（交通运输规划与管理专业论文）基于土地利用的城市交通需求分析研究.pdf

摘要 随着我国城市化进程的加快和机动化水平的不断提高，城市交通问题变得日 益严重，而城市交通规划是一种从根本上解决城市交通问题的有效手段，其核心 则是交通需求预测。因此，有必要对城市交通需求预测进行深入的分析与研究。 在当今的城市交通需求分析方法中，应用最广的方法为四阶段分析法，它由 交通生成、交通分布、交通方式划分以及交通分配等四个阶段组成。城市土地利 用作为城市交通需求的根源，对居民出行生成和出行分布有着非常重要的影响作 用。因此，本文的主要目的是研究土地利用与城市居民出行生成和出行分布的关 系并建立相应的数量关系模型。 本文首先分析了城市土地利用与城市交通的互动作用机理以及土地利用与 城市交通的相互影响因素，从而明晰了城市土地利用与城市交通需求之间的相互 关系，为本文核心内容的研究奠定了良好的基础；其次，分析了城市居民出行生 成的影响因素，同时对常用的出行生成预测方法进行了分析并指出其各自的适用 范围，在此基础上分析了城市土地利用对城市居民出行生成的作用影响，从土地 利用的角度提出了城市居民出行生成预测的思路并建立了基于土地利用的城市 居民出行生成预测模型；再次，分析了常用的出行分布预测方法的特点并指出其 各自的适用范围，在此基础上分析了城市土地利用性质、强度以及布局等对城市 居民出行分布的影响，从土地利用的角度提出了城市居民出行分布预测的思路并 建立了基于土地利用的城市居民出行分布预测模型：最后，结合“西安市2 0 0 0 年城市居民出行调查研究报告”、“西安市城市综合交通规划”和“西安市城市快 速轨道交通线网规划”三个项目的数据资料，对所建立的基于土地利用的城市居 民出行生成预测模型和基于土地利用的城市居民出行分布预测模型进行了实证 分析。 关键词：城市土地利用；城市交通：城市交通需求；出行生成；出行分布；预测 a b s t r a c t w i t ht h ei m p r o v e m e n to ft h eu r b a n i z a t i o na n dt h em o t o r i z a t i o nl e v e l ，t h et r a f f i c p r o b l e m si nt h ec i t i e sb e c o m em o r ea n dm o r es e r i o u sa sa ne f f e c t i v em e a n st os o l v e t h et r a f f i cp r o b l e m si nt h ec i t i e s ，u r b a nt r a f f i c p l a n n i n gc o n c e n t r a t e so nt h et r a f f i c d e m a n d sp r e d i c t i o n t h u s ，i ti sn e c e s s a r yt op r o l o n gt h ea n a l y s i sa n ds t u d yo ft h ec i t y t r a f f i cd e m a n d s p r e d i c a t i o n a m o n gt h ea n a l y s i sm e t h o d so ft h eu r b a nt r a f f i cd e m a n d sa tp r e s e n t ，t h em o s t p r e v a i l i n g o n ei st h e f o u r - s t a g ea n a l y s e s ，w h i c h a r e c o m p o s e d o f t r i p g e n e r a t i o n a t t r a c t i o n ，t r i pd i s t r i b u t i o n ，t r i pm o d a ls p l i ta n dt r i pa s s i g n m e n t t h ec i t y l a n du s e ，a st h ef o u n d a t i o no ft h eu r b a nt r a f f i cd e m a n d s ，p l a y sar a t h e rv i t a lr o l et o i n f l u e n c et h er e s i d e n t st r i pg e n e r a t i o n a t t r a c t i o na n dd i s t r i b u t i o n t h e r e f o r e ，t h em a i n a i mo ft h i st h e s i si st os t u d yt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h el a n du s ea n dt h er e s i d e n t s t r i pg e n e r a t i o n a t t r a c t