基于“四阶段法”的交通量预测方法改进研究final.doc

学校代号 10536 学 号 分 类 号 密 级 工程硕士学位论文 基于“四阶段法”的交通量预测方法改进研究 学位申请人姓名 李 悝 培 养 单 位 长沙理工大学 校内导师姓名及职称 杨华峰 教授 企业导师姓名及职称 工 程 领 域 项目管理 研 究 方 向 项目管理 论文提交日 期 2011 年 4 月 6 日 学校代号:10536 学 号： 密 级： 长沙理工大学工程硕士学位论文长沙理工大学工程硕士学位论文 基于“四阶段法”的交通量预测方法改进研究 学位申请人姓名 李 悝 培 养 单 位 长沙理工大学 校内导师姓名及职称 杨华峰 教授 企业导师姓名及职称 工 程 领 域 项目管理 研 究 方 向 项目管理 论文提交日 期 2011 年 4 月 6 日 The Study on Improving Traffic Volume Forecasting Method Based on Four stage Method by Li Li B.E.（ ） . A thesis submitted in partial satisfaction of the Requirements for the degree of Master of Engineering in Transportation Engineering in Changsha University of Science II ABSTRACT Traffic volume forecast of post evaluation is to forecast the travel situation in future exactly on the basis of traffic surveys. It provides the basis for the construction and operation of the highway project. Different forecasting methods have their own characteristics for different regions and different road traffic forecasting. Regardless of prediction each method has defect to forecast traffic volume, and there are some differences between the measured volume and the actual. The traditional four-stage method was improved accord to the Western Highway Construction Project evaluation data features, which is good to improve the volume forecasting level and the project decision level. The existing problems of volume forecasting were proposed by this paper, base on the analysis of the main elements of the traffic volume forecasting. The traditional traffic forecasting methods, mainly are four-stage method、trend extrapolation、the difference analysis of comparative analysis method，have certain defects in traffic prediction of post evaluation. It proposes some other factors those need to be considered, on the basis of analysis of the Western Highway Construction Project evaluation data features. It gives the improvement to four-stage method,and adjustment on the predicting results, considering the some factors will change during the operation period. The traditional four-stage method and the improved four-phase method are both used to predict the volume of Pingan-Xining expressway. Forecasting results show that the results of both methods were