城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析方法

涂圣文，過秀成，張小輝

（1．東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096；2．長沙理工大學(xué)道路災(zāi)變防治及交通安全教育部工程研究中心，長沙410114）

城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析方法

涂圣文1，2，過秀成＊1，張小輝1

（1．東南大學(xué)交通學(xué)院，南京210096；2．長沙理工大學(xué)道路災(zāi)變防治及交通安全教育部工程研究中心，長沙410114）

為克服現(xiàn)有對外交通需求分析方法的不足，根據(jù)城市結(jié)點(diǎn)對外交通的特點(diǎn)，提出了一種“雙四階段”法來進(jìn)行城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析．該方法分兩步進(jìn)行，其中第一步為區(qū)域?qū)用娴慕煌ǚ治?，將城市結(jié)點(diǎn)作為一個整體交通分區(qū)，按區(qū)域交通需求分析的“四階段”法，得到規(guī)劃年城市結(jié)點(diǎn)出入境交通生成總量及經(jīng)過城市的各條干線公路進(jìn)、出城方向的路段交通量；第二步為結(jié)點(diǎn)層面的交通分析，將城市結(jié)點(diǎn)規(guī)劃區(qū)劃分為若干個內(nèi)部交通分區(qū)，并在干線公路與規(guī)劃境界線交叉處設(shè)置對外交通分區(qū)，運(yùn)用第二輪“四階段”法，得到規(guī)劃年內(nèi)部交通分區(qū)、對外交通分區(qū)的出入境交通、過境交通生成量及其間的分布量．鎮(zhèn)江市綜合交通規(guī)劃對外交通分析預(yù)測應(yīng)用實(shí)踐表明，該方法綜合了影響區(qū)法和境界線法的優(yōu)點(diǎn)，克服了二者所存在的固有缺陷，因而分析結(jié)果更加符合實(shí)際情況．

交通工程；對外交通；“雙四階段”法；交通分區(qū)

1 引 言

城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析的任務(wù)是獲得規(guī)劃特征年各個出入口方向的出入境交通量及其分布、過境交通量及其分布，為城市結(jié)點(diǎn)干線公路的銜接規(guī)劃提供依據(jù)．對外交通由于影響因素復(fù)雜、涉及面廣，一直以來缺乏切實(shí)有效、普適性強(qiáng)的需求分析方法．從國內(nèi)外已有的研究來看，對外交通需求分析的方法主要分為兩類：決定論型和概率論型．決定論型是傳統(tǒng)的方法，其又可以分為“四階段”法[1-3]、多元回歸模型法[4，5]和空間經(jīng)濟(jì)模型法[6-8]等幾種類型．在“四階段”法中，一般有兩種對外交通分區(qū)處理方法：影響區(qū)法（Influence Area）[1]和境界線法（Cordon Line）[2，3]．其中影響區(qū)法的優(yōu)點(diǎn)是能夠在實(shí)際的交通影響范圍內(nèi)分析對外交通的發(fā)生、吸引和分布，缺點(diǎn)在于影響區(qū)現(xiàn)狀及規(guī)劃年社會經(jīng)濟(jì)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取困難，同時OD矩陣往往難以反映區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與對外交通分布之間的關(guān)系；境界線法優(yōu)點(diǎn)在于無須獲取結(jié)點(diǎn)以外區(qū)域的社會經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)資料，OD矩陣也能直接反映區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與對外交通分布之間的對應(yīng)關(guān)系，缺點(diǎn)在于這種處理方式割裂了對外交通與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系．多元回歸模型法和空間經(jīng)濟(jì)模型法則均只適用于區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展平衡、穩(wěn)定，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單的小型城鎮(zhèn)結(jié)點(diǎn)的對外交通需求分析．概率論模型[9，10]是近幾年發(fā)展起來的一種對外交通需求分析的方法，主要是采用logit模型來克服多元線性回歸模型存在的缺陷，然而這類方法也只能改善決定論方法的部分不足，對于城市規(guī)模大，對外交通路網(wǎng)復(fù)雜，未來綜合交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)變化顯著的情況下仍然無法適用．