i o na n dd i s t r i b u t i o n ，a n ds e tu pt h er e s p o n s i b l eq u a n t i t yr e l a t i o n m o d e l s f i r s t l y , t h i st h e s i sa n a l y s e st h ei n t e r a c t i v ef u n c t i o n a lt h e o r yb e t w e e nt h eu r b a n l a n du s ea n dt h eu r b a nt r a f f i c ，a n da l s ot h em u t u a li n f l u e n t i a lf a c t o r sb e t w e e nt h el a n d u s ea n dt h eu r b a nt r a f f i c ，s ot h a tt h em u t u a lr e l a t i o nb e t w e e nt h eu r b a nl a n du s ea n d t h eu r b a nt r a f f i cd e m a n d si sm a d em o r ec l e a r l ya n das o l i df o u n d a t i o nt ot h e s t u d yo f t h ec o r ec o n t e n t so f t h i st h e s i si ss e t ；s e c o n d l y , i ta n a l y s e st h ei n f l u e n t i a lf a c t o r so f t h e r e s i d e n t st r i pf o r m a t i o n ；m e a n w h i l e ，i ta l s oa n a l y s e sa n dp o i n t so u tt h ea p p l i e d c o n d i t i o n so ft h ec o m m o nm e t h o d so ft h et r i pf o r m a t i o np r e d i c a t i o n o nt h eb a s i so f t h i s ，t h ef u n c t i o n a lr e l a t i o no ft h eu r b a nl a n du s et ot h er e s i d e n t st r i pf o r m a t i o ni s a n a l y z e d ，t h eu r b a nr e s i d e n t st r i pf o r m a t i o np r e d i c a t i o nt h r e a di sp u tf o r w a r di nt e r m s o ft h el a n du s ea n dt h er e s i d e n t st r i pf o r m a t i o np r e d i c a t i o nm o d e li sb u i l tb a s e do n t h el a n du s e ；t h i r d l y , i ta n a l y s e st h ef e a t u r e so f t h ec o m m o n t r i pd i s t r i b u t i o np r e d i c t i o n m e t h o d sa n dp o i n t so u tt h ea p p l i e dc o n d i t i o n st h a ts u i tt od i f f e r e n ts i t u a t i o n s o nt h e b a s i so ft h i s ，n a t u r e ，i n t e n s i t ya n dl a y o u to ft h eu r b a nl a n du s ei s a n a l y z e dt ot h e i n f l u e n c eo f t h eu r b a nr e s i d e n t st r i pd i s t r i b u t i o n ；i nt e r m so f t h el a n du s e ，t h et h r e a d o ft h eu r b a nr e s i d e n t st r i pd i s t r i b u t i o np r e d i c a t i o ni sp u tf o r w a r da n dt h eu r b a n r e s i d e n t st r i pd i s t r i b u t i o np r e d i c a t i o nm o d e li sf o u n d e d ；f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h