（系统工程专业论文）高速公路交通量预测模型与系统技术实现研究.pdf

摘要 伴随着我国高速公路建设项目数量的增多 项目建成前的准备工作与各 项技术环节的研究工作显得更加重要 作为高速公路建设和运营的核心问 题之一的高速公路交通量预测 也需要进一步探讨和研究 从近年来我国 已完成高速公路项目后评价结果来看 工程可行性研究中交通量的预测值 与实际值的误差一般在3 0 左右 预测普遍存在可信度低 误差大的问题 造成这一问题的原因有很多 其中很重要的一点是原有研究忽视了对预测 中模型的合理选择与组合进行研究 预测随意性太强 另外当前我国高速 公路交通量预测也存在技术手段支持不足的缺陷 因此 论文提出从模型 选择和系统支持角度 对改进高速公路交通量预测精度的方法进行研究 论文从交通量预测研究和后评价的角度 对当前我国高速公路交通量预 测存在的问题进行了分析 针对模型选择研究不足的缺陷 论文对国内外 普遍采用的交通量预测模型进行归纳 比较了它们的优缺点 适用范围 进一步 论文还针对两类不同的高速公路项目 新建项目 改扩建项目 交通量预测的特点 提出了各自的预测路线 在一定程度上保证了四阶段 模型能在高速公路交通量预测中合理运用 论文还从模型选择角度出发 针对高速公路分阶段预测的特点 探讨了 四阶段预测过程中各阶段模型的误差传递关系 指出确实存在由于不恰当 的选择模型 导致误差在传递过程中被过分放大 针对这一问题 论文从 定量和定性的角度研究了各阶段不同模型对误差的传递情况 给出了考虑 误差传递因素时各阶段较优的模型选择策略 同时 论文还对提到的模型 选择策略进行了简单的案例分析 分析结果表明 论文提到的模型选择策 略具有实用性和可操作性 论文针对当前我国高速公路交通量预测技术支持手段不足的缺陷 还对 高速公路交通量预测系统的总体结构框架和技术实现方案进行探讨并予以 实现 它集成了高速公路交通量预测的四阶段模型和前面的模型选择策略 具有良好的扩展性 能较好的支持预测工作者对高速公路交通量的预测 关键字 高速公路 交通量预测 模型选择 误差传递 系统 i 束翌悸 等 导师间愈 当i 垒文公布 a b s t r a c t w i t hm o r ea n dm o r ee x p r e s s w a y so nb u i l ti no u rc o u n t r y t h er e s e a r c ho n t h ep r e p a r a t i o nf o rt h ec o n s t r u c t i o ns h o u l db ep a i dm o r ea t t e n t i o nt o t r a f f i c p r e d i c t i o n o n e o ft h e k e yp r o b l e m s o ft h e e x p r e s s w a y s c o n s t r u c t i o na n d o p e r a t i o n i sn e e d e dt os t u d yd e e p l y f r o mt h er e s u l t so fp o s t e v a l u a t i o no n t h e e x p r e s s w a y so ft h e s ey e a r s t h e e r r o rb e t w e e nt h ep r e d i c t i o ni nt h ef e a s i b i l i t y s t u d y a n dt h er e a lv a l u e si sa b o u t3 0 p e r c e n tc o m m o n l y g e n e r a l l y t h e p r e d i c t i o no f t h et r a f f i ci nt h ee x p r e s s w a y si su n r e l i a b l ea n dw i t hag r e a te r r o r t h e r ea r em a n yr e a s o n sf o rt h i s p r o b l e m o n ei m p o r t a n t i st h a tt h ep r e v i o u s r e s e a r c h e se m p h a s i z e dp a r t i c u l a r l yo nt h em o d e l i m p r o v e m e n t a n dc o n s t r u c t i o n i g n o r e d t h e p r o p e r s e l e c t i o na n dc o m b i n a t i o no fm o d e l si nt h ec o u r s eo f p r e d i c t i n g w h i c h h a sl e dt oa r a n d o m s u b j e c t i v ep r e d i c t i o n m o r e o v e lt h e r ea r e n o te n o u 出s u p p o r tt o