less than the result of engineering feasibility studying.The results of improved four-stage method are generally lower than the results of the traditional four-stage method, the former results are reliable. The improved four-stage method can be used in post evaluation of western highway. Key words：Western expressway; Post evaluation; Traffic volume forecast; Four stage method; I 目 录 摘 要.I ABSTRACTII 第一章 绪 论1 1.1 研究背景及意义.1 1.2 国内外研究综述.2 1.3 本文研究方法和研究技术路线.5 1.4 主要研究内容及创新点.7 第二章 交通量预测的基本理论与方法.8 2.1 交通量的形成机理.8 2.2 交通量预测基本思想.13 2.3 交通量预测基本方法.14 2.4 本章小结.19 第三章 传统后评价交通量预测方法分析.20 3.1 交通量预测主要内容.20 3.2 现行交通量预测中存在的问题.20 3.3 传统后评价交通量预测方法分析.22 3.4 本章小结.25 第四章 “四阶段”法在后评价交通量预测中的改进.26 4.1 公路建设项目后评价数据的特点.26 4.2 公路建设项目后评价交通量预测需考虑的因素.27 4.3 “四阶段法”的改进.29 4.4 后评价交通量预测结果调整.56 4.5 本章小结.58 第五章 案例分析.59 5.1 项目背景.59 5.2 项目后评价数据分析.59 II 5.3 传统四阶段法预测效果分析.60 5.4 改进四阶段法预测效果分析.60 5.5 比较分析.61 5.6 本章小结.63 第六章 结论与建议64 6.1 结论.64 6.2 建议.64 参考文献65 致 谢69 附录：攻读学位期间的主要研究成果70 1 第一章 绪 论 1.1 研究背景及意义 1.1.1 研究背景 后评价交通量预测就是以交通现状调查为基础来预测未来规划年内交通的出行情 况，为公路建设项目的运营管理决策及为后续项目的建设提供依据1。在我国，一般采 用专家预测法、指数平滑法、四阶段法、弹性系数法、主观概率法、回归分析法等预 测方法来对交通量进行预测2，这些方法中，四阶段法的应用最为普遍。交通量预测方 法多种多样，但不同的方法特点各不相同，适用范围也不相同。分析我国部分高速公 路交通量预测的后评价报告可以看出，当前通常所使用的预测方法均存在着明显的不 足导致预测的交通量与实测交通量存在着较大差异。归结原因主要有如下两点： （1）对转移、诱增交通量的预测不够准确 一般情况下，路况改良会使其它道路上车流逐渐转移到新道路上，从而导致该路 段交通量递增。同时，交通条件的改善也必然会刺激道路沿线区域经济增长，而经济 增长又将导致诱增交通量增加。在进行交通量预测时都必须考虑这两个重要因素。但 目前对这两个因素导致的交通量增长还没有较准确的预测方法，现有的方法中，因为 所建立的预测模型不够完善，致使对这两种交通量的预测精度偏低。另一方面，一般 一个项目全线建成两三年后，转移交通量和诱增交通量才逐渐体现出来，假如在公路 通车伊始就加入诱增和转移交通量，以此为基础预测交通量增长，预测结果必然会偏 大。 （2）经济分析角度和内容不够完善 经济预测在交通量预测中的作用举足轻重，现行的四阶段法中已省去了交通方式 划分预测阶段而加入了社会经济预测。但在对经济指标预测过程中，过于乐观通常导 致交通量预测值偏高。同时，对经济发展趋势的前景估计对交通量的预测值也将产生 直接影响。 因此，本文研究拟深入研究公路项目交通量预测理论和方法的基础上，主要针对 西部地区公路建设项目的特点，同时对西部地区公路建设项目交通量的特点以及重要 2 因素展开研究，改进传统的四阶段法，提出适用于西部地区公路建设项目后评价的交 通量预测新思路、新方法。 1.1.2 研究意义 交通量预测与分析是公路建设项目可行性研究和后评价的不可或缺的一部分，是 对项目交通量现状进行评价以及可行性进行分析的基础，也是公路建设项目经济评价 及实施交通管理和控制的主要依据和手段12。预测结果的合理性、可靠性直接影响公 路工程项目的投资和效益，是制定合理利用资源、充分发挥道路设施效益的重要参考 资料。本论文通过研究分析传统交通量预测方法利弊，针对传统方法弊端提出改进措 施，同时以工程实例进行验证，研究成果直接应用于实际工程，同时为相关研究提供 理论和应用支持，为进一步科学、合理、准确地分析项目在路网中所发挥的作用，提 高当前的交通量预测水平以及推动公路建设项目科学决策打下坚实基础。 总之，本文对交通量预测方法的改进研究对提高我国公路建设项目的管理水平具 有重大的现实意义。 1.2 国内外研究综述 1.2.1 国外研究综述 公路交通量预测于 20 世纪初期起源于美国，1926 年哈佛大学率先开设交通工程学 专业。