基于剩余交通需求的城市軌道交通需求預(yù)測(cè)方法

基于剩余交通需求的城市軌道交通需求預(yù)測(cè)方法摘要為使城市軌道交通資源被充分利用,以提高城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)效益,提出了城市軌道交通規(guī)劃中應(yīng)采用基于剩余交通需求的城市軌道交通需求預(yù)測(cè)方法:根據(jù)常規(guī)交通方式的預(yù)測(cè)和道路的設(shè)計(jì)通行能力,求出以客流量表示的各常規(guī)交通路段的交通供給;然后根據(jù)“四階段預(yù)測(cè)法”的交通量分配步驟中的多路徑分配法,將城市總交通需求分配到城市常規(guī)交通路網(wǎng)上,得到城市總交通需求在各常規(guī)交通路段上的分配;再求出交通需求與交通供給之差,即得剩余交通需求;最后根據(jù)剩余交通需求進(jìn)行軌道交通規(guī)劃關(guān)鍵詞剩余交通需求,交通預(yù)測(cè),城市軌道交通,交通供給目前已有的城市軌道交通規(guī)劃方法,對(duì)軌道交通網(wǎng)絡(luò)和常規(guī)交通網(wǎng)絡(luò)是否能共同承受城市交通需求的研究已十分成熟,然而在規(guī)劃設(shè)計(jì)中對(duì)城市軌道交通資源是否能被充分利用、運(yùn)營(yíng)效益是否良好等問(wèn)題還缺乏很好的解決方法。城市軌道交通的規(guī)劃設(shè)計(jì),理應(yīng)做到項(xiàng)目建成后其資源能充分被利用,以達(dá)到既緩解城市交通擁擠又不給政府和社會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的財(cái)政負(fù)擔(dān)的目的。在經(jīng)濟(jì)還不發(fā)達(dá)的中國(guó),城市交通規(guī)劃和建設(shè)都遵循以城市軌道交通為骨架,以城市常規(guī)交通為主體的原則。這個(gè)原則要求城市交通規(guī)劃時(shí)要盡量利用常規(guī)交通,作為緩解交通擁擠的手段,城市軌道交通是在常規(guī)交通不能滿(mǎn)足居民出行需求的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。為此城市軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)的步驟應(yīng)是:首先分析全市居民的交通需求總量,計(jì)算規(guī)劃的城市常規(guī)道路的交通供給;在此基礎(chǔ)上,用城市總交通需求減去常規(guī)道路交通供給即得剩余交通需求;依據(jù)剩余交通需求進(jìn)行城市軌道交通規(guī)劃,最后對(duì)整個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整。這種規(guī)劃方法將交通供給與需求的平衡關(guān)系通過(guò)客流量的分析表現(xiàn)出來(lái),認(rèn)為常規(guī)交通和城市軌道交通都是無(wú)差別的交通供給者,而將它們作為整個(gè)城市交通體系的構(gòu)成部分緊密聯(lián)系起來(lái)。1城市總交通需求預(yù)測(cè)城市總交通需求預(yù)測(cè)包括交通生成預(yù)測(cè)與交通分布預(yù)測(cè)。交通生成預(yù)測(cè)包括城市居民的交通生成預(yù)測(cè)、流動(dòng)人口的交通生成預(yù)測(cè)、對(duì)外及過(guò)境客運(yùn)交通生成預(yù)測(cè)、貨運(yùn)交通生成預(yù)測(cè)等4方面。交通分布預(yù)測(cè)即根據(jù)交通生成預(yù)測(cè)和道路交通阻抗采取一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算分析,求出各交通區(qū)之間的O-D(起點(diǎn)-終點(diǎn))分布量。1.1城市居民和流動(dòng)人口的交通生成預(yù)測(cè)城市居民和流動(dòng)人口的交通生成預(yù)測(cè)包括出行產(chǎn)生預(yù)測(cè)和出行吸引預(yù)測(cè)。