o l sf o rt h ee x p r e s s w a y st r a f f i cp r e d i c t i o ni no u rc o u n t r y t o s o l v i n gt h e s ep r o b l e m s as t u d yo f m o d e ls e l e c t i o na n d s u p p o r t i v es y s t e mf o r i m p r o v i n gt h ep r e c i s i o no ft h ee x p r e s s w a y st r a f f i cp r e d i c t i o ni no u rc o u n t r yi s p r e s e n t e d i nt h i sa r t i c l e f i r s t l y s o m ea n a l y s i s o nt h e p r o b l e m s o ft r a f f i c p r e d i c t i o n o fo u r e x p r e s s w a yi sp r e s e n tf r o mt h ep o i n to f v i e wo ft r a f f i cp r e d i c t i o nr e s e a r c ha n d p o s t e v a l u a t i o ni n t h i s a r t i c l e t o d e e p l ys t u d ym o d e ls e l e c t i o n t h ep r e d i c t m o d e l so ft h ef o u r s t a g ep r e d i c tm e t h o d g e n e r a l l yu s e di nt h ew o r l d t h ei n d u c e d t r a f f i ca n dt r a n s f e rt r a f f i ca r es u m m e du p a n dt h e i rm e r i t sa n d d e f e c t s a p p l i c a t i o ns c o p e sa r ed i s c u s s e d a f t e rt h e s ed i s c u s s i o n s t w op r e d i c tr o u t i n e st o t w od i f f e r e n te x p r e s s w a yi t e m s n e w i t e m i m p r o v i n gi t e m a l ep r e s e n t e di nt h i s i i a r t i c l e w h i c hm a k e ss u r et h a tt h ef o u r s t a g em e t h o d c a n b ea p p l i e dp r o p e r l yi n t h ec o u r s eo f p r e d i c t i o ni ns o m e c a s e a f t e r s u m m a r i z i n g t h e f o u r s t a g e m e t h o do ft h e e x p r e s s w a y t r a f f i c p r e d i c t i o n a c c o r d i n g t ot h et r a i to f t h eg r a d i n gp r e d i c t i o ni nt r a f f i cp r e d i c t i o n t h i sa r t i c l eh a sd i s c u s s e dt h er e l a t i o n s h i po fe r r o rt r a n s f e ra m o n gd i f f e r e n ts t a g e s f r o mt h ep o i n to fv i e wo fm o d e ls e l e c t i o n a f t e rt h ed i s c u s s i o n w ec a l lc o n c l u d e t h a tt h e p r o b l e m t h ee r r o rm a g n i f i e dt o af a u l t d u r i n gt h et r a n s f e rd u et o i m p r o p e rs e l e c t i n gm o d e l d o e se x i s t s t od e a lw i t h t h ep r o b l e m q u a l i t a t i v ea n d q u a n t i t a t i v ea n a l y s i so n t h ee r r o rt r a n s f e r r e dl e db ys e l e c t i n gd i f f e