20 世纪 30 年代美国交通工程学会（ITE）成立4。公路交通量预测主要研究内 容之一是通过交通量的调查及远景交通量的预测进行合理的交通设计和规划5。 从 20 世纪 50 年代开始到 70 年代初，交通量预测的重要方法体系四阶段法体 系初步形成。这一时期，西方国家战后重建过程中，进行了大规模的基础设施建设， 公路特别是高速公路迅猛发展，因此也促进了交通量预测研究理论和方法的丰富和发 展，这期间很多有关交通规划的模型和方法被学者们提出来。1962 年，美国制定了 联邦公路法 ，该法律直接促成了交通规划理论和方法的形成和发展；同一年芝加哥 市发表的Chicago Area Transportation Study是交通规划理论正式诞生的标志6。在 交通规划理论的形成伊始，交通量预测只关注交通量发生、交通量分布、交通量分配 这三个阶段。到 1960 年代晚期，日本人在对广岛都市圈的交通进行规划的时候第一次 3 引入了交通方式划分的概念，由此原有的三阶段交通预测变为四阶段交通预测，并被 人们所接受，交通规划四阶段法由此形成。至 70 年代初，四阶段法已经发展成为占交 通需求预测方法的主导地位的一种成熟的理论。 现在通用的交通生成预测常用模型包括生成率模型、回归分析模型、类别生成率 模型。其中，生成率模型是最早交通生成预测模型；类别分析法是 20 世纪 60 年代由 英国人根据美国联邦公路管理局（FHA）的主要方法（FHWA）改进而得，美国人称 之为交叉分类法。当前，国外广泛采用的模型有多元线性回归生成模型和类别生成率 （交叉分类）模型。现行交通生成预测的实用模型特点各异，适用条件各不相同，无 法很好的符合不同情况下交通生成预测的要求，于是东南大学教授王炜建立了类别回 归分析模型来解决上述问题，该模型克服了上述模型的缺点，既考虑定量因素又考虑 非定量因素，应用前景广阔。目前，国外许多学者建立了有关家庭出行和非家庭出行 的模型，如 Gordon W. Schultz 在 1996 年提出的非家庭出行模型；J. L. Bowman 和 M. E. Ben-Akiva 从出行者日程安排来推测出行产生而得出的模型，该模型为交通生成预测 提供了一种新思路。 1955 年，Casey 首先较为严密和系统地提出和使用重力模型（Gravity Mode） ，该 模型是根据物理学中万有引力定律所模拟开发的，Casey 对其不断改进，又相继提出了 单约束重力模型和双约束重力模型。20 世纪 90 年代 Black、Fischer、Gopal 和 Openshaw 合作提出解决复杂的空间分布问题可采用神经网络技术，这是目前对重力模 型比较新的改进。重力模型是目前使用范围最广的交通分布预测模型，该模型的特点 是在得不到完整的现状 O-D 调查资料时也能发挥作用，不足之处是缺乏牢固的理论基 础。因此，学者们为了弥补该模型的不足，做了许多研究。Wilson 在 1970 年基于信息 理论提出了最大熵模型，并在交通量分布预测领域得到成功的应用；1974 年，该模型 的详细解法被给出。随后，饭田恭敬等学者修正了该模型。介入机会模型是 Stoufer（1954）提出，Schncider（1959）将其用于交通出行分布预测的，该理论使用 至今。与重力模型不同的是，介入机会模型同满足出行目地的相对可达性相关而与同 距离无明确相关，但因为起 U 值确定较困难且计算相对也复杂限制了其大范围应用。 20 世纪 80 年代末至今，随着计算机革命的推进，伴随着管理学、应用数学、系统 工程学等学科理论的发展，许多新的预测方法和工具在交通领域涌现并应用，包括灰 色理论、遗传算法、支持向量机、神经网络、数据挖掘等。这些优化算法把交通量增 4 长中的随机现象克服了，预测精度极高，且能处理常规方法难以处理的问题，诸如： 捕捉隐藏或处理不完全信息、建立数学模型场合有困难、离乱数据、系统具有较强的 非线性等。这些新方法为交通量预测提供了新思路和新预测手段，前景广阔。另一方 面，近年来交通规划软件的开发也大大推动了交通规划和交通需求预测的发展，最早 软件有 UTPS、MINUTP、TRANPLAN，现在主流的有 TransCAD、CUBE/TRIPS 等， 这些都是强大的工具。 1.2.2 国内研究综述 我国有关交通工程的理论研究和实际应用比较晚，实施交通规划还不到 30 年。改 革开放以来，国外主要是美国的交通规划理论和经验逐步被引进到我国，国人初步认 识和了解了城市交通规划的方法和步骤。1980 年代中期同济大学率先开设了交通工程 专业7。 指标法是我国 20 世纪 80 年代中期至 90 代初期运用较多的交通规划方法，这是因 为当时高速公路在我国是一个新生事物，交通量预测方法极不成熟。1990 年代以来， 国内公路网交通规划主要采用四阶段法和总量控制法。四阶段法是一种以供需平衡理 论为依托的微观预测法；总量控制法是一种从宏观整体出发的规划方法。对交通规划 模型与方法的研究一直是国内学者比较关注的问题，众多学者在对国外交通规划模型 的介绍、应用和验证的同时，也在不断地改进这些模型，部分学者提出了一些新的模 型并在实际规划中得到应用和验证。