各大城市均有成熟的數(shù)學(xué)模型公式,這里不再贅述。老城區(qū)居民出行吸引的預(yù)測(cè)按下述公式計(jì)算式中:Ai為某種目的、交通區(qū)i的出行吸引量;yi為某種目的、交通區(qū)i的基本吸引權(quán);Ki位為某種目的、交通區(qū)i的區(qū)位系數(shù);Ki特為某種目的、交通區(qū)i的特性系數(shù);為為某種目的的居民出行產(chǎn)生量。新建城區(qū)居民出行發(fā)生預(yù)測(cè)模型可采用原單位法,即以老城區(qū)各種出行目的的平均出行率預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型計(jì)算值為原單位,通過(guò)下式計(jì)算確定式中:Gi為交通區(qū)i的出行發(fā)生量;an為目的為n的出行發(fā)生原單位;lin為交通區(qū)i內(nèi)的人口數(shù)(根據(jù)城市預(yù)測(cè)方法的不同,有的交通區(qū)i內(nèi)出行目的為n的人口數(shù))。新城區(qū)居民出行的吸引預(yù)測(cè)可采用與老城區(qū)相同方法。流動(dòng)人口出行產(chǎn)生預(yù)測(cè)可以采用較為簡(jiǎn)單的辦法,如生成率法,出行分布預(yù)測(cè)可以采用與居民出行吸引相同的方法進(jìn)行。當(dāng)所求的出行發(fā)生量或者吸引量之和與城市出行產(chǎn)生或吸引總量不一致時(shí),需要進(jìn)行修正。修正如下(設(shè)修正后的結(jié)果為Gi′和Aj′)式中:P為總的出行產(chǎn)生量或吸引量;其余同前。1.2對(duì)外及過(guò)境交通客運(yùn)交通生成預(yù)測(cè)按出行目的如城市居民旅游度假或探親、公務(wù)出差、學(xué)生往返學(xué)校、流動(dòng)人口往返等進(jìn)行分類(lèi),分別統(tǒng)計(jì),并考察對(duì)外交通場(chǎng)站如火車(chē)站、中長(zhǎng)途客運(yùn)汽車(chē)站的規(guī)劃布局、吞吐量大小,進(jìn)行交通生成和吸引預(yù)測(cè),并匯總至各交通區(qū)。1.3貨運(yùn)交通生成預(yù)測(cè)貨運(yùn)交通生成預(yù)測(cè)方法,適用的預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型為灰色模型[1]。首先根據(jù)城市發(fā)展戰(zhàn)略確定,對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類(lèi),產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)主要是指第一產(chǎn)業(yè)、第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的比例關(guān)系。其中第一產(chǎn)業(yè)中貨運(yùn)交通需求量大的行業(yè),可以單獨(dú)進(jìn)行貨運(yùn)交通量預(yù)測(cè),再在各交通區(qū)內(nèi)匯總。行業(yè)劃分可以根據(jù)交通生成量的大小粗分或細(xì)分。更簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)方法是,根據(jù)交通統(tǒng)計(jì)資料,按每個(gè)行業(yè)的預(yù)測(cè)生產(chǎn)總量和現(xiàn)在生產(chǎn)總量(以噸或產(chǎn)值為單位,前者為佳)的比例關(guān)系確定交通產(chǎn)生量與吸引量。第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)的交通生成量,以及諸如生活所需的其它貨運(yùn)生成量可根據(jù)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平采用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型如生成率模型確定。