度控制的重要技術(shù)經(jīng)濟指標,又稱建筑面積密度,指一片城市開發(fā)用地內(nèi)建筑面積與用地面積之比。它反映城市士地利用的程度,容積率越高,土地開發(fā)強度越大。由于交通小區(qū)和城市規(guī)劃中地塊的劃分標準不一,通常一個交通小區(qū)的面積遠大于地塊面積,因此可取該交通小區(qū)各類用地容積率的加權(quán)平均值作為土地利用強度系數(shù)。以居住用地為例,Mri=∑jsrijVRrij∑jsrij(2)Μri=∑jsrijVRrij∑jsrij(2)(Mri是第i個交通小區(qū)居住用地強度系數(shù),srij是第i個交通小區(qū)第j塊居住用地面積,VRrij是第i個交通小區(qū)第j塊居住用地的容積率)。2.2.4交通小區(qū)吸引量下標Ki=(SriKrMri+SciKcMci+SmiKmMmi+SwiKwMwi+StiKtMti+SsiKsMsi+SuiKuMui+SgiKgMgi+SdiKdMdi+SeiKeMei)/∑i(SriKrMri+SciKcMci+SmiKmMmi+SwiKwMwi+StiKtMti+SsiKsMsi+SuiKuMui+SgiKgMgi+SdiKdMdi+SeiKeMei)(3)Κi=(SriΚrΜri+SciΚcΜci+SmiΚmΜmi+SwiΚwΜwi+StiΚtΜti+SsiΚsΜsi+SuiΚuΜui+SgiΚgΜgi+SdiΚdΜdi+SeiΚeΜei)/∑i(SriΚrΜri+SciΚcΜci+SmiΚmΜmi+SwiΚwΜwi+StiΚtΜti+SsiΚsΜsi+SuiΚuΜui+SgiΚgΜgi+SdiΚdΜdi+SeiΚeΜei)(3)式中,Ki為第i個交通小區(qū)的出行吸引權(quán)重,且∑i∑iKi=1;Kr、Kc、Km、Kw、Kt、Ks、Ku、Kg、Kd、Ke分別為居住、公共設(shè)施、工業(yè)、倉儲、對外交通、道路廣場、市政公用設(shè)施、綠地、特殊、水域及其它用地的出行吸引權(quán)重,其和為1;Sri、Sci、Smi、Swi、Sti、Ssi、Sui、Sgi、Sdi、Sei分別為第i個交通小區(qū)各類用地面積(下標含義如上);Mri、Mci、Mmi、Mwi、Mti、Msi、Mui、Mgi、Mdi、Mei分別為第i個交通小區(qū)土地利用強度系數(shù)(下標含義如上)。Ai=KiG(4)Ai=ΚiG(4)式中,Ai為第i個交通小區(qū)交通吸引量。上式滿足∑iAi=G∑iAi=G預測方法程序框圖見圖1。3安徽省6所以蚌埠市為例,筆者結(jié)合其工程背景,給出上述交通生成預測模型的應(yīng)用。蚌埠市位于安徽省東北部,地處淮河中游,東鄰江蘇省泗洪縣和安徽省嘉山縣。蚌埠市根據(jù)自然地理條件,規(guī)劃利用淮河等水系將城市用地劃分為市中心、錐子山、張公山和河北四大片區(qū)。蚌埠市綜合交通規(guī)劃中,共將城市內(nèi)部用地分為81個交通小區(qū)和4個大區(qū)。3.1直接出行總量預測根據(jù)蚌埠市居民和流動人口出行調(diào)查,得到現(xiàn)狀居民、流動人口日平均出行次數(shù),分析規(guī)劃年蚌埠市的社會經(jīng)濟發(fā)展狀況,參考國內(nèi)外同等城市經(jīng)驗確定規(guī)劃年蚌埠市居民和流動人口日平均出行次數(shù),得出規(guī)劃年全市日出行總量,即宏觀控制。預測居民、流動人口日平均出行次數(shù)分別為2.8和3.0人次/日。根據(jù)公式(1)預測出行總量,詳見表1。3.2gm1,1模型由現(xiàn)狀各交通區(qū)出行量數(shù)據(jù)和各類用地規(guī)模的資料,通過多元回歸分析可獲得各類用地單位面積吸引量,單位化后得到各類用地的出行吸引權(quán)重。各類用地的單位面積吸引量應(yīng)為正值,而在多元回歸分析過程中無法保證,即回歸得到的某些參數(shù)值符號與實際情況相反,因此采用灰色經(jīng)濟計量學模型,利用出行次數(shù)的觀測數(shù)據(jù)建立GM(1,1)模型,用該模型的模擬值建模,以消除數(shù)據(jù)隨機波動或誤差的影響,確切地反映系統(tǒng)變量之間的關(guān)系。