我国开展研究公路交通量预测比较晚，预测方法 受人为主观判断影响较大，推算远景交通量时是取一定增长率来进行的。这主要是由 于缺乏公路交通出行 O-D 资料所致。近年来，专家们将研究领域锁定在无法进行大规 模交通调查的情况下对交通量的准确预测。1970 年代晚期以来，由路段观测交通量直 接推算 O-D 矩阵的等权最小二乘估计模型和最大似然估计模型等模型被建立起来，该 模型直接由路段观测交通量推算 O-D 矩阵。国内学者在这方面做了很多研究工作：王 炜 1988 年提出了容量限制多路径动态分配方法，并开发出国内第一个交通规划软件 交通之星；潘文敏（西安公路交通学院）于 1989 年论述了最大熵模型；周伟、周晶、 孙爱冲等而后研究出了最大熵模型的求解方法；刘明等分析了最大熵模型的可靠性； 高自友、四兵峰 1993 年提出了多模式的均衡配流模型；裴玉龙（哈尔滨工业大学） 1995 年提出了基于公路网的路段交通量预测方法；刘娟娟（上海理工大学）和段进宇 5 （清华大学）分别于 1999 年和 2000 年深入的研究了由路段交通流量反估出行 OD 矩 阵的问题，段进宇还编写了计算机程序；郭冠英（同济大学）基于模糊数学理论淡化 出行阻抗的影响来建立交通分布模型；李景人（同济大学）提出了多路径分配模型的 迭代反推法；田志立（清华大学）深入研究了分布模型的误差分析，提出在重力模型 中引入出行分布量调整系数；曲昭伟（吉林大学）根据最大信息熵原理研究居民出行 分布模型，设法建立新的居民出行分布模型。 1.3 本文研究方法和研究技术路线 1.3.1 研究方法 公路建设项目交通量的影响因素多而复杂，预测的可靠性又必须建立在通过对短 期的数据来预测长期数据的准确性之上。加上由于种种主客观原因，大部分公路建设 项目缺少完备可用与研究相关的历史数据。据此，本论文的研究方法是： （1）调查研究法。调查研究法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有 计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。在进行本文的 研究时，要尽可能地广泛收集和充分利用国内外与课题研究相关的理论、方法、成果 以及数据；尽可能地广泛深入到西部公路建设项目现场调研，收集第一手资料。 （2）比较分析法。按照特定的指标系将客观事物加以比较，以达到认识事物的本 质和规律并做出正确的评价。本文将当前所使用的交通预测方法与实际预测结果进行 对比分析，发现现行预测方法的不足，从而加以改进。 （3）定量分析法。在科学研究中，通过定量分析法可以使人们对研究对象的认识 进一步精确化，以便更加科学地揭示规律，把握本质，理清关系，预测事物的发展趋 势。本文对传统交通量预测方法和改进后的交通量预测方法都进行了精确的定量分析。 （4）实证研究法。本文在对交通量预测理论的改进进行研究后，通过青海平安至 西宁高速公路项目对改进的交通量预测法进行了实际应用研究。 1.3.2 研究技术路线 在前期调研的基础上，充分了解现状，收集整理有关资料。分析传统后评价交通 6 量预测方法不足之处，改进 “四阶段”法，并应用于西部高速公路项目交通量预测， 进行案例分析。 本文的研究技术路线如图 1.1。 交通量预测理论及方法 现行交通量预测存 在的问题 传统后评价交通量 预测分析 “四阶段法”在后评价交通 量预测中的改进 后评价数据的特点 后评价交通量预测考虑的因素 四阶段法的改进 后评价交通量预测结果调整 案例分析 结论与展望 图图 1.1 本文研究技术路线本文研究技术路线 1.4 主要研究内容及创新点 1.4.1 主要研究内容 基于已有的研究成果，本文主要做了以下几方面的工作： （1）分析了交通量的构成及其形成机理、交通量预测的基本思想、基本方法及主 7 要内容，提出现行交通量预测存在的问题，对传统后评价交通量预测方法，主要是四 阶段法、趋势外推法、差异对比分析法进行了分析，各方法在用于后评价交通量预测 时有一定的缺陷。 （2）分析了西部高速公路建设项目后评价数据的特点，在此基础上，提出后评价 交通量预测需考虑的几个因素，对四阶段法进行改进，改进四阶段法与传统四阶段法 存在的区别是引入总量控制法的思想进行现状 OD 的反推，并考虑项目运营期间各因 素可能发生的变化情况，对预测结果进行调整。 （3）根据青海省平安至西宁高速公路后评价数据，分别采用传统四阶段法和改进 四阶段法对平西高速公路进行后评价交通量预测。预测结果表明两种方法预测结果均 小于工可预测值，而改进四阶段法预测结果普遍低于传统四阶段法预测值，结果更可 靠。 1.4.2 创新点 本文通过对高速公路项目后评价交通量预测相关问题研究，提出了以下新见解和 新方法： （1）对传统后评价交通量预测方法，主要是四阶段法、趋势外推法、差异对比分 析法进行了适应性分析，提出各方法在用于后评价交通量预测时的缺陷。 （2）对四阶段法进行改进，改进四阶段法与传统四阶段法存在的区别是引入总量 控制法的思想进行现状 OD 的反推。 （3）提出后评价交通量预测需考虑的几个因素，并考虑项目运营期间各因素可能 发生的变化情况，对预测结果进行调整。 