r e n tm o d e l so f d i f f e r e n ts t a g e sa r ec a r r i e do u t a tl a s t t h ef i n e rm o d e l so fd i f f e r e n ts t e p sa r e b r o u g h tf o r w a r d m o r e o v e las i m p l e c a s es t u d yi sc a r r i e do nt oa p p l yt h et a c t i c s o fm o d e ls e l e c t i o n g o t f r o mt h i s a r t i c l e w h i c hs h o w st h a tt h et a c t i c sa r e a p p l i c a b l e t oe v e rm o r e g u a r a n t e e t h e m a n e u v e r a b i l i t y o ft r a f f i c p r e d i c t i o n a n d i m p r o v e t h et o o l sf o rp r e d i c t i n gt r a f f i cv o l u m e ac o m p u t e ra s s i s t a n ts y s t e mf o r p r e d i c t i n gt h ee x p r e s s w a yt r a f f i cb a s e do nt h er e s e a r c ho fm o d e ls e l e c t i o ni s p r e s e n t e da tl a s ti nt h i sa r t i c l e w h i c hh a si n t e g r a t e dt h ef o u r s t a g em o d e lo f t r a f f i cp r e d i c t i o n a n di sa b l et os u p p o r tt h ep r e d i c t i o nt ot h et r a f f i cw i t hab o a r d e x t e n s i o n k e yw o r d s e x p r e s s w a y t r a f f i cp r e d i c t i o n m o d e ls e l e c t i o n e r r o rt r a n s f e r s y s t e m h i 1 1 论题的提出 第一章绪论 1 1 1 选题背景 改革开放以来 我国国民经济的高速发展 经济运行机制的重大转换 急剧增加了对公路交通运输的需求 公路客 货运输量保持持续稳定的增 长 2 0 0 2 年 我国全社会完成公路客运量1 4 7 5 亿人 旅客周转量7 8 0 5 8 亿人公里 分别比上年增长5 1 和8 3 货运方面 全社会完成公路货运 量1 1 1 6 亿吨 货物周转量6 7 8 2 5 亿吨公里 分别比上年增长5 7 和7 1 公路客运量 旅客周转量在综合运输体系中所占比重分别为9 1 8 和5 5 3 公路货运量 货物周转量在综合运输体系中所占比重分别为7 5 3 和1 3 4 2 0 0 2 年全国公路客运平均运距为5 2 9 公里 比上年增加1 6 公里 货运平 均运距为6 0 8 公里 比上年增加o 8 公里 与此同时 公路运输量和周转量的稳定增长也促使着我国公路网规划建 设事业蓬勃的发展 目前 我国已基本形成以高速公路 国道主干线及国 道为主骨架 以省道为区域性骨架 以县 乡道路为基础的四通八达的公 路网络 另外 高速公路因其具有快速 安全 通过能力大的显著特点 作为客货流疏散的重要手段 越来越受到国家以及各级政府的重视 高速 公路通车里程不断增长 截至到2 0 0 2 年年底 我国高速公路通车里程已达 到25 万公里 居世界第二位 但同时 与快速健康发展的国民经济 持续 增长的公路运输需求相比 我国公路运能仍显不足 另外 产业结构的变 化和高新技术产业的快速发展 在减少经济发展对自然资源依赖的同时 也对交通运输设施提出了更高的服务要求 因此可以预计未来几年 我国 高速公路建设事业仍将大力发展 伴随着高速公路建设项目数量的增多 项目建成前的准备工作与各项技 术环节的研究工作显得格外重要 因为 高速公路建设本质上是一项巨大 的经济活动 需要大量的资金投入 而不合理的建设管理 要么导致资余 浪费 要么无法满足公路运输的未来需求 最终都会给国家带来巨大的经 高速公路交通量预测模型r j 系统技术实现研究 济损失 而造成这一巨大损失的一个重要原因是未能准确预测道路的未来 交通量 事实上 交通量预测分析贯穿于高速公路建设 运营管理的整个 过程 是高速公路建设 运营管理的核心问题之一 它的准确预测是进行 交通状况评价 综合分析建设项目必要性和可行性的前提和基础 是确定 公路建设项目的技术等级 工程规模以及经济评价的主要依据 也是可行 性研究的关键部分 同时它还是高速公路运营决策分析的基础 因此 有 必要对改进高速公路交通量预测精度的方法进行研究 