立體過街設(shè)施路網(wǎng)服務(wù)水平預(yù)測(cè)模型

張大力 張馨 陳春燕 喬建剛

摘要 為了解已有的過街設(shè)施是否可以滿足未來幾年內(nèi)日益增長(zhǎng)的過街需求，需要對(duì)過街設(shè)施的服務(wù)水平進(jìn)行探究。首先對(duì)影響行人客流預(yù)測(cè)的三個(gè)主要因素土地利用、家庭出行特征、交通阻抗進(jìn)行分析?；趯?shí)地觀測(cè)的路網(wǎng)斷面交通量，運(yùn)用OD反推原理得到北京市現(xiàn)狀路網(wǎng)OD矩陣， 通過TransCAD對(duì)道路交通量進(jìn)行預(yù)測(cè)得到目標(biāo)年期望線圖和交通量分布圖，并將立體過街設(shè)施服務(wù)水平等級(jí)分為6級(jí)。最后分析過街人流量與主要因素間的相互關(guān)系，得出立體過街設(shè)施服務(wù)水平預(yù)測(cè)模型，為立體過街設(shè)施運(yùn)營(yíng)管理提供理論依據(jù)。

關(guān) 鍵 詞 交通規(guī)劃;立體過街設(shè)施;客流預(yù)測(cè);TransCAD;服務(wù)水平模型

中圖分類號(hào) U491.114? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼 A

Abstract In order to know whether the existing cross-street facilities can meet the increasing demand of cross-street in the coming years， it is necessary to analyze the service level of cross-street facilities.Firstly， three main factors including land use， family trip characteristics and traffic impedance are analyzed， which are affecting pedestrian flow forecasting.Secondly，based on the observed traffic volume of the road network section， the OD matrix of Beijing's current road network is obtained by using OD matrix estimation ， and the target annual expectation line and traffic flow distribution map are predicted by TransCAD， and the service level of three-dimensional street crossing facilities is divided into six grades. Finally， through the analysis of the relationship between the flow of pedestrian across the street and the main factors， the service level prediction model of the three-dimensional crossing facilities is obtained， which provides a theoretical basis for the operation and management of the three-dimensional crossing facilities.

Key words traffic planning; three-dimensional crossing facilities; passenger volume forecasting;TransCAD; service level model

0 引言

綠色出行是當(dāng)前世界城市交通發(fā)展的主要潮流，步行是建設(shè)節(jié)約環(huán)保型城市交通體系的有效方式之一。隨著北京市步行交通的倡導(dǎo)和推進(jìn)，行人過街需求隨之增大，行人過街設(shè)施服務(wù)水平高低也廣為關(guān)注。對(duì)于平面過街設(shè)施服務(wù)水平，國(guó)內(nèi)外學(xué)者一方面基于設(shè)施本身及周邊環(huán)境進(jìn)行研究，邊楊等[1]基于道路通行能力、機(jī)動(dòng)車等相關(guān)因素建立了設(shè)施服務(wù)等級(jí)的多元回歸量化評(píng)價(jià)模型;另一方面基于過街人群進(jìn)行研究，李嘉等[2]基于行人滿意度結(jié)構(gòu)方程模型，采用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)路側(cè)帶行人服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)，金光浩等[3]基于行人過街阻力模型對(duì)無信號(hào)控制人行橫道服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià);Petritsch[4]研究了基于行人感受的服務(wù)水平;張引[5]結(jié)合過街延誤和行人忍受的極限等待時(shí)間將低等級(jí)公路鎮(zhèn)村段服務(wù)水平分為6級(jí);而對(duì)立體過街設(shè)施的研究成果較缺乏，劉貴謙[6]考慮立體過街設(shè)施舒適性、便利性、合理性及協(xié)調(diào)性建立了基于改進(jìn)熵值法的過街設(shè)施服務(wù)水平評(píng)價(jià)模型。以上主要針對(duì)平面或立體過街設(shè)施現(xiàn)狀進(jìn)行評(píng)估，立體過街設(shè)施未來能否滿足行人過街需求需要做進(jìn)一步研究，因此本文通過四階段法預(yù)測(cè)未來立體過街設(shè)施客流量，分析影響過街設(shè)施行人客流預(yù)測(cè)的主要因素，得出立體過街設(shè)施路網(wǎng)服務(wù)水平預(yù)測(cè)模型。