1.4交通分布預(yù)測(cè)交通分布預(yù)測(cè)可分為城市客運(yùn)交通分布預(yù)測(cè)和貨運(yùn)交通分布預(yù)測(cè)。其中客運(yùn)交通分布預(yù)測(cè)按市內(nèi)交通分布和對(duì)外及過(guò)境交通分布預(yù)測(cè)。前者一般采用美國(guó)公路局單約束重力模型,后者可采用較為簡(jiǎn)單的增長(zhǎng)系數(shù)模型或福來(lái)特模型[2]。貨運(yùn)交通分布預(yù)測(cè)用美國(guó)公路局單約束重力模型[3]進(jìn)行O-D分布量預(yù)測(cè)方法如下式中:Xij為交通區(qū)i與交通區(qū)j之間的客(貨)流分布量;Ti為交通區(qū)i的發(fā)生客(貨)流量;Uj為交通區(qū)j的吸引客(貨)流量;f(tij)為道路交通阻抗參數(shù),有tij-α、e-βtij等形式,常用前者;Kij為交通調(diào)整系數(shù)。模型中所有的參數(shù)確定后,即可進(jìn)行O-D分布量的計(jì)算。2城市常規(guī)道路交通網(wǎng)絡(luò)交通供給預(yù)測(cè)城市常規(guī)道路交通網(wǎng)絡(luò)是指除軌道交通之外的城市道路交通網(wǎng)絡(luò),一般為路面是水泥混凝土或?yàn)r青混凝土結(jié)構(gòu)的道路交通網(wǎng)絡(luò)。城市各類(lèi)常規(guī)道路交通路網(wǎng)密度、道路寬度和機(jī)動(dòng)車(chē)道的條數(shù)計(jì)規(guī)范》(1995年1月發(fā)布)的要求確定。根據(jù)城市發(fā)展戰(zhàn)略,有了初步的常規(guī)道路交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃設(shè)計(jì)后,即可進(jìn)行供給預(yù)測(cè)。城市常規(guī)道路交通網(wǎng)絡(luò)的交通供給預(yù)測(cè),即預(yù)測(cè)當(dāng)城市常規(guī)交通網(wǎng)絡(luò)達(dá)到設(shè)計(jì)通行能力時(shí)每一路段上人的流量(客流量)。在交通供給預(yù)測(cè)的過(guò)程中必須注意以下兩個(gè)前提:首先,各交通區(qū)之間的阻抗恒定不變。城市道路規(guī)劃的目的是為了在高峰小時(shí)交通量達(dá)到設(shè)計(jì)通行能力時(shí),道路所能容納的交通量處于不產(chǎn)生擁堵的理想狀態(tài)。其余的交通需求則由城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)承擔(dān)。即交通規(guī)劃的目標(biāo)是以城市交通供給是否達(dá)到城市道路交通需求為界限的。所以,各交通區(qū)之間的阻抗可以不采用容量限制的模式,而直接以城市道路達(dá)到C級(jí)或者D級(jí)服務(wù)水平時(shí)的行車(chē)速度為計(jì)算依據(jù),根據(jù)各路段的長(zhǎng)度和設(shè)計(jì)行車(chē)速度,求出交通區(qū)之間的平均出行時(shí)間為路阻函數(shù)。此外,各條道路交通量必須扣除貨運(yùn)交通量再預(yù)測(cè)交通供給。因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ǚ謸?dān)的是客運(yùn)交通量,所以必須將貨運(yùn)交通量全都?xì)w為常規(guī)交通量。貨運(yùn)交通量在城市常規(guī)道路交通網(wǎng)絡(luò)中的分擔(dān),可以根據(jù)貨運(yùn)O-D分布先求出每對(duì)交通區(qū)之間貨運(yùn)交通所需的車(chē)道數(shù),然后根據(jù)交通需要,遵循貨運(yùn)交通服從客運(yùn)交通的原則,決定貨運(yùn)路線及其交通量在城市道路上的分配。再將這種交通量折算成標(biāo)準(zhǔn)車(chē)型的交通量從城市道路網(wǎng)達(dá)到C級(jí)或者D級(jí)服務(wù)水平時(shí)的交通量中扣除出來(lái)。