1 1 2 当前我国高速公路交通量预测存在的问题 我国高速公路交通量预测始于上世纪的8 0 年代 当时高速公路还是一 个新生事物 各种高速公路交通量预测方法还很不成熟 经过十多年的发 展 我国高速公路交通量预测研究正逐渐走向成熟 当前 对于它的预测 一般采用国外比较成熟的四阶段模型 另外 随着交通规划理论研究的深 入 信息技术以及优化理论的发展 些先进的计算机手段 人工智能方 法也在逐渐引入到高速公路交通量预测中 尽管如此 对于高速公路交通 量预测问题 我国普遍存在预测不准确的现象 而且大多表现为预测值高 于实际值 预测过于乐观 以京津塘高速公路为例 项目工程可行性研究 阶段与后评价阶段对全线平均交通量的预测值比较接近 但在各路段交通 量的分布上 可行性阶段预测结果与实际值相差甚远 最大的差距达到 8 0 2 1 另外 从近年来我国已完成的九条具有代表性的高速公路项目后评 价结果来看 工程可行性研究中交通量预测值与实际值的误差一般都在 3 0 2 三右 造成高速公路交通量预测精度不高的原因有很多 具体可以归纳为 l 作为高速公路交通量预测应用的指导的预测研究存在不足 表现为 原有研究集中于构造模型 忽视针对特定问题的模型选择研究 另外 在 预测过程中 原有研究忽视了高速公路交通量预测是一个完整的过程 点 的 局部的最优并不等于整个过程的最优 因此需要根据问题的不同 从 整体角度对现有模型进行恰当选择组合 然后进行预测 还有 原有研究 缺乏对现有模型预测的有效性 针对性进行系统探讨 没有建立起一套完 整 有效的面向各类问题的预测体系 2 在应用中 表现为预测没有遵循一个统一的流程 各阶段预测模型 第一章绪论 的选择随意性强 没有统一 可界定的标准 没有有效考虑不同区域预测 客货运量预测等的差别 还有 缺乏对诱增交通量 转移交通量选择恰当 的模型进行预测 3 在系统方面 当前的系统着重侧重于城市交通规划 针对高速公路 交通量预测的支持系统还很少 存在预测技术支持手段不足的缺陷 4 在实践中 存在为了立项 或者为了论证主管部门拟定的方案可行 而不遵循科学的预测步骤的缺陷 以致运用不十分切合实际的数据和方法 进行交通量预测分析 最终导致预测失效 因此 为了克服以上不足 保证高速公路交通量预测的精度 在系统工 程方法 交通规划理论 误差传递理论以及模型选择理论的支撑下 论文 提出从模型选择的角度出发 探讨改进高速公路交通量预测精度的方法 同时为了给高速公路运营 研究人员 提供一个简单 实用的支持工具 弥补高速公路交通量预测技术支持手段不足的缺陷 在模型选择探讨的基 础上 结合软件工程方法 论文还研究了高速公路交通量预测系统的总体 结构框架和技术实现方案 并予以实现 1 1 3 论题研究的意义 论题的研究对高速公路的建设 运营有重要的意义 具体可以归纳为 1 高速公路交通量预测是高速公路建设项目必要性 可行性研究以及 路网交通工程规划的前提和基础 交通量的大小是确定公路建设项目的技 术等级 工程设施规模的主要依据 是高速公路项目经济评价的重要指标 对改进高速公路交通量预测精度的方法进行研究 对高速公路的建设 运 营都有重要的指导意义 2 造成交通量预测的不准确的原因有很多 其中之一就是没有根据问 题恰当的选择预测模型 预测随意性 主观性太强 从模型选择的角度出 发 对各模型的预测有效性 各模型组合起来预测的有效性进行分析 提 出更合理的预测体系 并直接应用于预测实践 可以规范预测流程 从而 能对高速公路交通量预测问题有良好的针对性 实用性和可操作性 3 从模型选择的角度出发 对各预测模型进行归纳总结 可以充分挖 掘这些模型的潜力 对它们的合理组合 并应用于预测 可以获得i 1 2 的良好效果 高速公路交通量预测模型 i 系统投术实现研究 4 交通量预测问题本质上是一个非常复杂的问题 交通出行的产生 不仅仅取决于研究道路出行条件的改善 更取决于其影响范围的土地使用 的变化以及路网的改变 不同模型在对预测问题的描述各有不同 因此为 了获得较准确的预测值 必须选择一个能描述问题的模型 因此 论文对 模型选择的探讨具有重要的意义 5 近2 0 年来国际上对交通规划理论的研究发展迅速 交通量预测分析 作为交通规划的重要内容 也引入了许多新的思想和方法 因此有必要吸 收国内外新的研究成果 从多个角度出发 对改进高速公路交通量预测精 度的方法进行研究 6 当前高速公路的发展对交通量预测提出了新的要求 预测不仅仅为 了支持高速公路的建设 也支持高速公路的运营管理 预测贯穿于高速公 路整个生命周期 服务于整个高速公路产业 具体来说 预测体现两方面 的特点 是预测的动态性 即使用一定的预测方法对高速公路交通量进 行预测 支持高速公路决策 高速公路运营一段时间后 得到新的数据 借助这些新的数据 改进预测方法 然后进入新的一轮预测 二是预测的 局部有效性 不同的区域 客运与货运的差别使得指望拥有一个适应不同 条件的预测方法是不现实的 一定的预测方法只在 定的区域范围有效 从模型选择角度出发 论文提出的实用的预测体系和模型选择规则 可以 使交通量预测更具有操作性 而建立的预测支持系统可以为预测提供良好 的预测工具 从而满足动态预测 滚动预测的需要 1 2 关于高速公路交通量预测的基本内容 高速公路交通量的内涵非常丰富 按照我国的概念体系 它有两大层次 