本文在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，以大型城市結(jié)點(diǎn)為對象，將宏觀分析與中觀分析相結(jié)合，提出符合大型城市對外交通特點(diǎn)的“雙四階段”法來進(jìn)行城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析．

2 城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析的“雙四階段”法

2.1 “雙四階段”法實(shí)現(xiàn)步驟

所謂“雙四階段”法，就是將結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析的過程分兩步進(jìn)行，每一步采用一輪“四階段”法．其中第一步在區(qū)域?qū)用孢M(jìn)行分析，將結(jié)點(diǎn)作為一個整體交通分區(qū)，結(jié)點(diǎn)以外的區(qū)域按影響區(qū)法劃為若干個外部交通分區(qū)（見圖1），建立區(qū)域干線公路網(wǎng)模型，按公路交通需求分析的“四階段法”分析預(yù)測，得到規(guī)劃年結(jié)點(diǎn)出入境交通生成總量及經(jīng)過結(jié)點(diǎn)的各條干線公路進(jìn)、出城方向的交通總量．第二步在結(jié)點(diǎn)層面進(jìn)行分析．此時以結(jié)點(diǎn)內(nèi)部各個組團(tuán)、片區(qū)為基本單元，將結(jié)點(diǎn)規(guī)劃區(qū)劃分為若干個內(nèi)部交通分區(qū)；同時采用境界線法在每條干線公路與結(jié)點(diǎn)規(guī)劃區(qū)境界線交叉處設(shè)置虛擬對外交通分區(qū)，假設(shè)該處為對外交通的發(fā)生、吸引點(diǎn)，如圖2所示．內(nèi)、外交通分區(qū)設(shè)置好以后，采用第二輪“四階段法”進(jìn)行結(jié)點(diǎn)范圍對外交通需求分析，得到境界線處各條干線公路的出入境交通量及其分布、過境交通量及其分布，以及規(guī)劃區(qū)內(nèi)各條道路的交通量．“雙四階段”法實(shí)現(xiàn)步驟如圖3所示．

2.2 “雙四階段”法實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)

“雙四階段”法前后兩個步驟互相關(guān)聯(lián)，其中第一步區(qū)域?qū)用娴暮暧^分析為第二步提供必要的交通量數(shù)據(jù)，第二步結(jié)點(diǎn)層面的中觀分析將第一步的交通量數(shù)據(jù)進(jìn)一步分解到結(jié)點(diǎn)內(nèi)部各組團(tuán)、片區(qū)，以實(shí)現(xiàn)宏觀與中觀相結(jié)合、對外交通分布與路網(wǎng)結(jié)構(gòu)相適應(yīng)．“雙四階段”法主要實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)在于第二步結(jié)點(diǎn)層面基年對外交通OD矩陣的處理和規(guī)劃年對外交通生成量的分析兩個方面．

2.2.1 基年對外交通OD矩陣的處理

假設(shè)根據(jù)城市土地利用、社會經(jīng)濟(jì)特征等將結(jié)點(diǎn)內(nèi)部劃分為n1個交通分區(qū)，其編號分別為a1，a2，…，an1．同時將結(jié)點(diǎn)規(guī)劃區(qū)范圍作為一個整體單元，記為W1j．， 另設(shè)經(jīng)過結(jié)點(diǎn)的即有干線公路的數(shù)量為n，即境界線處對外交通分區(qū)的數(shù)量為n，其編號分別記為W2，W3，…，Wn＋1．則結(jié)點(diǎn)完整的基年OD矩陣結(jié)構(gòu)如表1所示．