由于特殊用地和水域及其它用地對交通需求影響甚微,因此可歸為常數(shù)項或忽略不計。出行吸引權(quán)重詳見表2。3.3片區(qū)用地現(xiàn)狀分析考慮篇幅,以交通大區(qū)即四大片區(qū)為例,其功能布局如下:(1)市中心片區(qū):全市商貿(mào)金融、行政辦公及科研、信息、文化、醫(yī)療、服務(wù)中心。(2)錐子山片區(qū):鐵路運輸樞紐、商貿(mào)次中心、城市重要工業(yè)區(qū)。(3)張公山片區(qū):高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)、港區(qū),主要綜合工業(yè)區(qū),商貿(mào)次中心。(4)河北片區(qū):國家定點南菜北調(diào)蔬菜基地。規(guī)劃主要發(fā)展農(nóng)副產(chǎn)品批發(fā)及工業(yè)產(chǎn)品交易市場,農(nóng)副產(chǎn)品加工工業(yè),過境交通服務(wù)設(shè)施等。根據(jù)公式(2)計算各片區(qū)平均容積率。道路廣場和綠地兩類用地沒有容積率,這是由其用地特性所決定的。由于這兩類用地的吸引主體就是其本身,且不存在建筑高度和建筑密度的問題,在確定土地利用強度系數(shù)時可令其值為1.0。見表3。3.4主要交通領(lǐng)域的交通預測各交通大區(qū)土地利用情況見表4。利用式(3)、(4)可確定各交通大區(qū)的出行吸引權(quán)重并計算大區(qū)出行吸引量。表5列出了各項數(shù)據(jù)。3.5分區(qū)分區(qū),均有出行需求,與其他片區(qū)相比,在23倍,出行發(fā)生量采用與吸引預測類似的方法,結(jié)果同見表5。分析發(fā)現(xiàn),各交通大區(qū)出行發(fā)生量與吸引量誤差均在±5%以內(nèi),基本保持良好的一致性。由以上預測結(jié)果可以發(fā)現(xiàn),未來年蚌埠市出行量的分布情況是,錐于山片區(qū)的交通生成量最大,占35%,其他片區(qū)相差不大,這與該區(qū)的情況非常吻合。錐子山片區(qū)擁有蚌埠市最多的居住小區(qū),居住用地是其他片區(qū)的2～3倍,離市中心有一定距離,從錐子山片區(qū)到其他片區(qū)上班、生活、購物等目的的出行較多;其次,由于錐子山片區(qū)居住小區(qū)開發(fā)以中高檔次為主,居民生活水平較高,區(qū)內(nèi)的公共設(shè)施用地較多,也在一定程度上增加了該區(qū)的出行量。河北片區(qū)位于淮河以北,遠離市區(qū),且臨近周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn),經(jīng)濟發(fā)展較為緩慢,盡管土地規(guī)模最大,但人口規(guī)模和土地開發(fā)強度與其他片區(qū)相比還有一定距離,且河北片區(qū)和淮河以南地區(qū)通道較少,導致該片區(qū)出行量不會太高。張公山片區(qū)和中心片區(qū)的用地已趨于穩(wěn)定,隨著城市老齡化和部分居住區(qū)外遷,出行量在逐步減小,但由于其商貿(mào)金融中心的地位不會改變,仍是全市重要的出行發(fā)生、吸引源。4交通生成預測模型城市土地利用規(guī)劃是城市交通規(guī)劃的基本依據(jù)。脫離土地利用的交通規(guī)劃是不可能滿足城市交通可持續(xù)發(fā)展需要的。尤其是在我國城市快速發(fā)展變化的今天,交通規(guī)劃就更不能脫離城市的土地利用規(guī)劃。這就要求在交通規(guī)劃過程中有科學的理論體系作依據(jù),以土地利用形態(tài)作為出行預測的基礎(chǔ),使規(guī)劃滿足未來的交通需求。不同的土地利用性質(zhì)、不同的土地利用規(guī)模和不同的土地利用強度,對應(yīng)著不同的交通需求量。本文所建立的交通生成預測模型充分考慮交通生成與土地利用形態(tài)的關(guān)系,統(tǒng)計回歸得到各交通小區(qū)不同性質(zhì)的土地對交通吸引量的影響權(quán)重,借用了“容積率”一詞作為衡量士地利用強度的指標,提高了預測的合理性和可信度,為交通需求預測“四階段法”后三個階段的預測工作打下了良好的基礎(chǔ)。表6給出了在不考慮士地利用強度因素情況下的各交