总运量和客货流 总运量是指全国 一个省 一个地区或一个城市的运出 或运入总量 是从宏观角度把握一个地区的输入输出特征 体现了该地区 运输需求的总水平 客货流是总运量的进一步细化 是总运量在各地区之 间 各运输方式之间或各运输线路之间的分配 是一种微观意义上的运量f 另外 高速公路交通量直观的反映了未来对高速公路的交通需求 因此对 高速公路交通量的预测一般指对高速公路交通需求的预测 它既包括对总 4 第一章绪论 量的预测 也包括对客货流的预测 另一方面 从组成来看 高速公路交通工程远景交通量主要由三部分 构成f 4 1 正常交通量 或趋势交通量 指现有交通量按其固有发展规律 自 然增长的交通量 包括现有交通量和 f 常增长交通量两部分 2 转移交通量 指拟建交通项目建成后 从其他交通工程线路及由于 竞争关系而从其他交通方式转移过来的交通量 3 诱增交通量 由于新路改善了项目影响区的交通环境 诱发了原来 潜在的交通量 使得原先想出行却因交通条件制约而未能成行的交通出行 现在得以实现 对一个改建高速公路项目来说 其远景交通量可能包括了全部三种基本 交通量 但对于一条新建高速公路来说 却最多包括两种基本交通量 即 转移交通量和诱增交通量 1 3 论文主要研究内容 论文第二章着重对国内外高速公路交通量四阶段预测方法进行综述 对 各阶段预测方法的优缺点 适用范围进行了归纳 并针对两类不同的高速 公路项目 新建项目 改扩建项目 的交通量预测 提出了相应的预测路 线 研究为规范预测流程以及预测过程中的模型选择提供依据 论文第三章从模型选择出发 探讨了采用四阶段法进行交通量预测时 不同阶段预测方法对误差传递的影响 指出为了避免预测误差被过分放大 每 阶段应该选择恰当的预测模型 论文给出了各阶段中考虑误差传递因 素时较优的模型选择策略 在最后 论文还对提到的模型选择策略进行了 简单的案例分析 验证了提出的模型选择策略的实用性 论文第四章结合模型选择策略研究成果 探讨了高速公路交通量预测计 算机辅助系统的总体结构框架和技术实现方案 论文第五章为总结与展望 指出论文完成的工作及下一步需探讨的问 颢 高速公路交通量预测模型 j 系统技术实现研究 1 4 论文主要创新点 和以往对高速公路交通量预测问题研究相比 论文在如下四方面进行了 一些创新 1 论文选择了一个比较新的角度研究改善高速公路交通量预测精度的 方法 论文从模型选择角度出发 克服了以往只注重从模型改进角度研究 该问题的缺陷 2 针对高速公路交通量预测分阶段的特点 采用定性和定量方法 探 讨了各阶段间不同模型对误差传递的影响 指出确实存在由于不恰当的选 择模型 而导致误差在传递过程中被过分放大的情况 为避免误差在各阶 段预测中被过分放大 论文给出了各阶段中考虑误差传递因素时的较优的 模型选择策略 3 论文针对两类不同的高速公路项目 新建项目 改扩建项目 交通 量预测问题 从综合运输 公路运输角度出发 提出了各自的预测路线 4 针对目前我国公路规划建设项目实际应用中 有关高速公路交通量 预测技术支持手段的不足 在吸收借鉴国内外预测支持系统实施经验的基 础上 结合软件工程思想 研究设计了一个高速公路交通量预测计算机辅 助系统的总体结构框架和技术实现方案 第二章高速公路交通量预测研究与应用综述 2 1 高速公路交通量预测研究综述 预测是指对未来或未知的事件的预计和推测 高速公路交通量预测就是 指对未来时期所研究的高速公路的路段交通量进行预计和推断 它着重指 对高速公路远景交通量 一般不少于2 0 年 的预计和推断 它是高速公路 工程可行性研究报告的一项重要内容 是工程建设规模 效益分析的重要 依据 当前对高速公路交通量预测的研究主要集中在如下四个方面 1 对现有的交通量预测模型进行改进或构造新的预测模型 其思路主 要是将一些人工智能研究方法或模型引入到交通量预测中 这在交通量短 期预测中尤为明显 如裴玉龙等人的 城市道路网节点短时段交通量预测 模型研究 应用神经网络的b p 学习算法及进行误差校正的s p d s 算法 建立了基于b p 网络的城市道路网节点短时段交通量预测模型 对1 5 分钟 f 司隔的有关路段交通量进行预测 预测结果表明模型在较短时间内具有较 高的预测精度1 5 j 又如张琛等人的 高速公路车流量预测方法的研究 它 比较了多种模型对高速公路日车流量的预测的适应性 研究表明e l n a m 神经网络模型预测效果较好 6 还有刘洁等人的 基于遗传 神经网络的交 通量预测 将人工智能中的遗传算法和人工神经网络有机结合 应用于河 北省交通量预测 研究结果表明该模型预测精度较高 遗传一神经网络预测 模型可以作为交通量预测的一种有效手段 也有人将遗传算法单独应用于 交通量预测 如瞿尔仁等人的 遗传算法在公路综合客运量预测中的应用 它将遗传算法应用于预测模型参数的辨识 获得了较线性最 1 乘参数估 计方法更优的估计 预测模型的精度相应的得到提高 8 另外 也有人将最 近才提出小样本统计估计理论 支持向量机 s v m 引入到交通量预测 如丁爱玲的 基于统计学习理论的交通流量时间序列预测 9 1 等 这些研 究表明 智能模型在交通量预测中具有预测精度较高的优势 并且模型具 有一定的学习能力 使得模型的扩展性较好 但目前这方面研究也存在一 些不足 如这些模型的建立普遍需要大量的数据作为支持 