（交通运输规划与管理专业论文）交通量预测方法研究及其软件开发.pdf

西南交通大学研究生学位论文 a b s t r a c t t h er e s e a r c ho nt h e h i g h w a yt r a n s p o r t a t i o ns y s t e mp l a n n i n g i sa n i m p o r t a n tf i e l d ，i ti s a l s oar e a lw o r ki nh i g h w a yt r a n s p or t a t i o ns y s t e m a s t h eh e a da n df r o n t ，t r a f f i cv o l u m ef o r e c a s t i n gs y s t e mi sm o r ea n dm o r e i m p o r t a n t i no r d e rt o s o l v es o m ep r o b l e m so ft r a f f i cv o l u m ef o r e c a s t i n g s y s t e m ，t h ep a p e rb r i n g s f o r w a r dr e g r e s s i o ne r r o rr e v i s i n gw h i c hr e d u c e s e r r o ro ff o r e c a s t i n gm o d e l si m m e n s e l y i na d d i t i o n ，t h ep a p e ra p p l y st h e g e n e t i c a l g o r i s m t ot r a f f i c p l a n i n g f i e l da n de s t a b l i s ht h e e f f i c i e n t a l g o r i s m i t i san e wt r a i no f t h o u g h ti ns o l v i n g t h ep r o b l e m so ft r a f f i c p l a n i n gf i e l d b e s i d e s ，i no r d e r t o h e l p t h et r a f f i c b o f f i n ，t h ep a p e rd e v e l o p st h e t r a f f i cf o r e c a s t i n gs y s t e mw h i c hi sb a s e d0 1 1w i n d o w s9 5a n dv i s u a lc + + l a n g u a g e t h es o f t w a r ep r o v i d e sa l o to ff u n c t i o n ss u c ha sv a r i o u st r a f f i c v o l u m e f o r e c a s t i n g m e t h o d sa n df o x b a s e o p e r a t i o n s a d d i t i o n a l t h e s o f t w a r eh a sv i v i di n t e r f a c ea n dc o n v e n i e n tm e a n s k e y w o r d t r a f f i cv o l u m e f o r e c a s t i n gr e g r e s s i o n e r r o r r e v i s i n g t h eg e n e t i c a l g o r i s m c b o o i , 1 0 9 1 9 9 3 西南交通大学研究生学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 区域交通量预测的主要任务及重要意义 随着我国杜会经济的发展、产业结构的变化、人民生活水平的提高、 社会主义市场经济的建立和改革开放步伐的加快，公路运输作为社会经 济的基础产业之一，正处于迅速发展阶段。与此同时，我国公路运输自 身的技术装备水平也在不断提高，公路运输将跨过其发展的初级阶段， 从面上运输的“毛细血管”作用，发展到具有“毛细血管”和“大动脉” 的双重作用。为了使公路运输适应国民经济的发展，切实做好公路运输 系统网络规划是必不可少的。 作为区域交通网络规划的关键内容一一区域交通量预测是交通规 划、国土规划、综合运输网规划的重要组成部分，是选择建设项目的主 要依据。是确保公路建设合理布局、有秩序地协调发展、防止建设决篆、 建设布局睫意性、盲目性的重要手段。故而，其主要任务就是通过深入 的调查、必要的勘测和科学的预测来辨析现有道路状况及其存在的内部 矛盾，提供客货流分布特点、发展态势及交通量生成变化特征，为以后 拟定主要线路的走向、道路发展总目标的提出及合理布局打下坚实的基 础。 区域交通量预测在社会经济中发挥着越来越重要的作用。它不仅是 确定交通运输能力方案的基本资料，也是确定交通运输系统建设与改革 的根据，正确地预测客货需求量。