e d a t ao f t h e s et h r e ep r o j e c t s ，“x i a nu r b a nr e s i d e n t st r i ps u r v e yr e p o r ti n2 0 0 0 ”、“x i a n u r b a nc o m p r e h e n s i v et r a f f i cp l a n n i n g ”a n d “x i a nu r b a ne x p r e s sr a i lt r a f f i cn e t w o r k p l a n n i n g ”，t h ee m p i r i c a la n a l y s i si sc a r r i e do u tt ot h ep r e d i c a t i o nm o d e l so f t h eu r b a n r e s i d e n t st r i pf o r m a t i o na n dd i s t r i b u t i o nb a s e do nt h e1 a n du s e k e y w o r d s ：u r b a nl a n du s e ；u r b a nt r a f f i c ；u r b a nt r a f f i cd e m a n d s ；t r i pf o r m a t i o n ；t r i p d i s t r i b u t i o n ；p r e d i c a t i o n 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 、。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 论文知识产权权属声明 年月日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 篡蓍：锄 导师签名： k 譬 上卅年二月，f j 2 幻口年占月尸曰 第一章绪论 1 1 研究背景 城市交通是社会产业赖以生存发展的基础条件，是城市社会活动、经济活动 的纽带和动脉。自2 0 世纪8 0 年代初开始，我国的城市化进程和经济得到了较快的 发展，与此同时，城市交通发展水平也取得了较大的提高。然而，由于城市交通 的发展不能跟上我国城市化水平和社会经济的发展步伐，许多大中城市的交通问 题也因此变得日益严重。它一方面严重地困扰着城市居民的生活和工作，另一方 面又直接制约着社会经济的发展，城市交通问题已经引起了社会的广泛关注。 城市交通规划作为从根本上解决城市交通问题的有效手段，2 0 世纪8 0 年代后 在我国逐渐被重视起来。个科学合理的交通规划能钐使未来的交通适应社会经 济发展，使交通投资获得最佳效益，因而制定科学合理的、符合我国城市特点及 其发展规律的城市交通规划，对城市交通建设和城市交通综合治理起到决定性的 作用。因此，为了制定一个科学合理的城市交通规划，就必须对城市交通规划的 核心内容之一- - 一城市交通需求进行科学、有效的分析与预测。 为了使城市交通需求的分析科学、合理，首先就需要搞清楚城市交通需求的 产生根源城市土地利用。在此基础上，深入分析城市土地利用与城市交通之 间的互动作用机理，以及土地利用与城市交通需求的作用关系。 与此同时，随着城市交通需求分析技术的不断发展，到目前为止，用于研究 城市交通需求的方法有很多，但是应用最为广泛的还是经典的“四阶段”分析法， 即城市交通需求预测任务分成四个阶段来依次完成：交通出行生成交通出行 分布交通方式分担率交通量分配。 由此可见，分析城市土地利用与城市交通需求的关系就是分析土地利用与交 通需求分析的四个阶段预测之间的关系。从这四个阶段的含义来看，与城市土地 利用有较为密切关系的是城市交通出行生成和出行分布，因为一般来说，不同的 土地利用性质、不同的土地利用强度和不同的土地利用布局，对应着不同的城市 居民出行生成量，也就对应着不同的居民出行分布量；而土地利用基本上与交通 方式划分、交通量分配之间的联系也不太密切。 因此，研究土地利用与交通城市交通需求的关系模型主要就是研究土地利用 与城市交通出行生成、土地利用与城市交通出行分布的定量关系模型。本文的选 题也就是基于上述情形作出的，意在寻求与城市土地利用紧密结合的城市交通出 行生成和出行分布的科学、合理、有效的预测分析方法。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 城市交通出行生成的国内外研究现状 早在2 0 世纪5 0 年代“2 “”1 ，欧美等一些发达国家为了满足大规模城市道路的规 划及其建设需要，开始研究城市交通需求预测技术，直至2 0 世纪7 0 年代形成了“四 阶段”城市交通需求预测技术。该方法在当时欧美一些城市交通规划实践中发挥 了极其重要的作用。所谓“四阶段”预测实质是将城市中需要完成的交通预测任 务分成四个子任务来依次完成，即交通生成预测、o d 分布预测、交通方式划分预 测和路网交通量分配预测。 