同时这些预测 主要集中在对总量的预测 对客货流的预测较少 高速公路交通量预测模型与系统挫术实现研究 2 应用现有的预测模型对具体的交通量预测问题进行预测 根据调查 资料和工程项目的性质选用不同的预测方法 国外已提出的各种预测方法 多达1 5 0 种一2 0 0 种 但大部分尚处于试验研究阶段 真正在实际中广泛应 用的只不过1 5 2 0 种 如头脑风暴法 专家预测法 德尔菲法 主观概率 法 增长率法 趋势外推法 移动平均法 指数平滑法 回归分析法 弹 性系数法等 现代预钡 越来越趋向于定性和定量相结合的综合预测法f l 我国对于高速公路交通量的预测研究开始于上世纪8 0 年代初 当时 高速 公路在我国还是一个新生事物 高速公路交通量预测方法还不成熟 其主 要为指标法 即首先确定基年交通量 然后运用经济指标与旧路交通量进 行回归 找出规律 确定增长速度 求出交通量 该方法简单明了 但经 验数字较多 路网分析较差 科学性较差 1 具体如 公路建设项目可行 性研究报告编制办法 中的附件3 公路建设项目交通量预测试行办法 中 规定的两大类交通量的预测方法 第一大类是定基预测方法 即直接 从交通量的本身变化规律进行预测 该大类有三种预测模型 平均增长曲 线 y y 1 a 指数曲线 y 础 s 曲线 y k a 模型 第二大类是定标预测方法 是指从其他经济指标与交通量的关系来 进行交通量的预测 该大类也有三种模型 一元回归曲线 y 葩 多元回归曲线 y 6 r u r s 曲线 y 二兰 模型 1 2 1 而 i l i e 目前我国高速公路交通量预测中普遍采用的是四阶段法 它是国外应用较 为成熟的一种交通量预测方法 但它与传统的城市交通规划的四阶段法不 完全相同 它将社会经济预测作为其中的一个阶段 省去了交通方式划分 阶段 四阶段的整个流程包括社会经济预测 交通发生预测 交通分布预 测 交通分配 这种方法也是 公路建设项目可行性研究指南 中交通量 预测推荐的做法 3 对诱增 转移交通量预测进行研究 由于诱增 转移交通量的难以 估计 国内外普遍对这一问题研究较为薄弱 相对而言 国内存在更多的 不足 如有的高速公路交通量预测 虽然考虑了诱增交通量 但在实际操 作中只是粗略的取趋势交通量的一个固定百分比 操作缺乏说服力 当前 国内有的学者对诱增交通量作了进一步的探讨 如王兵等人的 诱增交通 第二章高速公路交通量预测研究与应用综述 量理论研究 它从多个角度证明了诱增交通量的存在性 并最终给出了诱 增交通量定量计算的宏观数学模型和微观数学模型i l 又如王维凤等人的 对高速公路流量预测中两个核心问题的探讨 它澄清了诱增交通量的特 性 诱增经济在交通量预测中的作用等一些模糊概念 并建立了一套实用 的诱增交通量预测方法 同时它还对诱增交通量作了进一步分析 提出释 放交通量概念 并对它作了初步探讨 5 另外 有的研究根据诱增交通量 的时间变化规律从宏观上建立诱增交通量的确定模型 并选择不同经济状 况地点的典型公路来标定模型 作为不同地域诱增率的代表 如周伟等人 的 高速公路诱增交通量分析 l6 j 国外对诱增交通量研究较为深入 如 有从改进交通调查方法角度来提高对诱增交通量的预测 像p c t 盯b o n s a l l 的 c a ni n d u c e dt r a 衔cb em e a s u r e db ys u r v e y s l l 尽管这些研究使我们 对诱增 转移交通量有了更深入的理解 但它离具体实践还有一定的差距 因此需要加强对它们的研究 4 对有关预测模型进行集成 建立预测支持系统 由于交通量预测中 模型求解的复杂 人们越来越意识到借助计算机 建立融入专家知识 经 验 集成多种预测模型的预测决策支持系统是提高交通量预测精度 简化 交通量预测难度的重要途径 现在有许多集成交通量预测的交通规划软件 如加拿大的e m m e 2 它于1 9 8 6 年开发成功 该系统为用户提供了一套内 容丰富 可进行多种选择的需求分析及网络分析与评价模型 它曾用于沈 阳市交通规划 武汉交通规划 香港和深圳市铁路需求预测 又如t r j p s 它由英国伦敦大学m v a 咨询公司1 9 8 5 年开发成功 是目前世界上最先进 的规划软件之一 国内也开发了一些交通规划软件 能够实现交通量的预 测 如东南大学交通学院开发的t r a n s t a r 建设部城市交通工程技术中 心开发的t r a n s s o l u t i o n 等i 但总的来说 这些软件主要面向城市交通规 划 对高速公路交通量的预测支持还不够 另外国外的交通规划软件在适 应我国国情方面也存在一定的局限性 当前在这方面研究的热点是 研究 人工智能方法如何在预测支持系统中发挥作用 专家的知识 经验如何能 够在预测中被有效的利用 另一方面 高速公路交通量预测是公路网规划的一个重要步骤 交通规 划的许多新的研究思想也对高速公路交通量预测的研究产生新的影响 传 9 高速公路交通量预测模型 j 系统技术实现韧 究 统的交通规划是在供需均衡情况下的规划 没有深入考虑供给对需求的影 响 1 9 在意识到原有交通规划研究的不足后 有的学者非均衡条件下的交 通规划进行了研究 如黄中祥等人的 非均衡交通规划初探 类似的研究 还有田锋等人的 供给影响下的后涌式公路交通需求预测方法研究 它探 