对保证国民经济发展有着重要的作用。 预测的量低于实际发展的需要，就不能适应国民经济发展，反之，预测 的量过大，则会形成过早的投资，造成能力的积压与浪费。 人类的交通活动是一种复杂巨系统活动的结果，只有在深入剖析系 统内在规律的基础上，才能正确认识我们的研究对象，合理制定相应决 策。在人类历史上，由于缺乏对客观规律的深刻认识而造成交通发展战 西南交通大学研究生学位论文 第1 页 第一章绪论 1 1 区域交通量预测的主要任务及重要意义 随着我国杜会经济的发展、产业结构的变化、人民生活水平的提高、 社会主义市场经济的建立和改革开放步伐的加快，公路运输作为社会经 济的基础产业之一，正处于迅速发展阶段。与此同时，我国公路运输自 身的技术装备水平也在不断提高，公路运输将跨过其发展的初级阶段， 从面上运输的“毛细血管”作用，发展到具有“毛细血管”和“大动脉” 的双重作用。为了使公路运输适应国民经济的发展，切实做好公路运输 系统网络规划是必不可少的。 作为区域交通网络规划的关键内容一一区域交通量预测是交通规 划、国土规划、综合运输网规划的重要组成部分，是选择建设项目的主 要依据。是确保公路建设合理布局、有秩序地协调发展、防止建设决篆、 建设布局睫意性、盲目性的重要手段。故而，其主要任务就是通过深入 的调查、必要的勘测和科学的预测来辨析现有道路状况及其存在的内部 矛盾，提供客货流分布特点、发展态势及交通量生成变化特征，为以后 拟定主要线路的走向、道路发展总目标的提出及合理布局打下坚实的基 础。 区域交通量预测在社会经济中发挥着越来越重要的作用。它不仅是 确定交通运输能力方案的基本资料，也是确定交通运输系统建设与改革 的根据，正确地预测客货需求量。对保证国民经济发展有着重要的作用。 预测的量低于实际发展的需要，就不能适应国民经济发展，反之，预测 的量过大，则会形成过早的投资，造成能力的积压与浪费。 人类的交通活动是一种复杂巨系统活动的结果，只有在深入剖析系 统内在规律的基础上，才能正确认识我们的研究对象，合理制定相应决 策。在人类历史上，由于缺乏对客观规律的深刻认识而造成交通发展战 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 略及交通建设在一定程度上失误的教训是很多的，这就要求我们加强对 交通规划技术手段及交通量预测方法的研究，以提高科学分析和决策的 能力。 本论文的研究内容正是为了满足公路运输主战场的需要，从理论与 实际相结合的角度，就现有的区域交通量的预测方法展开研究，并开发 与之相适应的软件。 1 2 国内外交通量预测研究概论 道路网规划是政策、经验、技术和艺术四者相结台的产物，是一个 非常复杂的系统。交通量预测作为它的一个子系统，既具有母系统的莛 性一复杂性，又具有自身子系统的个性一一不确定性。多年来，各国 的交通建设工作者都对其做过不少的研究。虽然各国的政策体制有所不 同，相应的研究方法也存有差异，但相互借鉴的经验和理论方法很多。 未来交通运输是世界范围内的大事，各国在规划方法及理论体系上也有 求同存异的趋势闭关自守，搞封闭式研究已不能适应国际运输发展的 需要。任何一项研究工作必须首先了解国际研究动态，站在国际学术的 前沿，才能少走弯路，少犯错误。取得新的成就。 1 2 1 国外交通量预测研究情况 一交通量预测方法 不同的国家和地区在不同的经济发展时期有着不同的规划目标，这 也就使其交通量方法存在差异。经济发达国家，如美、英、法、德、日 等国在目前阶段公路网规划的主要目标集中在提高已有公路网的效率， 寻求机动性的平衡，提高道路系统的服务质量，降低交通运输产生的副 作用f 交通事故、环境、对居民区的不良影响) ，提高为残疾入的服务 水平，对现在道路系统的实体开辟多样化的管理渠道等。如美国在8 0 年代初提出的4 r 计划f 重铺装、重翻新、修复和重建) ，德国在8 0 年 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 略及交通建设在一定程度上失误的教训是很多的，这就要求我们加强对 交通规划技术手段及交通量预测方法的研究，以提高科学分析和决策的 能力。 本论文的研究内容正是为了满足公路运输主战场的需要，从理论与 实际相结合的角度，就现有的区域交通量的预测方法展开研究，并开发 与之相适应的软件。 1 2 国内外交通量预测研究概论 道路网规划是政策、经验、技术和艺术四者相结台的产物，是一个 非常复杂的系统。交通量预测作为它的一个子系统，既具有母系统的莛 性一复杂性，又具有自身子系统的个性一一不确定性。多年来，各国 的交通建设工作者都对其做过不少的研究。虽然各国的政策体制有所不 同，相应的研究方法也存有差异，但相互借鉴的经验和理论方法很多。 未来交通运输是世界范围内的大事，各国在规划方法及理论体系上也有 求同存异的趋势闭关自守，搞封闭式研究已不能适应国际运输发展的 需要。任何一项研究工作必须首先了解国际研究动态，站在国际学术的 前沿，才能少走弯路，少犯错误。取得新的成就。 1 2 1 国外交通量预测研究情况 一交通量预测方法 不同的国家和地区在不同的经济发展时期有着不同的规划目标，这 也就使其交通量方法存在差异。