圖1 區(qū)域范圍交通分區(qū)示意圖Fig．1 Layout of traffic zones in regional area

圖2 結(jié)點(diǎn)范圍交通分區(qū)示意圖Fig．2 Layout of traffic zones in city area

圖3 “雙四階段”法實(shí)現(xiàn)步驟Fig．3 Steps of“dual four-stage”method

表1中過境交通矩陣Gn×n可由設(shè)置在境界線處的OD調(diào)查點(diǎn)直接調(diào)查得到，而出境交通矩陣Cn1×n、入境交通矩陣 Rn×n1則往往不能直接得到．這是因?yàn)樵趯ν饨煌∣D調(diào)查中，可以容易知道某輛車是進(jìn)城還是出城，但是很難知道該車具體要到城里的具體地點(diǎn)，即并不能直接得到對外交通分區(qū)Wi（i＝2，…，n＋1）與某個內(nèi)部交通分區(qū)aj（j＝1，…，n1）之間的交通分布關(guān)系．

表1 完整的基年OD矩陣結(jié)構(gòu)Table 1 The whole od matrix structure of base year

通常，若已知對外交通分區(qū)Wi的入境交通總量Fi和出境交通總量Ei，Wi與內(nèi)部交通分區(qū)aj之間的入境交通分布量Rij、出境交通分布量Cji一般與兩個方面的因素相關(guān)：一方面是與各內(nèi)部交通分區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，如人口、機(jī)動車擁有量及土地利用等因素有關(guān)[1]．由于在內(nèi)部交通OD矩陣An1×n1中，各交通分區(qū)aj發(fā)生量Pj與吸引量Aj的大小已經(jīng)反映了與該區(qū)交通量與上述各因素的關(guān)系，因而在尋找對外交通分區(qū)Wi與內(nèi)部各交通分區(qū)aj之間的分布關(guān)系時，可利用OD矩陣An1×n1中各分區(qū)的發(fā)生、吸引量的大小，依據(jù)一定的原理進(jìn)行分配確定．另一方面與對外交通分區(qū)Wi和內(nèi)部交通分區(qū)aj之間的出行阻抗相關(guān)[2]，一般來說，離Wi距離遠(yuǎn)、出行時間長的內(nèi)部交通分區(qū)的出入境交通吸引權(quán)較小，而離Wi距離近、出行時間短的內(nèi)部交通分區(qū)則會具有較大的出入境交通吸引權(quán)．本文中根據(jù)內(nèi)部交通分區(qū)的社會經(jīng)濟(jì)特性和出行費(fèi)用特性建立出入境交通的吸引權(quán)，并采用概率分配法進(jìn)行各內(nèi)部分區(qū)的出入境交通分布量預(yù)測．

定義內(nèi)部交通分區(qū)aj（j＝1，…，n1）對于對外交通分區(qū)Wi（i＝2，…，n＋1）入境交通、出境交通的吸引權(quán)分別為

2.2.2 規(guī)劃年對外交通生成量的分析

規(guī)劃年對外交通生成量包含內(nèi)部交通分區(qū)的出入境交通生成量、對外交通分區(qū)的交通生成量等兩部分．

（1）內(nèi)部交通分區(qū)出入境交通生成量．

在“雙四階段”法第一步區(qū)域?qū)用娼煌ㄐ枨蠓治鲋?，將城市結(jié)點(diǎn)作為一個整體分區(qū)W1，結(jié)合區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展預(yù)測，能夠得到規(guī)劃年t時刻W1的交通發(fā)生量即為規(guī)劃年t內(nèi)部交通分區(qū)a1，a2，…，an1的出境交通發(fā)生量之和即為規(guī)劃年t內(nèi)部交通分區(qū)a1，a2，…，an1的入境交通吸引量之和．因此將分?jǐn)傊羇1， a2，…，an1之中，就能得到各內(nèi)部交通分區(qū)a1，a2，…，an1的出境交通發(fā)生量、入境交通吸引量．分配方法還是依照權(quán)重思想按比例分配，即

式中 Li，j、Si，j分別為內(nèi)部交通分區(qū)aj對于對外交通分區(qū)Wi入境交通、出境交通的吸引權(quán)；Pj、Aj分別為內(nèi)部交通分區(qū)aj的內(nèi)部交通發(fā)生量、吸引量；rir，1j、tri，2j為內(nèi)部交通分區(qū)aj與對外交通分區(qū)Wi之間的出行阻抗函數(shù)，r1、r2為常數(shù)，可用最小二乘法進(jìn)行標(biāo)定．