1 行人過街客流量預(yù)測(cè)影響因素分析

1.1 土地利用分析

過街設(shè)施是行人區(qū)域移動(dòng)的媒介，道路兩側(cè)區(qū)域土地利用形態(tài)影響行人OD出行分布量進(jìn)而對(duì)過街客流產(chǎn)生影響。《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)》將土地屬性分為10類，其中居住用地作為城市人群主要聚集地及需求發(fā)源地占總建設(shè)用地的20%～32%，人口密度達(dá)800人/公頃，通過調(diào)查分析城區(qū)住宅用地、公共設(shè)施用地為起訖點(diǎn)或交通的發(fā)生源的行人占出行總?cè)说?6.17%，圖2顯示由于流動(dòng)人口數(shù)量存在差異，以公共設(shè)施主導(dǎo)的區(qū)域立體過街設(shè)施平均利用率要高于住宅區(qū)，與交通場(chǎng)站結(jié)合的立體過街設(shè)施利用率高達(dá)90.2%，因此土地利用情況不同產(chǎn)生不同交通需求，將住宅用地與公共設(shè)施用地作為影響行人過街客流預(yù)測(cè)的主要因素之一。

1.2 家庭人員出行特征

家庭成員的出行特性反映了出行能力和需求，相關(guān)研究[7]提出運(yùn)用四階段法預(yù)測(cè)時(shí)，家庭規(guī)模和人員的構(gòu)成與交通出行生成密切相關(guān)，對(duì)家庭模型進(jìn)行研究，可以使交通產(chǎn)生預(yù)測(cè)更加精確。首先家庭中的每一個(gè)有勞動(dòng)能力的成員都必須進(jìn)行生計(jì)和家務(wù)活動(dòng)， 家庭規(guī)模的增大會(huì)使出行活動(dòng)增多，例如當(dāng)家庭中有無法獨(dú)自出行的兒童，家中會(huì)有更多的陪同出行任務(wù)[8]。除此之外家庭中男性除了通勤、業(yè)務(wù)外比女性的出行次數(shù)要少，調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)18～40歲的人群平均出行比例占76.46%，圖3縱坐標(biāo)為累積比例，由圖分析可知過街頻次在1～4次的行人更多且男性過街次數(shù)在10次以上的要多于女性;圖4顯示41～60歲男性人群人均過街次數(shù)最多，而女性人均過街次數(shù)最多集中在18歲以下的人群。因此，家庭人員出行特征差異對(duì)客流預(yù)測(cè)有較大影響。

1.3 交通阻抗分析

美國(guó)通行能力手冊(cè)（HCM2000）將人均延誤作為人行橫道服務(wù)水平分級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)，錢大琳等[9]基于信號(hào)延誤和干擾延誤對(duì)行人服務(wù)水平進(jìn)行評(píng)價(jià)。延誤是四階段法中交通流分配的重要指標(biāo)，直接影響了路徑的選擇和流量的分配，圖5縱坐標(biāo)表示立體過街設(shè)施與相鄰人行橫道流量差，誤差在110 s時(shí)呈上升趨勢(shì)，大于110 s有略微下降的趨勢(shì)，當(dāng)過街延誤小于行人極限等待時(shí)間時(shí)行人更愿意選擇人行橫道;當(dāng)過街需求大需設(shè)置規(guī)模較大的立體過街設(shè)施，延誤雖大，但由于平面過街環(huán)境復(fù)雜，行人仍選擇立體過街設(shè)施以致流量差值大;當(dāng)過街延誤過大時(shí)，行人過街費(fèi)力費(fèi)時(shí)，選擇立體過街設(shè)施的行人減少。綜上將交通阻抗作為影響客流預(yù)測(cè)的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

2 行人過街客流量預(yù)測(cè)

2.1 交通小區(qū)的劃分及路網(wǎng)構(gòu)建

為了降低道路交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，進(jìn)行交通小區(qū)劃分能更好地了解出行者、發(fā)生源、吸引源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等與交通小區(qū)之間的關(guān)系。本文依據(jù)行政區(qū)將北京市劃分為7個(gè)小區(qū)如圖6所示。本文以朝陽(yáng)區(qū)、西城區(qū)為主要研究對(duì)象，選取小區(qū)內(nèi)的立體過街設(shè)施作為行人的過街點(diǎn)，建立北京市五環(huán)內(nèi)的區(qū)域路網(wǎng)圖如圖7所示。

2.2 OD矩陣反推

用路段觀測(cè)交通量來推算OD矩陣，看作是交通分配的逆過程。將小區(qū)間的出行阻抗矩陣作為推算種子矩陣，選擇用戶平衡法反推出來的現(xiàn)狀OD矩陣如圖8所示。

根據(jù)反推出的OD現(xiàn)狀出行矩陣進(jìn)行交通分配，將安定路奧體中心天橋進(jìn)行流量校核，對(duì)比實(shí)際觀測(cè)數(shù)據(jù)與OD反推矩陣分配的流量值，得到表1。由表1可知，安定路流量相對(duì)誤差值在15%以內(nèi)，滿足精度要求，故可進(jìn)行下一步的預(yù)測(cè)分析。