经济发达国家，如美、英、法、德、日 等国在目前阶段公路网规划的主要目标集中在提高已有公路网的效率， 寻求机动性的平衡，提高道路系统的服务质量，降低交通运输产生的副 作用f 交通事故、环境、对居民区的不良影响) ，提高为残疾入的服务 水平，对现在道路系统的实体开辟多样化的管理渠道等。如美国在8 0 年代初提出的4 r 计划f 重铺装、重翻新、修复和重建) ，德国在8 0 年 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 略及交通建设在一定程度上失误的教训是很多的，这就要求我们加强对 交通规划技术手段及交通量预测方法的研究，以提高科学分析和决策的 能力。 本论文的研究内容正是为了满足公路运输主战场的需要，从理论与 实际相结合的角度，就现有的区域交通量的预测方法展开研究，并开发 与之相适应的软件。 1 2 国内外交通量预测研究概论 道路网规划是政策、经验、技术和艺术四者相结台的产物，是一个 非常复杂的系统。交通量预测作为它的一个子系统，既具有母系统的莛 性一复杂性，又具有自身子系统的个性一一不确定性。多年来，各国 的交通建设工作者都对其做过不少的研究。虽然各国的政策体制有所不 同，相应的研究方法也存有差异，但相互借鉴的经验和理论方法很多。 未来交通运输是世界范围内的大事，各国在规划方法及理论体系上也有 求同存异的趋势闭关自守，搞封闭式研究已不能适应国际运输发展的 需要。任何一项研究工作必须首先了解国际研究动态，站在国际学术的 前沿，才能少走弯路，少犯错误。取得新的成就。 1 2 1 国外交通量预测研究情况 一交通量预测方法 不同的国家和地区在不同的经济发展时期有着不同的规划目标，这 也就使其交通量方法存在差异。经济发达国家，如美、英、法、德、日 等国在目前阶段公路网规划的主要目标集中在提高已有公路网的效率， 寻求机动性的平衡，提高道路系统的服务质量，降低交通运输产生的副 作用f 交通事故、环境、对居民区的不良影响) ，提高为残疾入的服务 水平，对现在道路系统的实体开辟多样化的管理渠道等。如美国在8 0 年代初提出的4 r 计划f 重铺装、重翻新、修复和重建) ，德国在8 0 年 西南交通大学研究生学位论文 第3 页 代提出的公路网规划从数量的增加转移到质量的提高等。 发展中国家的杜会经济差异一般来说比发达国家之问的差异要大， 但它们所制定的道路交通规划的目标却基本相同。提高基本的通达能 力、联通能力及交通能力覆盖面，刺激区域经济发展，提高国防能力等， 往往成为道路规划的目的，如埃及、巴西、阿根廷、印度尼西亚、印度 等国的公路网规划。 综合美、英、法、德、日、澳大利亚等的交通量预禊i 方法。其模型 的核心是四步模型，即出行生成，出行公布，方式选择，交通量分配。 对四步模型的不同组合方式可产生不同的模型体系。1 9 7 8 年，由澳大 利亚、西德、日本、希腊、荷兰、瑞典、英国和美国等八国的部分交通 规划人员发起的一个被称为“土地利用和交通运输关系的国际研究组 织”( i n t e r n a t i o n a ls t u d yg r o u po nl a n du s e t r a n s p o r ti n t e r a c t i o n ) ，试图 用七个国家的九个交通规划模型，同时采用一组数据进行比较，以验证 模型的准确与实用性。这九个模型是：a ) 澳大利亚t o p a z ；b 1 西德 d o r t m u n d ；c ) 日本o s a k a ；d ) 日本c a l u t a s ；e ) 荷兰a m e r s f o o r t ；d 瑞典s a l o c ；g ) 英国l i l t ；h ) 英国m e p ；i ) 美国i t l u p 。目前尚无明确结 论。 国际知名的交通规划专家r i c h a r d s o n 在1 9 9 0 年回顾了过去2 0 年内 世界上交通规划和交通量预测模型建立形式，总结出了5 个阶段： a ) 第一阶段是1 9 6 9 年以前。它被称为是总量模型阶段( t h ee r ao f a g g r e g a t em o d e l l i n g ) 。在这一阶段里，传统的四步模型被作为基 本形式来处理预测的交通需求。 b ) 第二阶段是从7 0 年代早期至末期，它被称为是离散数据需求模 型阶段( t h ee r ao fd i s a g g r e g a t et r a v e ld e m a n dm o d e l l i n g ) 。在此阶 段。交通需求并非通过“汇总”、“平均”得来，而是通过离教的出 行行为，概率模型来处理交通需求。 西南交通大学研究生学位论文 第4 页 c ) 第三阶段是从7 9 年代末期到8 0 年代初期，命名为出行选择行为 模型阶段( t h e e r ao fb e h a v i o u r a lt r a v e lm o d e l l i n g ) 。在交通规划中 最重要的参数是出行次数的决定被考虑为心理过程，决定此过程 的外部条件和决策人的特征数据等。 d ) 第四阶段从8 0 年代扔到8 0 年代末，称为人的活动模拟与观测技 术阶段( t h ee r ao fa c t i v i t ym o d e l l i n ga n ds u r v e ym e t h o d o l o g y ) 。