貨運(yùn)交通所需的車(chē)道數(shù)n按下述公式確定[4]式中:D為車(chē)輛飽和度,達(dá)到最高為100%;L需為貨運(yùn)車(chē)輛需要占用車(chē)道的長(zhǎng)度;L供為交通干道為貨運(yùn)車(chē)輛可能提供的長(zhǎng)度;W為城市所需貨運(yùn)車(chē)輛總數(shù);l間為平均車(chē)頭間隔長(zhǎng)度,可以根據(jù)行車(chē)視距確定;L干為為貨運(yùn)車(chē)輛提供服務(wù)的交通干道的長(zhǎng)度,根據(jù)規(guī)劃資料確定;K交為干道網(wǎng)的空間利用率,根據(jù)道路交通條件和交通組織確定由(7)式可求出這段路段上所能分配的相應(yīng)客流量Y。并可預(yù)測(cè)每段路段i上的客流量yi。3城市軌道交通規(guī)劃與調(diào)整3.1城市軌道交通規(guī)劃城市軌道交通線路一般與常規(guī)交通線路平行設(shè)計(jì),這樣布局有利于乘客換乘。因此,可先按城市軌道交通線路平行于常規(guī)交通線路的方法完成軌道交通初步規(guī)劃,然后根據(jù)城市用地特點(diǎn)和景觀要求,再進(jìn)行完善。因?yàn)槌鞘薪煌ㄒ?guī)劃達(dá)到的理想狀態(tài)是規(guī)劃的城市道路最終達(dá)到C級(jí)或者D級(jí)服務(wù)水平。按照這個(gè)設(shè)想,可以采用“四階段預(yù)測(cè)法”中交通量分配步驟中的多路徑分配法計(jì)算,先將城市總交通需求全部分配到網(wǎng)絡(luò)上面。因?yàn)樽罱K按照“四階段預(yù)測(cè)法”對(duì)交通量在城市道路網(wǎng)絡(luò)(包括軌道交通)上的分配結(jié)果是,城市各條道路上分配得到的交通流量的大小正好使城市道路最終達(dá)到C級(jí)或者D級(jí)服務(wù)水平,在這種情況下采用多路徑分配方法已經(jīng)具有很高的準(zhǔn)確性。然后計(jì)算各路段上的剩余交通流量,再進(jìn)行城市軌道交通規(guī)劃。1)求算各路段客流量通過(guò)城市常規(guī)交通網(wǎng)絡(luò)的交通供給預(yù)測(cè),求得各路段能夠分配的客流量為:Y=(y1,y2,…,yn)T(8)假設(shè)常規(guī)交通路線上的客流容量可以無(wú)限大,交通阻抗按C級(jí)服務(wù)水平時(shí)每一路段的長(zhǎng)度除以設(shè)計(jì)車(chē)速計(jì)算,求出城市總交通需求在各路段上的分配。計(jì)算式如下式中:Xj為第j對(duì)起訖點(diǎn)之間預(yù)測(cè)的O-D分布量;pij為第j對(duì)起訖點(diǎn)之間的Xj在路段i上的分配率,由“四階段預(yù)測(cè)法”中交通量分配步驟中的多路徑分配法計(jì)算獲得;yi′為按假設(shè)條件城市總交通需求需要路段i上分配的客流量。由式(19),可以得到按假設(shè)求出的城市總交通需求在各路段上分配的客流量為:Y′=(y1′y2′…yn′)T(10)2)求算剩余客流量和布置軌道交通線式(10)與式(8)相減,便得到需要軌道交通分配的剩余客流量YG:YG=(yG1,yG2,…,YGn)T=(y1′-y1,y2′-y2,…,yn′-yn)T(11)YG就是剩余交通需求。據(jù)此作為城市軌道交通線路的初步布置。從YG中找出大于或等于單條軌道交通線(主要為輕軌和地鐵)輸送乘客能力的所有項(xiàng)。如果yGi滿(mǎn)足要求,那么在路段i上布置符合相應(yīng)輸送能力的軌道交通線。為分配率矩陣是按照上述假設(shè)進(jìn)行計(jì)算的,所以城市總交通需求在常規(guī)交通網(wǎng)絡(luò)某路段i上的分配與每一路段上的交通阻抗有關(guān)。但是,在路段i上布置軌道交通線,因軌道交通線上的阻抗比常規(guī)交通要低得多,路段i上的交通阻抗將會(huì)下降很多,所以路段i上分配的客流量要比YGi大一些,也即軌道交通線的布置會(huì)引起客流量的重新分布。故在決定某條常規(guī)交通路段上是否布置軌道交通線時(shí),可對(duì)yGi的要求有所降低。例如,當(dāng)路段i上yGi大于或者等于軌道交通線輸送乘客能力的90%時(shí),即可布置軌道交通線。