2.3 目標(biāo)年OD分布的預(yù)測(cè)及交通流分配

以2018年為基年，2020年為特征年，2023年為目標(biāo)年，預(yù)測(cè)未來5年的行人發(fā)生與吸引量。依據(jù)北京市2011—2018年各年的人口每年的人口增長(zhǎng)率，取平均值作為預(yù)測(cè)未來年的人口增長(zhǎng)率。在反推出OD矩陣的基礎(chǔ)上，應(yīng)用回歸分析法，計(jì)算未來的發(fā)生、吸引量。其目標(biāo)年的現(xiàn)狀發(fā)生量、吸引量、現(xiàn)狀的人口數(shù)量與未來的發(fā)生量、吸引量、將來人口數(shù)量見圖9。

由于增長(zhǎng)系數(shù)法中Fratar法需要的交通數(shù)據(jù)簡(jiǎn)單易調(diào)查，運(yùn)算收斂速度快，因此選擇福萊特法分別預(yù)測(cè)出目標(biāo)年的OD矩陣，目標(biāo)年的OD出行矩陣及期望線如圖10、圖11所示。

在已有的路網(wǎng)和未來年份OD分布矩陣的基礎(chǔ)上，選擇用戶平衡原理將未來年份的OD矩陣的出行量分配到路網(wǎng)上，并基于實(shí)際交通狀況進(jìn)行相應(yīng)的修正，得到目標(biāo)年的流量分配圖如圖12所示。將TransCAD自動(dòng)生成流量分配結(jié)果（一個(gè)顏色對(duì)應(yīng)一個(gè)等級(jí)）按照V/C并結(jié)合2000年美國(guó)公路容量手冊(cè)中道路及人行道服務(wù)水平標(biāo)準(zhǔn)得到立體過街設(shè)施服務(wù)水平等級(jí)閾值如表2所示。

由圖12及表2可看出，大部分路段的服務(wù)水平在C級(jí)以上，較擁堵的路段有西二環(huán)及二環(huán)內(nèi)的西單北大街、復(fù)興門內(nèi)大街、復(fù)興門大街、宣武門東大街、前門大街、崇文門西大街等，其服務(wù)水平為D級(jí)。

3 立體過街設(shè)施服務(wù)水平模型

3.1 客流量與土地利用的關(guān)系模型

將住宅用地的總面積記為[s1]，公共設(shè)施用地的總面積記為[s2]，以被調(diào)查的立體過街設(shè)施為中心，半徑R為250 m作為過街設(shè)施的服務(wù)范圍，計(jì)算得到各調(diào)查地點(diǎn)的住宅用地面積與公共設(shè)施用地面積的詳細(xì)信息見表3。

通過Origin軟件分別建立住宅用地面積及公共設(shè)施用地面積與2023年的行人過街流量之間的關(guān)系如圖13、圖14所示，過街客流量對(duì)數(shù)與不同類型用地面積的關(guān)系模型如式（1）、式（2）所示。

當(dāng)過街設(shè)施所在道路兩側(cè)無住宅小區(qū)但過街客流量仍然很大時(shí)，公共設(shè)施面積基本都大于10公頃;而公共設(shè)施用地與住宅用地相差較小且小于10公頃時(shí)，客流量普遍不大;當(dāng)過街設(shè)施周邊以居住用途主導(dǎo)，公共用地優(yōu)勢(shì)不突出時(shí)隨住宅面積增大，客流需求也隨之增大。由此看出客流量同時(shí)受住宅面積和公共設(shè)施面積影響，為便于計(jì)算進(jìn)行多因素非線性曲線擬合得到客流量與土地利用關(guān)系模型如式（3）：

4 結(jié)論

1）結(jié)合交通需求四階段法預(yù)測(cè)的主要影響因素及平面交叉口行人過街服務(wù)水平評(píng)價(jià)指標(biāo)提出影響過街設(shè)施交通量預(yù)測(cè)的3個(gè)因素為土地利用、家庭人員構(gòu)成及交通阻抗，初步分析可得公共設(shè)施用地更有利于出行發(fā)生和吸引，中青年平均過街次數(shù)更多且集中在1～4次。

2）利用TransCAD構(gòu)建了北京市五環(huán)內(nèi)的步行路網(wǎng)，預(yù)測(cè)立體過街設(shè)施未來5年人流量，并通過目標(biāo)年的交通量分配圖將立體過街設(shè)施服務(wù)水平分為A～F級(jí)，以此找出北京市過街設(shè)施服務(wù)水平較低的路段，可為立體過街設(shè)施運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供指導(dǎo)。

3）建立以土地利用、家庭人員構(gòu)成及交通阻抗共同作用的立體過街設(shè)施服務(wù)水平綜合模型，利用此模型可快速預(yù)測(cè)未來過街設(shè)施的服務(wù)水平，有利于步行環(huán)境的優(yōu)化，但模型的建立基于實(shí)時(shí)交通量，仍需大范圍長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)地調(diào)查，進(jìn)而探討更簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的模型。

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