根據(jù)各個內(nèi)部交通分區(qū)的吸引權(quán)，將對外交通分區(qū)Wi處調(diào)查得到的入境交通總量Fi和出境交通總量Ei進(jìn)行分配，采用Logit分配模型[11]計算Wi與各內(nèi)部交通分區(qū)aj之間的入境交通、出境交通分布量為

（2）對外交通分區(qū)交通生成量．

假設(shè)在第一步區(qū)域交通分析中，經(jīng)路網(wǎng)交通分配得到規(guī)劃年t干線公路H（ii＝2，…，n＋1）在境界線處進(jìn)城、出城方向的交通量分別為，則與干線公路H對應(yīng)的對外交通分區(qū)W（i＝ii2，…，n＋1）的交通發(fā)生量Uit、吸引量Vit可直接由下式得到

3 實(shí)例應(yīng)用

以《鎮(zhèn)江市城市綜合交通規(guī)劃（2008－2020）》對外交通需求預(yù)測為例，來闡述本文提出方法的應(yīng)用步驟．

（1）區(qū)域?qū)用娼煌ㄐ枨蠓治觯?/p>

由《江蘇省省道公路網(wǎng)規(guī)劃（2011－2020年）》，2020年經(jīng)過鎮(zhèn)江結(jié)點(diǎn)的高速公路及干線公路布局如圖4所示．根據(jù)全省公路交通OD調(diào)查成果，運(yùn)用“四階段”法的交通生成預(yù)測模型，分析得到2020年鎮(zhèn)江結(jié)點(diǎn)出境交通總量Xt為103599pcu／日，入境交通總量Yt為102 307 pcu／日．建立全省干線公路網(wǎng)模型，將2020年交通分布矩陣在全省路網(wǎng)進(jìn)行分配，得到各條干線公路各路段的客、貨運(yùn)交通流量．

（2）結(jié)點(diǎn)層面對外交通需求分析．

①交通分區(qū)的設(shè)置．

內(nèi)部交通分區(qū)：根據(jù)《鎮(zhèn)江市城市總體規(guī)劃修編（2002～2020）》，將規(guī)劃區(qū)共劃分成老城區(qū)、南徐片區(qū)、丁卯片區(qū)、谷陽新城、諫壁港區(qū)、大港港區(qū)及高資港區(qū)等7個交通大區(qū)，編號依次為1－7號．

對外交通分區(qū)：在各條干線公路與城市規(guī)劃區(qū)境界線交叉處設(shè)置對外交通分區(qū)，其編號為101－118．為便于分析內(nèi)外交通關(guān)系，同時將鎮(zhèn)江結(jié)點(diǎn)作為一個整體分區(qū)設(shè)置，編號記為100．

圖4 鎮(zhèn)江結(jié)點(diǎn)干線公路規(guī)劃布局圖Fig．4 The layout of highway planning in Zhenjiang

②基年OD矩陣的處理．

按劃分的交通分區(qū)分別進(jìn)行基年內(nèi)部交通、出入境交通及過境交通的調(diào)查、分析，根據(jù)上述處理基年OD矩陣的方法，得到完整的基年OD矩陣

如表2所示．

表2 基年完整的OD矩陣Table 2 The whole OD matrix of base year

表中，ai，j（i，j＝1，2，…，7）、gm，n（m，n＝101，102，…，118）分別為內(nèi)部交通和過境交通矩陣元素，直接由OD調(diào)查得到；ci，m（i＝1，2，…，7；m＝101，102，…，118）、rm，i（m＝101，102，…，118；i＝1，2，…，7）分別為出境交通和入境交通矩陣元素，根據(jù)式（1）-式（4）分析確定．

③規(guī)劃年對外交通生成量分析預(yù)測．

將區(qū)域交通分析求得的2020年結(jié)點(diǎn)出境交通總量Xt和入境交通總量Yt，按式（5）、（6）分?jǐn)傊粮鲀?nèi)部分區(qū)，得到2020年各內(nèi)部分區(qū)的出、入境交通發(fā)生量，如表3所示．