最 具有代表性的技术是英国h a t s 观测方法用此方法观测的出行被 普遍认为相当可靠。h a t s 方法已在9 个国家应用，在中国的第 一次试用是由交通部公路科学研究所及澳大利亚新南威尔士大学 合作，于1 9 8 7 - 1 9 8 8 年在北京、江苏、陕西等地的观测，成果被 编入第三次国际交通运输观测技术会议文集。 e ) 第五阶段是从8 0 年代末开始，所谓微型计算机革命阶段( t h ee r ao f m i c r o c o m p u t e rr e v o l u t i o n ) 。利用计算机革命的优势，传统的四步 骤模型又被重新使用和发展。 二交通量预测模型 对于交通量预测模型中包括的四个基本模型，即出行生成预测、出 行分布、方式选择、流量分配，各国似乎并无太大的分歧，从方法上讲， 主要的不同之处在于对各个模型的预测、估计和模拟。相比之下。地理 学家、运输经济学家侧重于对出行生成、出行分布的估计，交通工程师 较偏重于交通方式选择和流量分配的确定。 对出行生成的常用预测方法可以归纳为 a ) 回归方法，包括一元，多元，线性。非线性回归 b ) 类别分析法( c a t e g o r ya n a l y s i s ) c ) 投入产出法 d ) 出行行为( 概率分析) 法 e ) 弹性系数法 c h 0 0 1 4 0 8 09 7 1 1 西南交通大学研究生学位论文 第5 页 n 时间序列法 在很多国家的具体公路规划工程中( 主要指城市交通规划) 。更多使 用的是“借鉴”某国某工程的出行率或出行方式。作为参数直接应用于 规划模型。这样做的前提是国情类似，经济、汽车保有量比较接近，否 则最终规划将失败。 出行分布常用的方法有 a ) 重力模型 b ) 增长系数法( 如f r a t a r 法，f u r n e s s 法，平均增长系数法，底特律 法等) c ) 介入机会模型 方式选择基本采用p r o b i t 模型和l o g i t 模型，其中效用函数的标定 比较困难。 交通量分配方法一般可分为二类，平衡分配法和非平衡分配法，其 中平衡分配法计算量很大，占用机时多，而非平衡分配法的关键在于路 阻函数的确定。非平衡分配法一般又可分为静态和动态两种方法，每种 方法中又有最短路、容量限制、多路径概率分配等方法。 三常用软件 1 ) u t p s ( 美国) 功能：包括有2 5 个子程序，可进行传统的四步技术，也可处理离散 模型。美国招聘交通规划人员时常要求掌握此程序。 要求：使用i b m m a i n f r a m e 2 ) t r i p s ( 美国) 功能：交通量预测，系统分析、方案评价、观测分析。 要求：m a i n f r a n l e 3 )q r s ( 美国) 功能：传统的四步规划法 西南交通大学研究生学位论文 第6 嚣 要求：i b m 微机 4 ) t r a n p l a n ( 澳大利亚) 功能：多方式交通规划，传统的四步骤模型包括在内，交通区可多 达3 0 0 0 路径可达3 2 0 0 0 。 要求：i b m 微机 5 ) d o d o t r a n s i i ( 美国) 功能：综合运输规划分析，用户可自加模型，包括传统的四步规划 方法。 要求：微机 6 ) m o t o r s ( 澳大利亚) 功能：包括有2 6 个子程序，可预测交通量，公路网模拟，公共交通 规划。 要求：普通微机 7 ) d a t ab a s et r a n s p o r tp l a n n i n gm o d e l s u i t e ( 澳大利距) 功能：四步分析规划法，划区方法，交通量预测。 要求：m a i n f r a n l e 8 ) s k c h p l a n ( 澳大利亚) 功能：四步规划法。交通量预测，公共交通规划。 要求：一般微机 9 ) t r a n s t e p ( 澳大利亚) 功能：土地利用分析，四步规划，道路网分析，公路规划，小区域 规划，经济分析，曾在上海、辽宁使用。 要求：一股微机 1 0 ) t g e n ( 美国) 功能：专门分析交通量生成 要求：i b m 微机 c h 0 0 1 4 0 8 09 71 1 西南交通大学研究生学位论文 第7 页 以上列出的仅是较为普遍使用的程序，各国根据本国的情况，也有 很多交通规划方面的计算机软件，可根据实际情况选择应用。 1 2 2国内交通量预测概况 一我国公路运输发展现状和存在的问题 自从我国实行改革开放政策以来，国民经济的高速发展和商品经济 的活跃，对公路运输需求显著增加，公路运输发展的速度不仅超过了g n p 和国民收入的增长速度，也超过了铁路和水运的发展速度。经济腾飞的 浪潮席卷全国，大规模基建项目纷纷上马，各地高等级公路建设方兴未 艾。当前我国公路运输面临着新的形式： 1 产业结构的变化对公路运输的新需求 我国目前整体上处于工业化前期社会，反映在企业结构上是第二产 业g n p 比重最大，1 9 9 0 年占4 5 3 ，而劳动力结构第一产业比重最大， 占6 0 。随着经济的发展，第三产业的增长速度要高于第一、二产业。 