讨了交通供给对交通需求的影响机制 使模型能够反映交通需求与供给之 f 司的互动关系 从上面综述情况可以看出 1 原有的从模型角度研究交通量预测问题 主要集中在模型改进方面 忽视了对现有模型的合理组合 选择应用的研 究 并且 对于通常采用的四阶段法进行交通量预测 其预测精度并不是 取决于某一步的预测 而是取决于整个预测过程 因此针对预测问题 在 每一阶段恰当的选择模型是预测成功的一个重要保证 另外 随着越来越 多模型的提出 可以预计 模型的恰当选择将变得越来越重要 2 原有研 究还主要遵循从需求到供给的预测路线 较少考虑供给对需求的影响 表 现为对诱增 转移交通量的预测研究较薄弱 还有原有研究较少考虑供给 与需求不平衡的情况 3 从预测支持系统角度来看 当前面向高速公路交 通量预测的系统很少 在这一方面的研究还有待加强 2 2 从后评价角度分析我国高速公路交通量预测实践存在的不足 我国高速公路运营实践已经有十多年了 同时高速公路的工程可行性研 究也超过二十年 随着高速公路运营实践的深入 我国越来越意识到高速 公路项目后评价对国家高速公路建设的重要意义 截至到现在 我国已经 对十多条高速公路进行了项目后评价研究 下面结合近年内我国建成的具 有代表性的九条高速公路的后评价报告 对我国高速公路交通量预测实践 存在的不足作进一步的分析 在研究中 由于比较的高速公路的建设 项目工可研究 后评价研究 的年份并不相同 为了增强各条高速公路之间的对比性 选取高速公路全 线平均交通量作为研究对象 并且约定预测值为项目工可研究中的预测结 果 而实际值为项目后评价研究时的实际结果和预测结果 误差率表示为 预测值一实际值 实际值 以百分比作为它的单位 各条高速公路交通 量预测值与实际值的对比情况见表2 1 第二章高速公路交通量预钡 研究与应用综述 表2 1 多条高速公路交通量预测值与实际值的对比情况 高速公路年份预测值实际值 误差率 1 9 9 61 5 7 7 8 1 0 4 63 4 1 9 9 71 6 9 9 01 3 1 5 22 26 k 四高速 19 9 81 8 2 9 4 15 0 1 6 1 79 圭春 四平 1 9 9 91 9 6 9 81 6 18 01 7 9 2 0 0 02 1 2 1 21 5 5 8 82 6 5 t 9 9 61 2 5 0 97 4 0 26 9 谶宝高速 l9 9 7 1 2 7 9 68 6 6 53 2 西安 宝鸡 1 9 9 81 3 6 9 6 7 5 1 2 4 5 1 9 9 9 4 8 0 31 1 4 1 42 3 1 9 9 0 8 0 3 6 3 7 4 4 1 46 1 9 9 1 8 9 2 64 5 5 29 6 沈大高速 1 9 9 2 9 6 4 06 4 2 05 0 沈阳 火连 1 9 9 3 0 5 8 37 4 7 24 16 2 0 0 0 9 9 8 i 16 2 6 4 2 2 8 2 0 0 52 9 7 4 2 2 2 0 8 03 47 9 9 51 3 2 8 31 0 l5 5 3 0 8 京津塘高速 2 0 0 0 1 9 4 0 6 1 9 0 3 0 19 北京 天津 塘洁 2 0 i o 2 5 1 1 22 7 2 0 3 8 2 0 l5 3 17 1 23 5 0 9 4 1 0 1 9 9 2 2 8 6 92 6 3 98 7 1 9 9 33 0 9 12 7 6 l 1 1 9 7 哈大高速1 9 9 43 3 3 13 1 2 566 l 哈尔滨 火连 1 9 9 53 5 9 03 3 5 57 1 9 9 63 8 6 83 3 2 l1 64 6 1 9 9 74 1 6 74 0 9 5 1 7 5 泉厦高逋1 9 9 81 6 6 4 31 2 7 1 8 3 08 6 泉州 厦门 9 9 91 8 3 3 31 3 1 4 6 3 9 4 6 5 2 0 0 0 2 0 1 9 91 4 4 5 43 8 7 4 高速公路交通量预测模型与系统技术实现i i 究 2 0 0 12 2 1 2 01 6 1 5 53 6 9 2 1 9 9 7 1 9 3 4 8 1 4 7 6 43 1 0 5 杭甬高速1 9 9 82 0 8 4 51 7 7 9 61 71 3 杭州 r 波 1 9 9 92 2 4 5 82 2 7 2 4 1 1 7 2 0 0 02 4 1 9 72 6 1 7 9 7 5 7 1 9 9 6 1 9 1 4 8 1 0 5 2 54 5 1 9 9 72 0 6 8 01 2 5 5 93 9 沪宁高速 上海段 1 9 9 82 2 3 3 51 3 8 4 53 8 上海 南京 1 9 9 92 4 1 2 01 7 6 9 52 6 6 2 0 0 02 6 0 5 12 0 3 2 52 2 2 0 0 12 7 4 2 72 4 4 3 11 09 沪宁高速 南京段 2 0 0 02 2 9 0 01 8 0 8 72 1 0 2 上海 南京 从上表来看 可以得到如下结论 1 工程可行性研究中对高速公路交通量的预测普遍不准确 大多表现 为预测过于乐观 即误差率绝大多数大于0 并且对研究的各高速公路交通 预测误差率进行加权平均 可以确定预测的误差率约为2 7 5 误差在3 