8 第二章 交通量预测的基本理论与方法 2.1 交通量的形成机理 2.1.1 交通量的影响因素 交通量的大小主要受以下因素影响8： （1）道路的服务特性 道路系统所具有的经济性、方便性、快速性、安全性和舒适性就是道路的服务特 性。道路的服务特性决定了道路客运和货运交通量的大小。从用户的角度出发，道路 服务特性实质上反映了在出行中用户所必须承担的总的经济成本，这种成本也可以被 视为道路自身及其交通环境所具有的一种交通阻抗。所以说交通量的大小取决于运输 需求与交通阻抗的大小。 （2）道路的供给特性 道路的最大通行能力就是道路的供给特性。由供需平衡理论可知，道路交通需求 小于交通供给时，交通量由交通需求决定，同时这种供小于求的状态也会刺激交通量 的增长。反之，若道路的交通供给能力小于交通需求时，交通量就会被道路的供给特 性限制，抑制需求的产生。 2.1.2 交通量组成及其形成机理分析 一般而言，诱增交通量、趋势交通量和转移交通量这三种基本交通量构成了高速 公路建设项目远景交通量9。其形成机理分析如下： （1）诱增交通量的形成机理 诱增是指因为外部因素的变化导致原来不该发生的潜在事件发生。一般来说，由 于新建高速公路的建成通车改善了既有的路网结构，区域间的空间距离被缩短，经济 可接近性得到提高，使得区域经济和产业布局受到了有益的促进，因而高速公路两侧 的土地使用性质发生了改变，由此引发的新的交通量叫做诱增交通量。诱增交通量预 测作为交通量预测的重要组成部分之一，与道路技术标准的选用直接相关，能对项目 9 的经济评价结果产生重要影响。 1）诱增交通量的特点 潜在性。公路建设项目建成通车后，引起区域的土地布局和经济结构发生变化， 引起交通量的诱增。 有限性。诱增交通量的增加是有限的，在增长达到一定程度之后，诱增交通量就 不再增加。 区域性。诱增交通量存在不同区域由于当地经济情况等因素不同，潜在性程度也 各不相同，有的地区较强而有的较弱。 滞后性。诱增交通量往往是在路网变化一段时间后才开始显现，滞后于路网结构 发生变化的时间。 难区分性。诱增交通量产生后包含在总交通量中，难以单独区分，也难以精确统 计。 2）诱增交通量的变化规律 诱增交通量的四个主要特点潜在性、有限性、区域性和滞后性体现在其发展全过 程中。这些特点也决定了诱增交通量的发展大体要经历三个阶段：即聚集形成阶段、 快速增长阶段和逐渐稳定阶段。 聚集形成阶段 这个阶段的时间跨度从高速公路开工建设到竣工通车或通车初期一段时间。高速 公路的开工建设到完全建成的过程，也是沿线土地的使用性质从呈现发生改变的趋势 到真正发生改变的过程。在公路建设过程中，项目影响区内原有的经济结构和产业布 局会逐渐开始调整，一般高速公路建设周期较长，因此这种调整完成的时间足够。在 这种调整过程中，不同产业的比例发生明显变化，诱增交通量发生的潜在程度因此提 高，其发生的趋势逐步明显。聚集形成阶段产生的诱增交通量很小，但是随着高速公 路的建成通车，诱增交通量就立即体现出来了。 快速增长阶段 高速公路的建成通车后，沿线区域开发加快，原有区域产业结构的进一步调整， 诱增交通量由此进入快速增长阶段。快速增长的时间出现的早晚取决于当地的经济状 况。如我国东部地区第三产业发达、人力资源丰富、投资吸收容易，产业结构优化调 整速度快，诱增交通量出现快速增长的时间就较早。而西部地区经济发展水平较低， 10 因此产业结构调整需要较长时间，诱增交通量出现快速增长的时间就会比较晚。在快 速增长阶段，诱增交通量的快速增长会持续一段时间，由于地区差异，快速增长持续 的时间也各不相同，经济发达地区完成高速公路开发所用的时间较短，因而快速增长 持续的时间也会比较短，欠发达地区则相反。 逐渐稳定阶段 在高速公路建成、路网结构改善后，诱增交通量并非一直都在增加，其增加有一 个限值，当其增长到限值后，就几乎不再增长了，保持一个稳定的状态10。因为高速 公路两侧土地的利用和开发是有限度的，开发成熟后开发速度就会放缓，诱增交通量 的增长也会回落，直至停止。诱增交通量达到稳定阶段的年限，因各地区情况各异而 有所不同。美国高速公路的诱增交通量一般在通车 16 年后，增长就趋于停滞。我国同 样有相似的变化规律，只是年限不同。当诱增交通量增长趋于停滞后，诱增交通量的 增长将达到最大限值。这个限值因为地区差别而有所不同，它主要由高速公路沿线社 会经济状况和项目影响区域大小来决定。在运输通道中，路网密度较高则通达程度较 好，以至于影响区域就会越广，诱增交通量也就越大。在我国西部欠发达区域因为路 网密度比较低，其产生的诱增交通量由于高速公路的有效影响范围比东部地区要小， 因而较小。东部地区经济条件好，高速公路影响当地的产业布局调整和经济结构变化 从而带动经济发展。在西部，经济发展的边际效应因为经济条件较差而变得较弱。因 此，中西部地区的诱增交通量比东部地区要低。 3）诱增交通量形成机理 经济学里的供需理论是支撑诱增交通量的基础理论。以经济学的眼光分析出行需 求，可以得出这样的结论：出行需求受出行成本的影响。车辆的燃油费用和维修费用 所组成的资金成本，与特定路网相关的出行时间成本一起组成了出行成本11。出行成 本随着道路通行能力的提高而降低，因此交通需求随之增长。在交通需求保持不变的 前提下，交通供需与诱增交通量有图 2.1 所示的关系。