第三产业的发展使适宜于公路运输的客货运输需求大大增加，客运方 面，人员流动频繁，出行次数增加，对旅行的舒适性、安全性、快速直 达都有更高的要求。货运方面，小批量、高附加值、高时效货物增加， 同样要求优质、快速、直达，而公路运输是满足这些要求的最佳运输方 式。 2 经济体制向市场经济转化的新需求 市场经济体制的建立，打破了按行政区组织商品流通的体制，使过 去的地区性、封闭性的商品交换成为面向全国，乃至面向世界的开放式 的商品流通。市场经济竞争激烈，时间就是金钱，效率就是生命，加速 商品的流通，加快资金的周转是市场经济的命脉。而交通是商品流通的 基础。我国市场经济的逐步发展和完善，对最适于市场经济发展的，具 有机动、灵活、通达速度较高等特点的公路运输提出了更高更新的要求。 西南交通大学研究生学位论文 第7 页 以上列出的仅是较为普遍使用的程序，各国根据本国的情况，也有 很多交通规划方面的计算机软件，可根据实际情况选择应用。 1 2 2国内交通量预测概况 一我国公路运输发展现状和存在的问题 自从我国实行改革开放政策以来，国民经济的高速发展和商品经济 的活跃，对公路运输需求显著增加，公路运输发展的速度不仅超过了g n p 和国民收入的增长速度，也超过了铁路和水运的发展速度。经济腾飞的 浪潮席卷全国，大规模基建项目纷纷上马，各地高等级公路建设方兴未 艾。当前我国公路运输面临着新的形式： 1 产业结构的变化对公路运输的新需求 我国目前整体上处于工业化前期社会，反映在企业结构上是第二产 业g n p 比重最大，1 9 9 0 年占4 5 3 ，而劳动力结构第一产业比重最大， 占6 0 。随着经济的发展，第三产业的增长速度要高于第一、二产业。 第三产业的发展使适宜于公路运输的客货运输需求大大增加，客运方 面，人员流动频繁，出行次数增加，对旅行的舒适性、安全性、快速直 达都有更高的要求。货运方面，小批量、高附加值、高时效货物增加， 同样要求优质、快速、直达，而公路运输是满足这些要求的最佳运输方 式。 2 经济体制向市场经济转化的新需求 市场经济体制的建立，打破了按行政区组织商品流通的体制，使过 去的地区性、封闭性的商品交换成为面向全国，乃至面向世界的开放式 的商品流通。市场经济竞争激烈，时间就是金钱，效率就是生命，加速 商品的流通，加快资金的周转是市场经济的命脉。而交通是商品流通的 基础。我国市场经济的逐步发展和完善，对最适于市场经济发展的，具 有机动、灵活、通达速度较高等特点的公路运输提出了更高更新的要求。 西南交通大学研究生学位论文 第8 页 3 发展外向型经济，进一步对外开放的新要求 我国目前正实行进一步扩大对外开放，实行沿海、沿江、沿边全方 位的开放政策，各省市大量吸引外资，周边贸易十分活跃，各地三资企 业如雨后春笋般涌现，而高等级公路和发达快捷的公路运输是改善外商 投资环境。吸引外资的前提和必要条件。 4 乡镇企业的发展使适宜于公路运输的运输量增加 农村商品经济和乡镇企业的发展对公路运输的需求十分迫切，公路 运输能深入到其它运输方式不能到达的地区，是我国农村运输的主要方 式，也是城乡交流的纽带。农村和乡镇企业的经济发展。大大促进了省 县乡三级公路网的建设。 5 人口增加和生活水平的提高对公路客运的需求大幅度上升将长盛 不衰。 我国目前有1 1 4 亿人口，过去居民流动系数很低，进入8 0 年代以 来。随着人民生活水平的提高，思想的解放，客运需求迅猛增加，客运 运力处于紧张状态，不能满足需求。汽车是人们中短途旅行时使用最频 繁、接触最广泛的交通工具。我国公路客运有着巨大的潜在市场，如何 从数量和质量上满足不同层次居民对客运的需求，是我国公路运输面临 的艰巨任务。 综上所述，未来我国社会经济的发展将要求公路运输进入高速发展 阶段。 但是，我国目前公路网的现状不容乐观，存在的主要问题有： 1 公路通车里程偏少，路网密度低，公路通达深度不够。 2 公路技术等级低、质量差、通行能力严重不足，抗灾能力弱。 3 路网作为系统，总体功能不够完善，效率有待提高。 4 混合交通对公路网的使用性能产生很大的不利影响。 c h 0 0 j 4 0 8 09 7 1 1 西南交通大学研究生学位论文 第9 页 二交通量预测方法概况 近年来。对道路网交通量预测提出许多方法。可概括地分为四阶段 法和总量控制法。 1 四阶段法 在“四阶段预测法”中。首先，进行社会经济的分析，对未来社会 经济发展趋势进行预测。其次，预测小区交通总需求，即交通集中、发 生总量的预测。第三，预测小区集中，发生总量在区域间的分布。第四， 把小区间的交通量分配到公路网的具体线路上，预测建设项目的交通 量。 四阶段法是一种模拟方式预测路段交通量的方法，是传统区位理论 与现代决策论结合的产物。它从微观入手，通过研究在一定土地利用模 式下人们的心理，企图把握不同时期的出行分布，从而预测未来的路段 交通量，使建设行为与之适应。该方法是西方传统分析方法在交通规划 上的具体应用，隐藏着人们的行为符合竞争机会原理，并据此模拟出行 选择的概率。 2 总量控制法 总量控制法是对传统区位理论的修正应用，注重运输的宏观成因， 研究城镇的综合经济规模与运输需求的关系，并根据资金约束，进行网 络优化与捧序。该方法最大程度地利用了中国现有统计资料，利用了系 统分析的方法，规划从整体到局部。符合人们的思维习惯，是一种简明、 适合国情的低成本系统分析方法。 