3)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的初步規(guī)劃完成軌道交通線的初步布置后,再將其連成為初步的網(wǎng)絡(luò)。如果軌道交通線在某些位置是不連續(xù)的,則根據(jù)常規(guī)交通路段上剩余客流量的大小和城市規(guī)劃布局的特點(diǎn)進(jìn)行連接,使之成為完整的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。這種城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)即可作為初步的規(guī)劃設(shè)計(jì)成果。3.2城市軌道交通規(guī)劃的調(diào)整城市軌道交通對(duì)城市用地規(guī)劃具有導(dǎo)向作用[6]。當(dāng)城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)形成后,應(yīng)調(diào)整城市土地利用規(guī)劃,根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算方法調(diào)整城市軌道交通沿線土地開(kāi)發(fā)強(qiáng)度。因城市土地利用規(guī)劃調(diào)整后產(chǎn)生的城市交通需求的變化,可通過(guò)較為簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)模型和方法,反映在城市各條道路上。由于軌道交通的布置,將引起客流量的重分配,使與軌道交通相連接的某些常規(guī)交通路段的交通流量增大,可能又存在剩余交通需求大于或者等于軌道交通供給的路段。這就需要在某些路段上重新布置軌道交通線,以完善城市軌道交通規(guī)劃。下面討論客流量重分配后軌道交通規(guī)劃的完善方法。將初步完成的城市軌道交通規(guī)劃路網(wǎng)布置在城市交通網(wǎng)絡(luò)圖中,根據(jù)這個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)圖重新計(jì)算分配率矩陣P分配率矩陣中m代表一共有m段路段。但當(dāng)將軌道交通路段作為單獨(dú)的路段考慮時(shí),m值的大小可以變化,即增大至所有軌道交通路段與常規(guī)交通路段的數(shù)量之和。由于軌道交通對(duì)城市用地規(guī)劃的導(dǎo)向作用產(chǎn)生的客流量的變化可以直接加入到式(10)中,再將各路段上軌道交通單線輸送乘客能力的大小加入式(8)中作為新的交通供給Y新。以新的分配率矩陣代替原分配率矩陣,以各路段新的交通供給水平代替原交通供給水平,按式(8)~(11)重新計(jì)算,并按上述方法完善城市軌道交通規(guī)劃。反復(fù)進(jìn)行上述完善工作,直到最后一次計(jì)算得到所有條常規(guī)交通路段上剩余交通需求小于軌道交通供給為止。最后,進(jìn)行整個(gè)城市用地規(guī)劃和道路交通網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整。如果最后一次計(jì)算的所有路段上的剩余交通需求正好都為0,則為理想狀態(tài)。實(shí)際上,在完成軌道交通規(guī)劃后即達(dá)到這種理想狀態(tài)是不可能的,各路段上剩余交通需求(包括軌道交通在內(nèi))有正有負(fù),但都不是很大。剩余交通需求為正,說(shuō)明本路段交通供給仍然小于交通需求;為負(fù),說(shuō)明交通供給大于交通需求。這可以通過(guò)局部路段城市道路級(jí)別的改變或車(chē)道數(shù)的增減、道路交通網(wǎng)絡(luò)接點(diǎn)的局部調(diào)整完成。此外,需要充分考慮軌道交通和常規(guī)交通以及和城市對(duì)外交通樞紐的換乘問(wèn)題,合理布置各種車(chē)站,盡量做到零換乘。參考文獻(xiàn)[1]江黎明,吳瑞麟.用灰色模型分行業(yè)對(duì)新建城鎮(zhèn)進(jìn)行貨運(yùn)需求預(yù)測(cè)