0 左右 其中预测误差最大的是沈大高速 如图2 1 其1 9 9 0 年的交通量实 际值还不到预测值的一半 造成预测精度低的原因有很多 其中之一是在 实践中 没有对沈大高速公路全线作可行性研究工作 而只是在沈大公路 改扩建一级路标准时进行了全线交通量预测 同时预测中也没有采纳科学 的预测方法 遵循合理的预测步骤 因此为了保证交通量预测的精度 必 须进行细致的工程可行性研究 选择科学的预测方法 遵循合理的步骤 第二章高速公路交通量预测珥f 究与应用综述 图2 1 沈大离速公路全线交通量预测值与实际值对比图 2 前期交通量预测普遍偏高 而远期交通量的预测精度比近期的高一 些 以西宝高速为例 如图2 2 其1 9 9 6 年的预测值平均误差高达6 9 而1 9 9 9 年的平均误差为2 3 误差呈逐年下降趋势 其它高速公路也有类 似的关系 经验表明 出现这一情况与前期预测的工作目的有密切的关系 另外高速公路建设初期的交通量并未如人们预计的那么高的原因还可能是 人们对于高速公路的认识还比较低 还有对收费较为敏感 可以预计随着 经济的发展 人们生活水平的提高 人们对于高速公路也将有更深入的认 识 对于收费的敏感度也在下降 但它们的影响程度尚需进一步研究 当 然 出现这一情况的原因还有很多 但可以肯定的只有科学 全面和综合 的分析 才能保证高速公路交通量预测的精度 高速公路交通量预测模型与系统技术实现研究 图2 2 西宝高速公路历年预测误差情况 2 3 高速公路交通量预测方法综述 高速公路远景交通量一般由三部分组成 趋势交通量 转移交通量和诱 增交通量 对于每一部分 其采用的预测方法各有不同 下面对其逐一介 绍 2 3 1 趋势交通量预测 4 2 1 2 2 趋势交通量是指现有交通量按其固有发展规律 自然增长的交通量 对 于趋势交通量预测 国内外普遍采用的是四阶段预测方法 四阶段预测方法是以交通体出行起点 o r i g i n 和到达终点 d e s t i n a t i o n 的调查为基础而进行交通量预测的方法 它是随着交通规划的诞生和发展 而逐渐走向成熟的 1 9 6 2 年 美国芝加哥市发表 c h i c a g o a r e a t r a n s p o r t a t i o n s t u d y 它标志着交通规划理论的诞生 1 9 6 2 年美国制定的联邦公路法规 定凡5 万人以上城市 必须青9 定以城市综合交通调查为基础的都市圈交通 规划 方可得到联邦政府的公路建设财政补贴 该项法律直接促成交通规 划理论的形成和发展 此时 交通规划中的交通量预测只是关于交通发生 1 4 第二章商速公路交通世预测研究与应用综述 交通分布 交通分配三个阶段 2 0 世纪6 0 年代后期 日本广岛都市圈的交 通规划首次提出了对不同交通方式进行划分这 新的预测内容 此后交通 规划中的交通量预测变成了交通发生 交通分布 交通方式划分和交通分 配四个步骤 这就是交通量预测四阶段理论 后来人们根据规划项目的实 际情况 对四阶段步骤进行取舍 并加入社会经济预测步骤 相应得出各 种预测方法 这些也都归入到 四阶段 预测方法中剐 我国在公路规划研究中 通过o d 调查采用四阶段预测交通量 最早开 始于上世纪8 0 年代初 随着改革开放的不断深入和发展 我国公路尤其是 高等级公路建设蓬勃兴起 四阶段法已成为公路规划与设计等前期工作中 交通量预测的重要手段 四阶段法预测公路交通量的总体思路为 第一 预测远景年规划区域内 各个小区的交通发生量 第二 以规划区交通o d 现状调查资料为基础 分析预测远景年份区域交通分布情况 第三 在区域交通分布预测结果的 基础上 进 步分析确定各种运输方式承担的运量 第四 根据交通量分 布预测结果 各小区间交通量 按照一定方法分配n d 区间的各条公路上 去 最终获得规划的高速公路 或路网 上各个路段的交通量 需要注意 的是 交通方式分担只有当前两步预测结果是综合交通量时刊 需要进行研 究 一般情况下 在公路规划过程中 不需要进行方式分担预测 四阶段 法预测交通量流程 4 1 如图2 3 所示 商速公路交通量预测模型与系统技术实现研究 幽2 3 四阶段法预测公路交通量流程 2 3 1 1 社会经济预测 交通运输是为社会经济活动服务的 同时也是社会经济的一部分 因此 从经济学的角度来看 交通运输系统与社会活动系统是一个供与需的关系 而从系统论的角度来说 交通运输系统又是社会活动系统的一个子系统 总之 交通运输系统与社会活动系统存在着千丝万缕的关系 在进行交通 量预测之前 必须首先分析这些关系 进行社会经济预测 在对区域社会经济发展预测中 着重要对人口 g d p 工农业总产值 旅客周转量 旅客运输量 货物周转量 货物运输量 汽车保有量等指标 进行预测 由于这些指标所涉及的因素多而复杂 其中有许多是定性的或 政策性的因素 很难作定量的解析分析 因此常常是采用定性分析和定量 分析相结合的办法 定性分析是预测者通过调查研究 凭自己的实际经验 对政府经济政策 国内外历年来经济发展趋势进行分析判断 进而对某项经济指标的变化趋 势 性质 方向进行预测 也提出粗略的数掘估计 常用的方法有 市场 6 第二章高速公路交通量预测研究与应用综述 调查法 专家评估法 交叉影响法等 定性方法都带有一定的主观性 结 果往往会因人而异 精度不能保障 一