总量控制法对路段交通量的预测有一定难度。由于对交通量的 “源”( s o u r c e ) 与“汇”( s i n k ) 无法确定，只能在路段交通量基础上 进行研究，很难体现区域发展的不平衡性对路段交通量的影响，同时对 于未来路网形态变化较大时各线路的交通量确定在理论依据、操作方法 上仍应进一步深入研究。由于没有o d 资料，反推o d 国内外研究虽花 西南交通大学研究生学位论文 第1 0 页 费了大量人力、物力，但并未达到实用程度。一般来说符合实际某些点 交通量观测值的o d 矩阵并不唯一( s h e f f ! y 。1 9 8 2 ；饭田恭敬等。 1 9 9 4 ) 。虽在小规模路网上的推算取得了成功( 王炜，1 9 8 8 ；周伟。1 9 9 0 ) ， 但如何在大规模路网中实用仍需进一步研究。 3 其它交通量预测法 综合预测法，也是一种交通量预测方法。该方法将四阶段法与总量 控制法相结合，即：首先进行一次o d 调查，同时实测路段交通量。研 究和改进公路网交通分配方法，应用和完善由部分路段交通量推算o d 量的方法。采用上述o d 调查及路段交通重实测资料对这些方法进行检 验，利用n 年( 一般n - 8 ) 部分路段交通量观测资料，分别推算n 年o d 量。根据n 年o d 量，社会经济发展指标按小区分别进行统计分析，标 定计量经济模型。依此模型预测未来规划年o d 量，依据未来o d 量预 测结果采用交通分配方法，计算出未来规划年的路段交通量。 其它预测方法还有交通量模糊预测，用神经网络进行交通量预测等 等。 国内外研究资料表明，尽管四阶段法在o d 调查时存在着系统误差 及种种其它原因引起的误差，该方法在各种预测方法中仍不失为一种较 好的方法，其概率分配模型在非拥挤网络具有较强的模拟能力。但四阶 段法也存在不足之处。由于中国区域土地使用资料匮乏，且使用情况复 杂，社会，经济转型导致用地模式改变，用现有o d 分布预测远期o d 分布资料有些粗糙。以此为基础进行远期交通规划可信度较低，而且它 仅考虑一定土地使用模式对交通生成的影响，而未全面考虑交通设施对 土地使用的促进作用。 权衡各种交通量预测方面的利弊，本交通量预测软件采用四阶段法 进行预测。 西南交通大学研究生学位论文 第1 1 页 1 3 交通量预测方法研究及软件开发的意义 1 3 1 交通量预测方法研究的意义 对交通预测问题，我国不少专家学者及有关工作人员做过一些研 究，尤其是在技术方面，选用了很多预测模型，提出了多种预测方法。 如回归模型，时间序列模型，灰色系统模型，弹性系数模型，单位系数 模型，模糊预测方法、交通分布与均衡分配方法、神经网络等等。这些 工作为合理进行公路规划工作做出了有益的探讨。但从目前来看，在公 路网规划中，交通预测体系尚须继续完善。 ( 1 ) 以往的研究中对单一模型的研究较深入，精度较高，但未能把 公路网演变规律、体制的变化对公路发展的综合影响定量地刻划出来， 致使交通预测结果很难符合交通运输自身发展的规律。 ( 2 ) 在交通分配阶段中，尽管平衡模型结构严谨、思路明确、结果 合理，但由于其变量较多、维数太大、约束条件太多而使求解变得很困 难。现在仍无一种完整有效的算法可以解决此类模型。 本文是针对这些问题对现有的各种交通量预测方法进行了研究与探 索，提出将遗传算法用于交通量预测中。为使我国的交通量预测方法既 符合国情又能尽早赶上世界先进水平而做的一些有益的尝试。 1 3 2 交通量预测软件开发的意义 近年来随着国民经济的迅速发展，社会对交通运输的需求不断上 升，交通量预测越来越显示出重要性，而计算机科学的飞速发展，使得 计算机技术灵活运用到交通领域成为可能，为交通技术人员、交通研究 者提供必要的高质量的软件支持成为可能。本软件正是在这种情况下应 运而生的。 众所周知t 在软件开发产业中存在着软件危机。软件危机是西方发 c h 0 0 1 4 0 8 09 7l l 西南交通大学研究生学位论文 第1 1 页 1 3 交通量预测方法研究及软件开发的意义 1 3 1 交通量预测方法研究的意义 对交通预测问题，我国不少专家学者及有关工作人员做过一些研 究，尤其是在技术方面，选用了很多预测模型，提出了多种预测方法。 如回归模型，时间序列模型，灰色系统模型，弹性系数模型，单位系数 模型，模糊预测方法、交通分布与均衡分配方法、神经网络等等。这些 工作为合理进行公路规划工作做出了有益的探讨。但从目前来看，在公 路网规划中，交通预测体系尚须继续完善。 ( 1 ) 以往的研究中对单一模型的研究较深入，精度较高，但未能把 公路网演变规律、体制的变化对公路发展的综合影响定量地刻划出来， 致使交通预测结果很难符合交通运输自身发展的规律。 ( 2 ) 在交通分配阶段中，尽管平衡模型结构严谨、思路明确、结果 合理，但由于其变量较多、维数太大、约束条件太多而使求解变得很困 难。现在仍无一种完整有效的算法可以解决此类模型。 本文是针对这些问题对现有的各种交通量预测方法进行了研究与探 索，提出将遗传算法用于交通量预测中。为使我国的交通量预测方法既 符合国情又能尽早赶上世界先进水平而做的一些有益的尝试。 1 3 2 交通量预测软件开发的意义 近年来随着国民经济的迅速发展，社会对交通运输的需求不断上 升，交通量预测越来越显示出重要性，而计算机科学的飞速发展，使得 计算机技术灵活运用到交通领域成为可能，为交通技术人员、交通研究 者提供必要的高质量的软件支持成为可能。