图中曲线表示在增加道路容 1 S 量和实施其他降低出行成本的措施前的交通供应能力，曲线表示道路容量变化后的 2 S 交通供应能力，D 表示交通需求曲线。下移说明出行成本的降低同样满足同等水平 2 S 的交通需求。图 2.1 说明，在道路供应变化的条件下，出行的平衡成本从下降到， 1 P 2 P 11 出行量从增长到，出行量的增长表征了诱增交通效应。 1 Q 2 Q 出出 行行 成成 本本 P P 出出行行量量Q Q P P1 1 P P2 2 Q Q1 1Q Q2 2 S S1 1 S S2 2 图图 2.1 诱增交通量与交通供需的关系图（需求一定）诱增交通量与交通供需的关系图（需求一定） 区域内机动车保有量增长、人口增加、人均收入提高以及土地利用性质改变等这 些因素都会导致项目影响区交通需求的增加。交通需求增加的时候，诱增交通量与交 通供需存在图 2.2 所示的关系。 出 行 成 本 P 出行量Q P1 P2 Q1Q2 S1 S2 Q3 图图 2.2 诱增交通量与交通供需的关系图（需求增加时）诱增交通量与交通供需的关系图（需求增加时） D D1 D2 12 如图所示，交通需求曲线从向外移至，说明在同等出行成本下出行需求增加 1 D 2 D 了。图 2.2 表明，在交通供给和交通需求都变化的条件下，诱增交通量就是出行增加量 比图 2.1 的情况所多出来的与的差值。在实际操作中，由于它们对诱增交通量的 3 Q 2 Q 影响都存在一定的不确定，因此很难完全分离出这两种并存的影响因素。不论如何， 只要交通供需变化，诱增交通量必定存在。 (2)转移交通量形成机理 交通建设项目竣工后，从其他交通设施或从其他交通方式转移过来的交通量就叫 转移交通量。改建或新建公路项目必然会改变既有的公路网结构，原有平衡被打破， 综合运输网内的交通量会因此重新分配直至达到新平衡。公路建设项目与铁路、民航、 水运运输量之间的转移是公路建设项目与别的运输方式间的交通量转移的主要来源12。 通常通过调查与公路建设项目相关的其他交通方式如铁路、民航、水运的现状（包括 运输能力、运输量等） ，未来发展规划及货运需求变化、旅客出行特征，分析公路建设 项目与铁路、民航、水运运输之间转移的数量后，再换算成交通量作为预测结果。 一般来说，不同的运输方式适用于不同距离的区间运输：公路在 150km 以内的 短途运输中占有绝对优势；铁路和民航在 600km 以上的长途运输中占据绝大部分比重； 介于 150600km 之间的中远途运输区间，铁路、公路两种运输方式所占比例快速变化； 在能够当日往返的区间运输内，公路运输占有主导地位，铁路运输主导了汽车无法 当日到达的里程区间的运输。 从理论上分析，在一个相对稳定的经济活动区域，经过多年运营后公路、铁路、 民航等运输方式在同一走廊带中各里程段所承担的物资运输量占通道物资运输总量的 比例是相对稳定的。 （3）趋势交通量形成机理 现有公路交通量按照其固有规律，自然增长的交通量就叫趋势交通量。趋势交通 量分为现有交通量和趋势增长交通量两大部分（新建高速公路只有后者） ，它是在路网 结构的现状基本保持不变的前提下，只考虑各交通小区经济量的变化所得出的12。 社会进步和经济发展派生交通需求，交通需求大小由社会经济发展水平决定，同 时交通条件又强烈反作用于社会经济发展，这其中的相互作用使系统一直处于“不平 衡平衡不平衡平衡.”这样的转化过程中，区域经济结构的变化和运输方式的协 13 调在这两者不断的相互作用中得到了促进，社会经济总量也因此而增长。趋势交通量 的增长部分就是由这部分随社会经济发展而增长的交通量所构成。 2.2 交通量预测基本思想 交通量的预测需要建立在交通需求之上，交通需求是一种派生性需求，其大小由 经济活动、社会活动等需求的变化所决定。可见，要科学、准确的进行交通量的预测， 就必须要分析经济活动、社会活动与交通运输的关系，从而要具体分析经济活动和社 会活动的变化规律。 一般的，交通量预测从以下方面入手： （1）明确关系 高速公路的交通量是受经济、人口、土地、政策等因素的综合作用影响而形成的， 其关系可用下式表示： ),(fQ （2.1） 式中：Q高速公路交通量； ,和 Q 有关的因素，包括经济、人口、土地、政策等； f 各影响因素与 Q 之间的函数关系。 受社会经济发展连续性的影响，交通量的变化也具有连续性。随着时间的变化， 交通量的变化具体反应在函数 f 本身及与其有关的各因素的变化上。虽然不了解交通 量与各影响因素的关系，但可以因此获得交通量的变化情况。 （2）系统分析 在高速公路交通量预测过程中，由于其预测的对象是一个由社会环境、公路交通 等因素一起作用形成的明确的具有边界的公路交通系统，所以在进行系统分析的时候 要多角度进行，该区域的公路网络、交通组成、运输模式的历史结构以及该区域的外 部环境、人口、土地、经济、产业结构的预测都要包括在其中，研究这些因素对交通 量的发生、分布等所产生的影响，找出变化规律。然后以前述分析作为基础，从人们 的交通心理、经济要求等方面出发来预测高速公路各路段的远景交通量。 (3）定性、定量、定时预测相结合 交通量预测中存在着很多不确定因素，这些因素有的来自预测技术的不确定性， 14 包括参数的标定、模型的选用等；有的来自环境的不确定性，包括人的心理要求、政 策等。