表3 2020年內(nèi)部分區(qū)出、入境交通生成量Table 3 The generation of internal-external trips on 2020

設(shè)置在各條干線公路與境界線交匯處的外部交通分區(qū)在規(guī)劃年的交通生成量，則直接由第一步區(qū)域交通分析中得到的各條干線公路在境界線處進(jìn)、出城方向的交通量得到，如表4所示．

表4 2020年對外交通分區(qū)交通生成量（單位：pcu／日）Table 4 The trip generation of external trafficzones on 2020（unit：pcu／d）

④規(guī)劃年交通分布、交通分配預(yù)測．

根據(jù)基年OD矩陣及各分區(qū)2020年對外交通生成量，運(yùn)用Fratar交通分布模型，便能得到2020年對外交通OD分布矩陣．匯總OD矩陣的行、列即可得到境界線處各條干線公路的出入境交通量、過境交通量．將對外交通OD矩陣與內(nèi)部交通OD矩陣合并，并在結(jié)點(diǎn)規(guī)劃路網(wǎng)上進(jìn)行交通分配，就能得到規(guī)劃區(qū)內(nèi)各道路的預(yù)測交通量．限于篇幅，這里略去交通分布、交通分配的相關(guān)計算結(jié)果．

4 研究結(jié)論

城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析涉及面廣，影響因素復(fù)雜，因而一直缺乏普適性強(qiáng)的分析方法．本文在國內(nèi)外相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)城市結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析的特點(diǎn)，將傳統(tǒng)基于影響區(qū)的“四階段”法和境界線的“四階段”法相結(jié)合，構(gòu)造了一種結(jié)點(diǎn)對外交通需求分析的“雙四階段”法，并將其應(yīng)用于鎮(zhèn)江市城市綜合交通規(guī)劃對外交通需求預(yù)測實(shí)踐．研究表明，本文所提出的“雙四階段”法，綜合了影響區(qū)法和境界線法的優(yōu)點(diǎn)，克服了二者所存在的固有缺陷，因而分析結(jié)果更能反映區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和城市間的相互作用強(qiáng)度，也能獲得與區(qū)域交通網(wǎng)絡(luò)布局相一致的對外交通需求結(jié)構(gòu)．

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Analysis Method of External Traffic Demand in City Area

TU Sheng-wen1，2，GUO Xiu-cheng1，ZHANG Xiao-hui1
（1．School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China；2．Engineering Research Center of Catastrophic Prophylaxis and Treatment of Road＆Traffic Safety，Ministry of Education，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China）

In order to overcome the disadvantages of the existing method，a method called“dual fourstage”is put forward to analyze external traffic demand in city area according to the features of external traffic．The proposed method is carried out by two steps，and in the first step the city area is regarded as a whole traffic zone and the“four stage”method of regional traffic demand analysis is implemented to obtain the total generation volume of internal-external trips of city area and traffic volume on both directions of each arterial highways through the city on planning years；In the second step the planning area of city is divided into several parts as internal traffic zones，and the external traffic zones are set at the intersections of highways and cordon line，then a second round of“four stages”method is applied to obtain the trip generation and distribution of internal-external trips and external-external trips for internal traffic zones and external traffic zones on planning years．The practical application of the analysis of external traffic demand for comprehensive traffic planning of Zhenjiang City shows that the presented method combines the advantages of influence area method and cordon line method，and overcomes disadvantages of the both methods，thus the analysis results are more consistent with the real situation．

traffic engineering；external traffic；“dual four-stage”method；traffic zones

1009-6744（2014）02-0013-06

U491.1＋2

A

2013-07-11

2013-09-06錄用日期：2013-10-12

江蘇省交通科學(xué)研究計劃項(xiàng)目（07R17）；長沙理工大學(xué)道路災(zāi)變防治及交通安全教育部工程研究中心開放基金（kfj100309）.

涂圣文（1975-），男，湖北省仙桃人，博士生.*通訊作者：seuguo@163.com