其中交通出行生成预测是四阶段方法中的第一步，是联系交通与社会经济、 土地利用的连接点，而且其精度直接影响后面三个阶段的精度。主要模型有：增 长系数模型、线性回归模型、交叉分类( 类型分析) 模型。目前，国内外广泛采用 的出行生成预测模型主要有：多元线性回归生成模型和交叉分类生成模型。近几 年，越来越多的交通工程师意识到交通出行生成的重要性，此方面的研究不断涌 现出新的方法和思想，如分割建模工具法、引用出行效用函数等等“。 1 、国外的研究现状“” ( 1 ) 传统的出行生成模型 增长系数模型 自2 0 世纪5 0 年以来，出现过许多种增长系数模型的方法，其中大多数都是按 家庭或交通区来预测出行产生( 吸引) 量。在实际应用中，由于增长系数法过于 粗糙现已很少使用。 回归模型 回归生成模型以交通区的出行生成量为因变量，以交通区的社会、经济变量 ( 如土地面积、人口数、职工人数、学生人数以及各类车辆拥有量等) 为自变量， 试图建立因变量与自变量之间的线性函数关系，然后利用这一关系进行预测。回 归模型的应用前提条件要说明自变量的变化敏感性。当自变量显著变化时，交通 区的出行生成量预测值也应该显著变化，但是在实际的交通现象中常发现一些 “非回归现象”，即回归分析中出现很大截距。因此，回归模型有一定局限性， 它的预测能力比较弱，而且模型具有时间上的稳定性，在预测时假定交通小区的 出行生成与社会经济外生变量之间的关系保持不变。 交叉分类模型 交叉分类方法是由英国人在2 0 世纪6 0 年代根据美国联邦公路管理局( f h a ) 出 行分析方法( f h w a ，1 9 6 7 ) 基础上改进得到，英国人称之为类型分析法，美国人称 之为交叉分类法。它采用了与线性回归模型类似的建模过程，即先建立基于交通 小区的模型，然后得到基于家庭信息的模型。这种方法以估计给定出行目的每户 家庭的出行产生量为基础，建立以家庭属性为变量的函数。其基本假定是出行产 生率在某一时期对某一类家庭来说是相对稳定的。主要问题是需要大量的数据和 需要预测未来每类家庭数量。 ( 2 ) 其它出行生成模型 分割建模工具法啪1 由卡斯( k a s s ) 发展起来的基于标准的分割建模工具一c h a i d ( c h is q u a r e d a u t o m a t i ci n t e r a c t i o nd e t e c t i o n ) 。 分割建模的总目标是将人口分解成相互彻底独立的子群，这些子群依据一定 的标准是不一样的，分割法中关键的一点是变量间相互关系的检测。 c h a i d 考虑因变量总的分布( 不仅仅只针对它的均值和差异) ，而且不仅限于 二向分离的形式。它通过用c h i s q u a r et e s t 方法检验变量独立性，从而评价统 计重要性。c h a i r 方法分两步骤进行： 合并( m e r g i n g ) ：把每一对符合条件的种类合并成一个预测变量x 。，由预测变 量和因变量所产生的两个种类形成一个子表，通过计算c h i s q u a r et e s t ：用来检 验子表的独立性。在那些发现相关性不重要的种类对中，把最相似种类进行合并 ( 例如：具有较小的c h i s q u a r e 值) 。 分离( s p l i t t i n g ) ：具有最小概率p 值的预测变量( 以上所算的) 选为分离的目 标，针对这个预测变量进行分离。假如没有显著p 值的预测变量，那么就不进行 分离。 这两个阶段不断重复直到所有子群都分析为止。 有序响应模型1 针对传统生成模型的缺点，有序响应模型( o r d e r e dr e s p o n s em o d e l ) 提出了 较好的解决方法。有序响应模型是对每一个家庭抽象出行次数的定义，用效用函 数来对其进行描述。模型如下： u 。= + s 。 ( 卜1 ) 式中 u 。一家庭n 出行的总效用： 吒一系统的效用或者是“观测”到的效用： f 。一随机项。 在此，k 可以定义为家庭特征的线性函数： k = 膨。 ( 卜2 ) 卢和x 。分别是一个参数向量和作为自变量的家庭特征向量。随机项矗是效 用函数的一部分，对研究者来说是未知的，它反映了任意不同的家庭和忽略掉的 变量或计量误差所产生的影响。 假设一个家庭能够产生0 ，1 ，2 ，j 次出行，j 是通过数据调查定义的 最大出行量。那么，家庭n 可能将产生j 次出行的公式如下所示： 名= p ( f l x 。十占。 ) 产生。次出行 ( 卜3 ) p o , = p r ( t 犀r 。+ 占。“) j 2 1 ，j 一1 ( 1 4 ) p o , = 1 一p r ( f l x 。+ s 。兄j ) 产生j 次出行 ( 卜5 ) 由于不可能观测到随机项矗的值，通过假设该随机项的分布推导经验模型， 随机项假设服从l o g i t 分布。是一个不可观测到的正的比例系数，因此假设 “= l 。给定这个假设，有序响应模型的主要方程如下： 只。= l 【l + e x p ( f l x 。一 ) 】 ( 卜6 ) c o , = 1 1 + e x p ( f l x 一 ) 一1 1 + e x p ( f l x 一) 】 ( 1 7 ) j = 1 ，2 ，jl p o , = 1 1 ，【l + e x p ( f l x 。