在预测过程中，如果要正确判断和处理这些不确定的因素，就要求预测人员对 交通系统以及各相关环境条件的相当熟悉，同时也要有较广的知识面，了解交通系统 演变的过程，同时综合分析和判断未来的发展。所以，必须将定性、定量、定时预测 有机结合，在充分研究分析的基础上，把握交通系统未来发展的总趋势，以及交通分 布的各种可能性及其影响，从而得出交通量的大小及其在时间上的变化，这样才能做 好交通量的预测工作。 2.3 交通量预测基本方法 2.3.1 区域社会经济发展预测与分析 随着社会进步和经济的发展，交通量也随之派生出来。交通需求量的大小受社会 经济发展水平而制约，与此同时，交通条件对社会和经济发展也产生有力的反作用， 它们之间的相互作用，使社会经济体系经过一种不平衡到平衡，再到不平衡，最终再 到平衡的相互转化过程，促进了区域内经济结构的变化和运输模式的协调，进而使社 会经济总量得到增长。公路建设工程项目不仅仅是在于推动、促进和服务未来社会经 济的发展，而且缓解了当前交通运输对社会经济的不适应性。因此，必须要研究建设 项目当地的社会、经济活动的未来环境，并估计和推测其发展趋势和前景，在此基础 上，才能准确的进行公路建设项目决策13。 区域内社会经济发展预测可分为：诱增型社会经济发展预测、趋势型社会经济发 展预测二种。诱增型社会经济发展预测是通过交通与经济二者之间的一种导向关系， 即交通对经济具有导向作用，公路建设提高了道路通行能力，提高了区域可接近性， 缩短了区域间的时间和空间距离，从而引起了市场范围的变化和产业结构的变化，接 着新的产业布局形成，从而诱发和催升了区域经济的增长，其常用模型有相似类比模 型、时间距离模型、系统动力学模型、投入产出模型、计量经济学模型等；趋势型社 会经济发展预测是以交通与经济二者之间的一种供需关系为基础，按照普通发展规律， 在过去社会经济发展的基础上得到的预测值，其常用的模型有时间序列模型、回归模 型等14。 15 2.3.2 交通发生量、吸引量的预测与分析 交通发生量、吸引量的预测与分析是为了后续的交通分布、交通分配预测，需要 在起点、终点调查和社会经济调查的基础上，建立各交通小区发生量、吸引量与其社 会、经济特征等变量之间的定量关系，从而推测出各预测年的各交通小区的发生量、 吸引量。预测的方法常用弹性系数法，另外还有增长率法、相关分析法等。弹性系数 是指国民经济发展的增长率与交通的增长率二者的比例，与建设项目当地社会、经济 的区域特点、发展层次和战略等相关15。在确定目前各种车型的弹性系数时，通过拟 建工程或已运营工程相关公路的各种车型交通量的历史变化情况，计算出各种车型交 通量的年平均增长率，通过工程直接影响区域的经济量的历史变化情况，计算出各种 车型经济量的年平均增长率，最后得出目前各种车型交通量与经济量的弹性系数。结 合我国汽车工业的发展趋势和目前各种车型的弹性系数，运用相似类比法，得出各种 车型各预测年的弹性系数，通过各预测年各种车型的弹性系数和各交通小区经济量的 增长率，就可得出预测年各交通小区发生量、吸引量的增长率，从而预测出各交通小 区各类车型的发生量、吸引量。 2.3.3 交通分布的预测与分析 交通分布的预测与分析是为了确定预测年各交通小区的出行分布量，因此需要通 过各交通小区各种车型发生量、吸引量的预测值以及各交通小区间的阻抗。其可分为 诱增型 OD 分布预测与分析、趋势型 OD 分布预测与分析两种。 诱增型 OD 分布是指在规划路网时，既考虑各交通小区经济量的变化所得出的 OD 分布量，又考虑路网结构的变化引起的车辆行驶时间的变化和空间的距离缩短。诱增 交通的产生改善了新建道路的供给和服务，带动了有关地区的社会经济发展，经济的 新增长促使人们的隐性需求转变为显现需求，从而客货的运输量增加，最后导致路网 运输达到新的供需平衡。诱增交通一般表现为：一方面是因为工程项目的影响区域内 新建道路，带动了沿线经济的发展，新生了部分交通量；另一方面是因为新建道路的 建设、联网和行车条件的改善，使得原来由于交通条件的限制而未能出行或者出行较 少的潜在交通量得到了增加16。所以，在预测诱增型 OD 分布时，应该考虑这两方面 原因对 OD 分布的影响。诱增型（含趋势型）OD 分布量预测一般采用下式进行计算： 16 1 cd b jij i ijij ijj EC E TTI EEC (2.2) 式中： ijij TT 、 交通小区 i 与 j 之间的诱增型 OD 分布量和趋势型 OD 分布量； ij EE 、交通小区 i 和 j 的诱增型 GDP； ij EE、交通小区 i 和 j 的趋势型 GDP； ijij CC 、 有拟建项目和无拟建项目的交通小区 i 与 j 之间的交通阻抗，其 与车辆行使时间、费用等因素有关，通常是通过现状路网和规划路网上采用最短时间 路径矩阵进行计算； 实现潜在交通量的可能，通常取 0.5； b, c, d交通需求量预测模型参数，其确定是根据目前 OD 分布量与各交 通发生区的 GDP、与各交通吸引区的 GDP、现状路网各交通发生与吸引区之间的车辆 行驶时间。 