本软件正是在这种情况下应 运而生的。 众所周知t 在软件开发产业中存在着软件危机。软件危机是西方发 c h 0 0 1 4 0 8 09 7l l 西南交通大学研究生学位论文 第1 2 页 达国家六七十年代信息产业的教训，表现为应用软件的开发和维护不能 满足用户日益增长的需要。为解决软件危机问题，提出了软件工程方法。 但是，现在人们已经意识到，传统的软件工程方法，如结构化生命周期 法、战略数据规划法等。并没有真正解决软件危机。因此，八九十年代 新的方法( 例如r a d 法和面向对象法) 在西方流行起来。人们还意识 到，软件危机是产业危机，光靠软件制造商是无法从根本上解决问题的。 中国的软件危机始于8 0 年代，当时各企业各自为战。封闭开发。 其特点是定点专用、低水平重复现象严重，软件通用性、应变性差。应 用单位感到后劲不足。软件维护困难，既难以适应需求的变化，也跟不 上技术的发展，更不能形成产业规模。 8 0 年代末以后，中国软件产业走上商业化、通用化、专业化和规模 化的道路，会计电算化、字处理和中文排版软件等迅速普及，制造业 m r p i i 、零售业物流和p o s 、金融业电子化、电信业以及政府部门等 领域的大型信息系统纷纷建立，逐渐形成以软件供应商或行业为中心的 客户群范围内的资源共享。 开发该软件时，本人充分吸取了软件产业的国内外发展经验，在提 高软件的可维护性、健壮性及可扩充性方面做了一些努力。 1 4 本文的主要工作 本论文所做的工作主要有以下两个方面： 1 对现有的交通量预测方法进行一些研究及探索。 如前所述，现存的交通预测模型多种多样，但由于其在预测过程中 出的局限性，仍需进一步完善。 在交通量生成预测阶段，本文综合现有模型的基础上，根据模型自 身特点，加入回归误差补偿修正，育效的降低了预测误差。 就交通量分配问题，本文进行了一些有益的探索。在交通分配阶段 西南交通大学研究生学位论文 第1 2 页 达国家六七十年代信息产业的教训，表现为应用软件的开发和维护不能 满足用户日益增长的需要。为解决软件危机问题，提出了软件工程方法。 但是，现在人们已经意识到，传统的软件工程方法，如结构化生命周期 法、战略数据规划法等。并没有真正解决软件危机。因此，八九十年代 新的方法( 例如r a d 法和面向对象法) 在西方流行起来。人们还意识 到，软件危机是产业危机，光靠软件制造商是无法从根本上解决问题的。 中国的软件危机始于8 0 年代，当时各企业各自为战。封闭开发。 其特点是定点专用、低水平重复现象严重，软件通用性、应变性差。应 用单位感到后劲不足。软件维护困难，既难以适应需求的变化，也跟不 上技术的发展，更不能形成产业规模。 8 0 年代末以后，中国软件产业走上商业化、通用化、专业化和规模 化的道路，会计电算化、字处理和中文排版软件等迅速普及，制造业 m r p i i 、零售业物流和p o s 、金融业电子化、电信业以及政府部门等 领域的大型信息系统纷纷建立，逐渐形成以软件供应商或行业为中心的 客户群范围内的资源共享。 开发该软件时，本人充分吸取了软件产业的国内外发展经验，在提 高软件的可维护性、健壮性及可扩充性方面做了一些努力。 1 4 本文的主要工作 本论文所做的工作主要有以下两个方面： 1 对现有的交通量预测方法进行一些研究及探索。 如前所述，现存的交通预测模型多种多样，但由于其在预测过程中 出的局限性，仍需进一步完善。 在交通量生成预测阶段，本文综合现有模型的基础上，根据模型自 身特点，加入回归误差补偿修正，育效的降低了预测误差。 就交通量分配问题，本文进行了一些有益的探索。在交通分配阶段 西南交通大学研究生学位论文 第1 3 页 中，平衡模型较非平衡模型结构更严谨。结果更合理。但它的变量多、 维数大、约束条件多等特点局限了其的应用。本文利用遗传算法的并行 性，将其用于求解平衡模型，从而使得交通分配更加合理。 2 开发交通量预测实用软件。 在选用成熟可靠的模型体系与计算方法的基础上，本软件以 w i n d o w9 5 为操作平台，v i s u a lc + + 为语言环境进行开发，以对交通 量预测提供必要的软件支持。本文在界面标准化、易操作性、视觉 化交互方式及可扩展性等方面做了一些努力，提供了丰富的预测及 数据库操作功能，同时多文档多视及多种输出方式( 表格、图形等) 的设计，使用户对各阶段预测结果一目了然，便于比较分析。 c h 0 0 1 4 0 8 09 7j i 西南交通大学研究生学位论文 第1 4 页 第二章交通量预测模型体系 在交通规划过程中，交通量预测模型发挥着十分重要的作用，它可 以对系统现状作出分析。以判定存在的薄弱环节及问题所在，明确解决 问题的方向；预测未来可能出现的交通需求，以此作为确定建设方案的 依据之一；辅助确定交通网络建设方案，以促使规划方案的优化。 这些模型包括在交通量预测的四个阶段之中。将其分为四个阶段是 相对而言的。现实世界中各阶段之间存在着复杂的影响和牵连。譬如， 对交通状态产生影响的因素就可以分为快变因素和慢变因素。根据非平 衡系统理论的研究成果。慢变因素制约着快变因素的发展。