一五，) 】 ( 1 8 ) 有序响应模型为出行生成研究提供了可行的方法论，但不应把影响出行选择 看成连续变量，而应看作具有自然顺序的多重影响。 c h a n d r ar b h a t 非集计出行生成模型；r i c h a r dc m y a m 对于公房( p u b i c h o u s e ) 的出行产生进行深入的研究，得出了相应的模型；j l - b o w m a n ， m e b e n a k i v a 从出行者的日程安排来推测出行产生并且得到预测模型；r y u i c h ik i t a m u r a 使用蒙特卡罗方法模拟居民每日出行；a r d e s h i rf a g h r i 的基于 人工神经网络建立的出行生成模型等。 以上模型给交通生成预测研究提供了新的思路和方法。 2 、国内的研究现状。” ( 1 ) 基于居民个体出行行为的出行生成模型 出行生成回归模型和交叉分类出行生成模型都存在有以下两个共同的缺点： 只考虑了出行生成小区的社会经济变量对其出行生成量的影响，而没有 考虑其周边小区的社会经济发展水平对该交通小区出行生成量的影响。 没有考虑交通网络服务水平高低对居民出行生成可能产生的影响。 针对这些不足，同济大学刘安”1 基于居民个体出行行为的解释，引入出行效 用这概念建立一种新的出行生成模型。由于城市各交通小区的居民出行生成量 实质上是小区内众多居民个体出行选择的聚集效应，因此，从聚集水平看，交通 小区的居民出行生成量的大小应与出行效用有关。新的出行生成预测模型如下： g ，= c + 吼x h + i n e x p - ，o u 口+ 屈蜘 ( 1 9 ) k = l j j = 1 式中 g 一居民出行生成量； 一影响j 区出行量的第k 个社会经济变量： “，一从交通小区i 到交通小区j 的平均出行时间； y 。一交通小区j 的第i 个影响居民出行效用的社会经济变量： 屁，届，厦夙，c ，日。，a 。，a 。一待标定的参数。 该模型对影响出行生成预测的社会经济变量、路网服务水平的变化较为敏 感，具有较强的预测能力。此模型在桂林市交通需求预测中得到验证。 ( 2 ) 城市交通分区类别的出行生成模型 出行生成预测的关键工作是要分析交通分区的现状o d 量与该分区的土地使 用强度之间的关系。未来o d 量的预测值就是利用出行生成模型推算的。由于o d 调查所花费的时间、金钱、工作量都较大，在发展中国家实施有一定的困难，为 此建立基于路网流量调查而不是居民出行o d 调查的逆向交通规划预测模式。但是 由于城市交通分区用地性质的复杂性，一般较难在显著相关的条件下，建立一个 能反映所有交通分区现状o d 量与土地使用强度之间相关关系的回归模型。为了改 善出行生成回归模型的相关性，同时也是为了提高逆向交通规划模式的整体实用 性，提出了按交通分区类别建模的思路，即在依据用地性质对交通分区进行分类 的基础上，分别建立各类分区的出行生成回归模型。基于此，易汉文建立了关于 城市交通分区类别的出行生成模型。其模型如下： 0 = f ( x l ，x 2 ，“) ( 卜1 0 ) d = f ( x 1 ，x 2 ，x i ) ( 卜1 1 ) 式中0 ，d 分区出行发生量和吸引量： 五一分区第i 种土地使用强度指标，i = 1 ，2 ，k 。 分区类别出行生成模型不仅反映了交通分区o d 量与土地使用之间的数量关 系，也考虑了交通分区土地使用性质的差异，因而更加符合实际出行规律，具有 较好的实用性。一般经过分类指标的选取、分类指标的标准化、分类等几个步骤， 分类方法可采用聚类分析法、层次分类法和模糊分类法。 这一思路和方法，能有效的改善出行生成回归模型的相关性，从而在一定程 度上提高了出行生成预测结果的可靠性。 1 2 2 城市交通出行分布的国内外研究现状 1 、国外的研究现状“1 从1 9 世纪5 0 年代开始，国内外学者提出了不少有关出行分布的模型和方法。 增长系数法适用于短期预测，其在使用过程中被不断改进，从常增长系数法发展 到福来特法和底特律法已趋近于成熟，目前继续对其进行研究和改进的文献较少 见到。综合法包括重力模型、最大熵模型、介入机会模型和直接需求模型。目前 只有重力模型得到了广泛的应用，并且出现了非常成熟的标定软件，女h t r i p s 、 t r a n s c a d 和v is s i m 。 从c a s e y ( 1 9 5 5 年) 开始使用重力模型以来，它一直是使用最为广泛的分布模 型。重力模型在使用过程中不断地被改进，衍生出各种版本，包括早先的用出行 总数代替总人口数和将距离的平方推广为参数为n 的幂函数，但是各类改进的模 型都没有完全脱离重力模型的形式。最新的对重力模型的改进主要归功于 b l a c k ( 1 9 9 5 年) ，f i s c h e r 和g o p a l ( 1 9 9 4 年，1 9 9 6 年) ，以及o p e n s h a w ( 1 9 9 3 年) 的 工作，他们提出神经网络技术解决复杂的空间分布问题，该模型在预测出行分布 方面有众多的优势，遗憾的是他们提出的模型没有从城市居民出行的“源” 城市土地利用来考虑。 