对于原本没有出行量的，可采用下式进行诱增型（含趋势型）OD 分布量预测： bcd ijijij Ta EEC A AAA (2.3) 式中：a交通需求量预测模型参数，其确定是根据目前 OD 分布量与各 交通发生区的 GDP、与各交通吸引区的 GDP、现状路网各交通发生与吸引区之间的车 辆行驶时间。 趋势型 OD 分布指的是只考虑通过各交通小区经济量的变化而得到的交通分布量， 路网结构保持不变，分析路网各个路段的趋势型交通量和内部转移交通量，应用较多 的为弗雷特（Frator）法和重力模型法，另外还有底特律（Detroit）法、平均增长率法、 机会模型法。 2.3.4 交通分配的预测与分析 交通分配的预测与分析是为了确定规划路网的各路段、拟建项目、所研究建设项 目的未来交通量，从而作为公路技术等级的规划、经济的分析和实施的时间的依据。 交通量的分配是以 OD 交通量、网络图及图中各路段的行走时间函数或综合行走费用 17 为前提的。常用的方法有：增量分配法、二次加权平均法和平衡分配法等17 、0-1 分 配法。交通分配模型确定、交通网络的简化后，就可在不同的路网状况和交通分布条 件下进行交通分配，从而得出未来的正常交通量、诱增交通量、转移交通量。其中， 正常交通量预测指的是根据趋势型 OD 分布的预测结果，在保持现状路网不变的情况 下，只考虑经济量的发展变化而进行的交通分配，从而得出的各路段的趋势型交通量； 诱增交通量指的是在各预测年规划路网上，运用诱增型 OD 分布预测结果，进行交通 分配，用得出的各路段交通量减去路段转移后的交通量；转移交通量预测指在的是各 预测年的规划路网上，仍运用趋势型 OD 分布预测结果，进行交通分配，用得出的各 路段交通量减去正常交通量。通过未来正常交通量、诱增交通量、转移交通量的预测 和分析，可以得到公路网内部所研究建设工程项目在各预测年的未来交通量。 在此，交通的分配和平衡既考虑了拥挤对行走时间的影响，又考虑了各路段的综 合行走费用，分配原则即是以行走时间最小或以广义费用最小。 2.3.5 公路项目与其它运输方式之间转移交通量的预测与分析 公路项目与其它运输方式之间的转移交通量指的是公路项目与铁路、民航、水运 的运输量转移。为了预测这些转移交通量，一般得调查与公路项目有关的铁路、民航、 水运的运输状况，还有未来发展的计划、旅客出行的特征、货运需求的变化特点，分 析和判断铁路、民航、水运运输和公路项目的运输转移量后，再换算成交通量，并作 为预测结果18。 与公路平行的其它运输模式通道中，这些运输方式在一定范围内是可以互相替代 的，这里考虑到各种运输方式的合理分工、协调发展，并充分发挥各种运输方式的优 点。另外，从理论上讲，对于一个经济活动相对稳定的区域，由于经过重复实践，每 一个运输个体对通道中的各种运输方式有了较明确的认知，而且根据各自的出行特点， 找到了对于它来说最为合理经济的运输线路、方式，在同一个走廊带中公路、铁路、 民航等，在各路段内对于所承担的通道物资运输总量比例，应当处于相对稳定的状态。 通道的交通环境发生变化时，打破了原来的平衡，比例关系也发生了变化，这时候各 种运输方式的转移交通量的预测酒是为了预测以后的平衡关系。 对于旅客而言，各种运输方式由于具有不同的技术和经济特性，其主要表现为各 种服务特性，包括安全性、快速性、经济性、方便性、舒适性。旅客对以上服务特性 18 进行综合权衡后，进而选择某一种运输方式。根据旅客选择行为分析理论，每种运输 方式的服务特性组成一个综合的“效用值” ，其大小决定了旅客选择行为。各种运输方 式的效用值可以根据以下效用函数进行计算： 111111 11122 222222 21122 1122 nn nn mmmmmm mnn Ua Sa Sa S Ua Sa Sa S Ua Sa Sa S （2.4） 式中： 1, , m UU第 1 至第 m 种运输方式的效用值； 11 1,n SS第 1 种运输方式的第 1 至第 n 种服务特性； 1 , mm n SS第 m 种运输方式的第 1 至第 n 种服务特性； 11 1,n aa第 1 种运输方式的各种服务特性参数； 1 , mm n aa第 m 种运输方式的各种服务特性参数。 进行客流分配规律研究时，旅客的选择行为是一种群体选择行为，其效用值大小 受旅客经济收入、旅途远近、出行目的的影响，另外还有随机性等不确定因素的影响。 在计算时要考虑随机因素，所以采用随机选择模型。 在选择服务特性时，应主要针对车票价格、运行时间、安全性、方便性、舒适性 这 5 项指标进行分析，而特性参数则是根据这 5 种服务特性的权重确定的。通过分担 比例、公路项目和其它运输方式的客货运资料、各种运输方式的建设序列安排、交通 量与运量之间的换算，就可以计算出各运输方式间相互转移的交通量。 以上的定量分析主要针对旅客转移，而货物转移和它不同，一般情况均采用定性 分析的方法来确定，主要是由以下三个方面的原因造成的。首先货流与客流的产生机 理不同。根据交通经济学的原理，货运交通的需求曲线可以由需求低的需求曲线和供 应地的供应曲线衍生得到，所以货流是一种典型的派生需求，而客流的供需背景没有 这么强烈。其次，货流较客流更为复杂。客流只有“人类”组成，但由于地理位置的 不同而产生、分布不同种类的货物，导致货流的组成则非常复杂。另外，货流还可以 采用运输优化使其实现货物转移。同类货物的运