对于交通产 生吸引分析来说，产生影响的慢变因素是社会经济的发展情况，至于道 路交通拥挤程度这样的快变因素的作用，可以认为是在前一因素造成的 交通状态上加上的一种波动，可以放在后阶段单独考虑快变因素影响。 同样，对o d 分布分析来说，在其对应阶段研究的是考虑社会经济发展 空间格局( 这相对于道路拥挤来说属于一种慢变因素) 影响确定的交通 流起终点分布情况，对快变因素造成的交通状态变化可以看作是在前面 确定的交通状态基础上的修正，而这种修正可以放在交通分配阶段进一 步考虑。因此，四阶段模型尽管有所不足，仍在相当大程度上比较准确 地反映了系统的状态。 目前也产生了许多综合模型。例如交通o d 分布、交通方式划分、 交通分配综合模型，方式划分与交通分配共同考虑的综合模型等。但总 的来说尚处于理论研究阶段，从实用化的角度来看还有许多技术问题有 待解决( 如需求函数的建立方法、多方式路阻函数的确定方法等) 。 就目前的研究成果来看，有关模型已达数百之多。本论文根据模型 c h o o l4 0 8 0 9 7l l 西南交通大学研究生学位论文 第1 5 页 的适用条件、转化性及替代性。对模型进行了合理的筛选及改进。 2 1 交通量生成模型体系 2 1 1 影响交通量的重要因素 交通科学研究院等单位在2 0 2 0 年公路运量规划纲要中分析了影 响公路交通发展的主要因素，指出了包括人口、人民生括水平、产业结 构和产品结构、地区经济布局、进出口规模城镇企业的发展、能源需求、 公路设施和装备水平等八项指标。这些定性分析对预测公路交通量是很 育帮助的。如何把这些因素定量化，并找到它们和公路交通量的关系是 公路交通预测的本质问题。同时也要看到，作为全国战略规划中的总运 量预测和具体路网上的交通量预测有很大差别，所考虑的相关因素也不 尽相同。我们从路网节点的角度考虑交通生成量，即交通发生量和交通 吸引量，提出如下影响节点交通生成量的主要指标： ( 1 )人口 ( 2 )节点的经济发展水平 ( 3 ) 汽车保有量 这些因素一般也是有关联的，但每个因素对公路运输都有其它因素 取代不了的作用。 1 人口 一个地区的人口发展水平直接影响着这一地区的交通运输状况，它 是交通量生成预测中必不可少的因素，而人口无论从人口学的角度还是 从交通运输的角度来说都是一个根难确定的因素。 2 节点的经济发展水平 c h 0 0 l4 0 8 吼卯1 l 西南交通大学研究生学位论文 第1 5 页 的适用条件、转化性及替代性。对模型进行了合理的筛选及改进。 2 1 交通量生成模型体系 2 1 1 影响交通量的重要因素 交通科学研究院等单位在2 0 2 0 年公路运量规划纲要中分析了影 响公路交通发展的主要因素，指出了包括人口、人民生括水平、产业结 构和产品结构、地区经济布局、进出口规模城镇企业的发展、能源需求、 公路设施和装备水平等八项指标。这些定性分析对预测公路交通量是很 育帮助的。如何把这些因素定量化，并找到它们和公路交通量的关系是 公路交通预测的本质问题。同时也要看到，作为全国战略规划中的总运 量预测和具体路网上的交通量预测有很大差别，所考虑的相关因素也不 尽相同。我们从路网节点的角度考虑交通生成量，即交通发生量和交通 吸引量，提出如下影响节点交通生成量的主要指标： ( 1 )人口 ( 2 )节点的经济发展水平 ( 3 ) 汽车保有量 这些因素一般也是有关联的，但每个因素对公路运输都有其它因素 取代不了的作用。 1 人口 一个地区的人口发展水平直接影响着这一地区的交通运输状况，它 是交通量生成预测中必不可少的因素，而人口无论从人口学的角度还是 从交通运输的角度来说都是一个根难确定的因素。 2 节点的经济发展水平 c h 0 0 l4 0 8 吼卯1 l 西南交通大学研究生学位论文 第1 5 页 的适用条件、转化性及替代性。对模型进行了合理的筛选及改进。 2 1 交通量生成模型体系 2 1 1 影响交通量的重要因素 交通科学研究院等单位在2 0 2 0 年公路运量规划纲要中分析了影 响公路交通发展的主要因素，指出了包括人口、人民生括水平、产业结 构和产品结构、地区经济布局、进出口规模城镇企业的发展、能源需求、 公路设施和装备水平等八项指标。这些定性分析对预测公路交通量是很 育帮助的。如何把这些因素定量化，并找到它们和公路交通量的关系是 公路交通预测的本质问题。同时也要看到，作为全国战略规划中的总运 量预测和具体路网上的交通量预测有很大差别，所考虑的相关因素也不 尽相同。我们从路网节点的角度考虑交通生成量，即交通发生量和交通 吸引量，提出如下影响节点交通生成量的主要指标： ( 1 )人口 ( 2 )节点的经济发展水平 ( 3 ) 汽车保有量 这些因素一般也是有关联的，但每个因素对公路运输都有其它因素 取代不了的作用。 1 人口 一个地区的人口发展水平直接影响着这一地区的交通运输状况，它 是交通量生成预测中必不可少的因素，而人口无论从人口学的角度还是 从交通运输的角度来说都是一个根难确定的因素。 2 节点的经济发展水平 c h 0 0 l4 0 8 吼卯1 l 西南交通大学研究生学位论文 第1 6 页 经济发展水平包含的内容很广，常用的数量指标有g n p ，国民收入 等，根据我国的统计体系及运输特征。可考虑如下经济指标：g n p 、 人均g n p 、第一、二、三产业产值及构成比、社会总产值及构成比、