s c h n c i d e r ( 1 9 5 9 年) 将s t o u f f e r ( 1 9 4 0 年) 提出的介入机会模型用于预测交通出 行分布，并将该理论发展到至今。介入机会模型不像重力模型，它没有明确的同 距离相关联，而是同满足出行目的的相对可达性相关。然而，介入机会模型的理 论和实践优点并不比重力模型强，在实际操作中不容易应用。 a gw i l s o n ( 1 9 7 0 年) 利用最大熵原理发展了空间互动模式的模型结构原理。 最大熵原理是种相当灵活的模型推导方法。利用最大熵原理可以推导出重力模 型和介入机会模型，从理论上完成了这三个模型的统一。 w i l l s ( 1 9 8 6 年) 把重力模型和介入机会模型结合起来应用，增强了对现实世界 的描述力，但新模型计算的复杂性使得其应用价值大打折扣。 o k u t a n i ( 1 9 8 7 年) 提出通过自动回归模型来预测出行o d 表的卡尔曼滤波方 法。a s h o k 等( 1 9 9 3 年) 从可获得的历史预测中计算出的o d 流量作为状态变量， 来获取出行模式结构信息。 为配合动态交通分配的实现，k a s h o k ( 2 0 0 0 年) 对动态出行分布进行探索， 建立了基于滤波理论的空间状态方程。 2 、国内的研究现状 国内对交通规划模型的研究热点集中在对动态交通分配方面，在出行分布方 面取得的研究成果较少。 郭冠英( 1 9 9 4 年) 提出在增长系数模型方面引入行列调整法，以简单明了 的形式表达了福来特模型；在重力模型方面，提出了“使出行产生或出行吸引的 理论值与调查值相等是毫无必要的”这一观点，并且给出了一个包含三参数的阻 抗函数公式。 田志立( 1 9 9 6 年) 提出在重力模型中引入出行分布量调整系数，但是其给 出的调整系数计算方法过于简单，以现状的调整系数来调整规划期的交通分布 量，显然还有欠缺完善。 达庆东( 1 9 9 9 年) 研究分析了信息熵原理与交通分布关系，提出以熵原理 作为判断交通特性分布的准则。 1 3 研究目的与研究意义 1 3 ，1 研究目的 本文的研究目的是在分析城市土地利用与城市交通的互动影响关系的前提 下，从城市土地利用对城市交通需求的作用关系这个角度出发，提出了基于土地 利用的城市居民出行生成预测方法的思路和出行分布预测方法的思路，并对应地 分别建立了基于土地利用的城市居民出行生成预测模型和基于土地利用的城市 居民出行分布预测模型。 1 3 2 研究意义 论文的研究目的中提到了要提出基于土地利用的城市居民出行生成预测与 出行分布预测两种方法的思路，这两类思路以及对应的预测模型的建立对城市交 通需求分析来说都将会具有非常重要的研究意义。 长期以来，传统的交通生成预测比较注重各种出行量与其影响因素之间的关 系。正因如此，所以它存在一个较大的弊端：预测过程过于复杂。传统方法中， 通过土地利用得到各个交通小区的相关因素的定量指标，这就必然要求在具体的 城市交通规划中投入大量的人力、资金等去采集大量与其相关的数据，包括小区 人1 3 数、劳动力资源数、学生数、就业就学岗位数等。这样一来，除了浪费大量 的资源以外，在由各小区的土地利用量化相关因素过程中，很难保证其精度，由 此建立的出行生成与相关因素值的预测模型就更难保证模型的准确性了。正是由 于传统的交通生成预测模型存在这些弊端，所以笔者从城市土地利用的角度提出 了居民出行生成预测方法的思路，并建立了基于土地利用的居民出行生成预测模 型。这类模型简化了传统的交通发生预测方法通过城市土地利用来预测各交通小 区的人口分布、劳动力分布、就业岗位分布等过程，直接建立土地利用与交通发 生量之间的关系，简化了运算过程，特别是对于城市土地利用规划与城市交通规 划同时进行的城市，可以利用两者的共享数据库，减少大规模交通调查所需耗费 的人力、物力和财力。 就城市交通出行分布来说，研究方法也有很多，大致有两大类：增长系数模 型和综合分布模型。这些分布预测模型有其自身的优点，但由于存在着一定的局 限性而有一定的适用范围。就目前来说，这些分布预测模型中，应用最为广泛的 就是重力分布模型。重力模型虽然考虑交通出行的起、终点所在交通小区的特性 以及交通网络的变化因素，但是它的出发点并不是从城市交通需求的根源城市 土地利用的角度出发的，而且当交通出行的距离较小时，重力模型所预测的分布 结果将会与实际情况有较大的误差。基于这些原因，笔者也从城市土地利用的角 度提出了居民出行分布预测方法的思路，并建立了基于土地利用的居民出行分布 预测模型。这类模型是从城市土地利用的角度出发而建立的，其实质反映的是城 市土地利用与城市居民出行分布之问的关系。同经典的重力分布模型相比，它最 大的优点是：避免了当交通小区之间的间距很小甚至为零时，预测结果与实际情 况出现较大的偏差这种情况，解决了区内出行预测的问题。基于土地利用的城市 居民出行分布预测模型的建立，不仅丰富了交通出行分布预测方法的内容，而且 使得城市土地利用规划与城市交通规划能更好的紧密结合起来，为土地利用与城 市交通一体规划奠定了良好的基础。 1 4 研究内容与研究方法 1 4 1 研究内容 本文研究的主线是：首先，从宏观上分析城市土地利用与城市交通的互动作 用机理，明晰了城市土地利用与城市交通需求的作用关系，得到结论城市土地利 用是城市交通需求的根源；其次，在分析土地利用与城市交通需求的作用关系的 基础上，分别分析并建立土地利用与城市交通出行生成、土地利用与城市交通出 行分布的数量关系，用于城市交通规划的出行生成与出行分布的预测研究；再次， 将所建立的土地利用与城市交通需求的数量关系模型应用于实际，验证模型的可 靠性、合理性和实用性。 基于上述的主线，可以得到论文的研究结构框架如图卜1 所示。 图卜1 论文研究结构框架 根据论文的研究结构框架，论文总共分为六章，主要研究内容如下： 第一章：绪论。本章提出了论文的研究背景，介绍了国内外对城市土地利用 与城市交通以及城市交通需求研究的进展，指出本文研究的目的，以及本文的主 要研究内容及研究方法。 第二章：城市土地利用与城市交通的相互作用机理。本章介绍了城市土地利 用的一些基本理论，分析了城市土地利用与城市交通的相互关系、土地利用模式 与城市交通模式的相互关系以及土地利用规划与城市交通规划的相互关系，此外 还分析了城市土地利用与城市交通的相互影响因素。 第三章：基于土地利用的城市居民出行生成研究。本章分析了城市居民出行 发生、吸引的主要影响因素，常用的几种出行生成预测方法的优缺点以及各自的 适用范围，在分析传统的交通出行生成预测方法的思路及其弊端的基础上，提出 了基于土地利用的城市居民出行生成预测方法的思路，并建立相应的预测模型。 第四章：基于土地利用的城市居民出行分布研究。本章分析了传统的城市交 通出行分布预测方法的优缺点以及各自的适用范围，城市土地利用( 性质、强度 和布局) 与居民出行分布的关系，在此基础上提出了基于土地利用的居民出行分 布预测方法的思路，并建立了相应的预测模型。 第五章：实证分析。基于西安市2 0 0 0 年的城市居民出行调查资料，将所建立 的基于土地利用的居民出行生成、出行分布预测模型应用于西安市的交通需求分 析，验证预测模型的可靠性、合理性以及实用性。 第六章：结论。阐述本文所取得的主要研究成果以及有待于进一步完善的研 究内容。 1 4 2 研究方法 本文采用了定性分析与定量分析、理论分析与实证分析相结合的方法。定性 分析就是指从城市土地利用与城市交通的相互作用机理中研究其本质的联系，寻 找规律性的方法；定量分析就是指基于土地利用与城市交通的互动作用机理，建 立土地利用与城市交通需求之间的数量关系，包括土地利用与城市交通出行生 成、土地利用与城市交通出行分布之间的数量关系。理论分析就是指对城市土地 利用与城市交通、城市土地利用与城市交通需求的相互关系进行理论性研究；实 证分析就是将建立的土地利用与城市居民出行生成、土地利用与城市居民出行分 布的数量关系模型应用于典型的城市交通需求分析中，并结合理论进行分析，对 所建立的数学关系模型进行验证与修正，从而使模型的预测结果能够更准确地反 映客观实际情况。 第二章城市土地利用与城市交通的相互作用机理 2 1 城市土地利用研究 2 1 1 城市土地利用及其特点 1 、城市土地利用的概念 城市土地利用。1 就是指城市的土地进行不同层次及功能的配置。城市土地利 用是一个综合的概念，涉及到构成城市的一切要素，土地的用途、开发的强度、 居住人数、人1 3 密度、住宅与工作岗位数、汽车拥有量、货物流通量都应包括在 内。城市土地利用要求与城市产业发展变化进程，居民生活素质提高进程，以及 现代化、社会化进程相适应。从其表象而言，城市土地利用包括：城市土地利用 的规模、城市土地利用的空间形态及城市土地利用的结构与比例三个方面。 城市土地利用规模：即城市用地的数量特征，是土地在城乡之间配置的结果， 这种配置决定一个国家或一个地区有多少土地用于城市发展与建设，是城乡关系 在土地上的反映和要求。 城市土地利用的空间形态：对应于土地在城市之间的配置，它表现在城市用 地在空间分布上的几何特征。在城市用地总量既定的情况下，土地如何在各种等 级、各种类型和各个地区之间进行合理的配置，关系到区域内城市土地总的利用 效率，使有限的土地尽可能满足利用效率高的城市。这实质上是区域内城市结构、 城市类型在土地上的空间投影。 城市土地利用的结构与比例：对应于土地在城市内的配置。土地作为国民经 济各部门重要的物质条件，同劳动力、资本、技术等其它要素的不同结合构成工 业用地、商业用地、仓储用地、居住用地等不同的土地利用类型。土地利用结构 从静态方面反映一定时期内同一总体内部分所含的比重，表示在一个总体内部多 元的比例关系。它既要指明该用地结构是由哪些用地类型组成，又要阐述这些用 地类型是按怎样的方式组合在一起。土地利用的比例则是从动态方面反映不同时 期内同总体中各个部分动态变化的相互关系。 2 、城市土地利用的特点“1 城市土地利用具有较强的固定性。相对而言，土地利用的性质较难改变， 土地利用的强度较易改变。城市土地利用由于依附于其上的建筑、设施具有相当 长久的使用期限，在其发挥作用的过程中，不断与外界相互作用，形成了一定的 社会、经济关系和网络，要改变则相当困难。除非城市土地利用区位关系作较大 的调整，整个关系和网络解体。例如旧城改造工作就是项综合、复杂、费时费 钱的艰巨任务。 城市土地利用的性质随着土地使用的时间的增长而由单一向多元使用转 化。城市中任何活动在随时间的发展变化中总是从简单向复杂发展。针对这些活 动的变换，原先的土地需要承担几项或者更多的、相对独立的、各具特色的活动， 土地使用的性质由单一向多元发展。 城市土地利用强度从较低逐步向更高发展。利用强度越低，土地利用的 易变度就越高。随着城市的发展，城市人口不断增加，城市活动的密度也在不断 提高。城市活动的分化，城市活动的单元不断增大，而城市土地的增加极为有限。 因此，单位面积上所需承担的活动数量不断增长，土地使用的强度也就在不断地 提高。任何土地开发都是首先选择使用强度较低的土地，以期获得最大效益。 由于某地块周围土地利用性质和强度的改变，也会产生该土地利用性质 和使用强度转变的要求，这是由城市土地使用的区位特点所决定的。对于某地块 而言，随着城市发展和建设的需要，周围的土地在土地使用性质和强度上发生变 化，对其本身则在位置特征、可达性和周围土地使用的互补关系等方面发生新的 要求，随着这种要求的不断加强，便会引起必要的区位竞争，从而导致该土地使 用的转化。例如某地区交通和市政设施的建设带动周围地区的迅猛发展，市中心 商业区的改造和完善能促进其它服务设施的配套与完善程度，从而提高整个市中 心的商业服务水平，改变周围地块的区位特征。 2 1 2 城市用地的分类 城市作为一个政治、经济、文化、生活居住等多功能综合体，其用地构成复 杂、种类繁多。按照国际城市用地分类与规划建设用地标准规定，城市用地 按照所担负的城市功能划分为1 0 大类( 即生活居住用地、工业用地、对外交通 运输用地、仓储用地、市政公共设施用地、公共建筑用地、绿化用地道路广场用 地、特殊用地、其它用地) 、4 6 中类和7 3 小类。1 。表2 1 为城市用地分类表。在 这些用地分类中有的产生交通需求，而有的则几乎不或很少产生交通需求。本文 研究的以产生交通需求的土地利用类型为主。 不同性质规模的城市中，用地组成的内容和比重有所不同。在我国，一般城 市总用地为8 0 1 0 0 平方米人，一般工业占总用地2 5 3 0 ，仓储和交通运输分 布占5 - 1 0 左右，城市生活居住用地占2 0 左右，公共建筑、公共绿地、道路 广场等分别占l o 左右，参见表22 。 表2 1 城市用地分类表 代码用地名称内容说明 住宅用地、公共服务设施用 指居住小区、居住街坊、居住组团、和单位 r居住用地 生活区等各种类型的成片或零星的用地 地、道路用地、绿地 分有一、二、三、四类居住用地 行政办公用地、商业金融业用 公共设施 地、文化娱乐用地、体育用地、 指居住区及居住区级以上的行政、经济、文 c医疗卫生用地、教育科研设计 化教育、卫生、体育以及科研设计等机构和 用地设施用地，不包括居住用地中的公共服务设 用地、文物古迹用地、其他公 共设旅用地 施用地 指工矿企业的生产车间、库房及其附属设施 一类工业用地、二类工业用等用地，包括专用的铁路、码头和道路等用 m 工业用地 地、三类工业用地地不包括露天矿用地，该用地应归入水域 和其它用地类 普通仓库用地、危险品仓库用指仓库企业的库房、堆场和包装加工车问及 w仓储用地 地、堆场用地其附属设旌等用地 对外交通铁路用地、公路用地、管道运指铁路、公路、管道运输、港口和机场等城 t 用地输用地、港口用地、机场用地市对外交通运输及其附属设施等用地 道路广场道路用地、广场用地、社会停指市级、区级、和居住区级的道路、广场和 s 用地车场库用地停车场等用地 供应设施用地、交通设施用 市政公用 地、邮电设施用地、环境卫生指市级、区级、和居住区级的市政公用设施 u设施用地、施工与维修设施用用地，包括建筑物、构筑物及管道维修设施 设施用地 地、殡葬设施用地、其他市政等用地 公用设施用地 指市级、区级、和居住区级的公共绿地及生 g绿地公共绿地、生产防护绿地 产防护绿地，不包括专用绿地、园地和林地 军事用地、外事用地、保安用 d 特殊用地 指特殊性质的用地 地 水域和其它用水域、耕地、园地、林地、牧 e指除以上九大类城市建设用地之外的用地 地草地、村镇建设用地 资料来源：城市用地分类与规划建设甩地标准g b j1 3 7 9 0 表2 2 我国城市用地状况比较( 1 9 8 5 年) 项目 城市城市建设用地 人口 用地总计生活居住 工业仓库 对外 其它 ( 万 交通 城市类别人) k m 2 m 2 人 k m 2m 2 人 k m 2 k m k m 2 全国城市 1 1 8 2 5 8 5 7 8 6 7 2 53 4 9 6 02 9 52 3 0 265 3 755 7 2 3 1 6 0 7 2 一般城市 7 1 8 55 9 6 0 8 8 3 o 2 4 4 7 0 3 4 o 1 6 4 96 3 9 7 7 4 1 4 31 0 5 2 0 万 2 0 02 9 2 91 5 2 9 55 2 26 3 6 82 1 73 5 228 639 2 43 6 1 8 2 1 3 城市用地形态 l 、城市用地形态的概念 城市用地形态证8 1 可以从广义和狭义两方面理解。狭义的理解应该是一个地理 学的概念，主要是形状和数量问题，即由地形地貌和面积构成。本文所指的城市 用地形态则是广义的概念，即综合的概念，除了形状和数量的问题外，也包括