交通运输中常见的预测决策技术与评价方法.docx

交通运输中常见的预测决策技术与评价方法摘要：充分利用交通运输中预测决策技术是促进交通运输的一体化发展，突破区域的限制，发展整个区域的交通运输系统，把交通建设与区域的经济发展结合起来，在交通运输与区域经济间建立正反馈作用机制，使两者相互促进，共同实现一体化的发展的有效手段。从系统性、整体性、全局性的角度研究区域交通运输发展的方向和规划设想，提出相应的实施方案和对策措施，必须全面系统地分析区域经济社会与交通运输在不同历史时期的相互关系及特征，客观估计和判断未来国民经济和社会的发展趋势以及区域交通运输需求情况。进而对交通运输进行预测决策！使交通运输高效科学的服务于国家经济发展！关键词：交通运输；预测；决策；Abstract: make full use of traffic prediction and decision technology is to promote the integration development of transportation, break the regional limit, transportation system, the development of the whole area, the traffic construction and regional economic development together, establish a positive feedback mechanism in transportation and regional economy, promote each other, effective means to achieve the development of integration. The direction and planning ideas from systematic, overall, global perspective on regional transportation development, put forward the corresponding implementation scheme and measures, must be comprehensive and systematic analysis of regional economy and transportation in relation to each other in different historical periods and characteristics, objective estimation and judgment of the future development trend of national economy and society and the regional transportation demand. And then forecast decision on transportation! The transportation efficiently serve the national economic development!Keywords: traffic and transportation; forecast; decision-making;引言：随着中国经济的发展！作为基础设施项目的交通运输建设日益变得尤为重要！关于交通运输行业的预测决策技术与评价方法成为近年来国家重点研究的对象！如何科学有效的预测决策交通运输中亟待解决的问题！以及评价交通运输对我国经济发展的巨大作用！充分发挥交通运输设施对国民经济的贡献等是我国将来研究的重要课题第一章中国交通运输现状及发展趋势1.1铁路运输铁路既是社会经济发展的重要载体之一，同时又为社会经济发展创造了前提条件。虽然我国铁路运营里程在总量上尚处于短缺状态，路网结构对国土的覆盖性尚有较大的差距，但在各种运输方式组成的交通运输体系中，铁路运输始终处于骨干地位，对国民经济发展起到了强有力的支持作用。2009年底，我国铁路营业里程达8.6万公里，2009年全国铁路共完成新线铺轨5461公里、复线铺轨4063公里；投产新线5557公里，其中客运专线2319公里；投产复线4129公里、电气化铁路8448公里。1.1.1铁路路网干线铁路是铁路网络的关键部分，是铁路发挥骨干作用的坚实基础。目前，我国铁路主要干线共有22条，根据其发挥作用和地理位置分布的不同，可大致分为能源运输干线、南北铁路干线、华东地区干线、西北地区干线、西南地区干线和东北地区干线。1.1.2铁路客货运输2009年全国铁路旅客发送量完成15.25亿人，同比增加6321万人，增长4.3%。货物发送量完成33.2亿吨，均创历史新高。同比增加6113万吨，增长1.9%；总换算周转量33118.06亿吨公里，同比增加233.17亿吨公里，增长0.7%。1.2公路运输现代交通运输方式的公路运输，比起水运和铁路起步晚，直到19世纪末才有了第一批汽车。这种新型交通工具问世后，在实践中显示出其突出的优越性，即机动、灵活、方便、快速、直达，因此，它的发展速度远快于水运和铁路。截止2006年底，全国公路总里程达345.70万公里。公路建设的快速发展，为公路运输发挥在综合运输体系中的基础作用奠定了良好的基础。1.2.1公路网络我国公路网络由国道、省道和县乡道路构成。国道为我国公路的主骨架，起着连接各省、自治区、直辖市的重要城市、港口、车站、工农业生产基地等作用。省道和县乡道路是国道的支线，起着省区范围内城乡之间联系和通过国道与省外联系的作用。全国公路总里程中，国道13.34万公里，省道23.96万公里，县道50.65万公里，乡道98.76万公里，专用公路5.80万公里，村道153.20万公里，分别占公路总里程的3.9%、6.9%、14.7%、28.6%、1.7%和44.3%。高速公路的出现，有效地改善了干线公路的交通状况，使干线公路在全国公路网络中的地位和作用更加突出。1.2.2公路客货运输近些年来，公路客货运输发展较快，特别是公路客运，现已在客运体系中占有重要地位。2007年，我国公路运输需求保持了快速的增长，其中公路货运周转量同比增长17.3%，客运周转量同比增长13%，增速基本为近5年之最。1.3水路运输我国水路运输发展很快，特别是近30多年来，水路客、货运量均增加16倍以上，目前中国的商船已航行于世界100多个国家和地区的400多个港口。中国当前已基本形成一个具有相当规模的水运体系。在相当长的历史时期内，中国水路运输对经济、文化发展和对外贸易交流起着十分重要的作用。1.3.1基础设施建设截至2005年底，全国内河航道通航里程12.33万公里。其中，等级航道6.10万公里，占总里程的49.5%；三级及三级以上航道8631公里，占总里程的7.0%；五级及五级以上航道23659公里，占总里程的19.2%。全国港口拥有生产用码头泊位35242个，其中万吨级及以上泊位1034个，比上年净增90个。1.3.2客、货运输2008年，全国公路、水路运输分别完成客运量16.2亿人次和1875万人次，同比分别增长11.5%和16.2%；全国公路运输完成货运量和水路运输货运量分别为12.9亿吨和2.1亿吨，分别比去年同期增长10.4%和增长11.5%。1.4航空运输航空运输可以适应人们在长距离旅行时对时间、舒适性的要求以及快速货物运输需求，是我国正在快速发展的一种运输方式。全国开通民航航线的城市达150个，省会城市、沿海开放城市、重点旅游城市、重要经济城市及边远地区不易通行其他运输方式城市均开通了民航班线。2007年中国民航运输业继续保持高速增长，全行业全年运送旅客约1.84亿人次，同比增长约15.0%，全国机场旅客吞吐量约3.84亿人次，同比增长约15.6%。展望20072010年，相信中国民航业将继续保持高速增长态势，民用机场业将得到同步发展。1.5管道运输管道运输是一种较为特殊的运输方式，目前我国采用管道运输的主要是石油和天然气。2006年末，全国输油(气)管道里程为48226公里，比2002年增长62%，年均增长12.8%。其中输油管 24136公里，输气管24090公里，分别比2002年末增长61.3%和62.7%。2006年底，管道输油(气)能力为66948万吨/年，比2002年增长 68.4%，年均增长13.9%。其中输油能力57530万吨/年，输气能力9418 千万立方米/年，分别比2002年增长59.3%和158.9%。管道输送所涉及货物品类较少且较单一，因此，其在综合运输系统中的影响力小一些。但由于其安全性、稳定性较高，输送成本较低，而且占用土地较少，对环境基本不造成污染，因此，是今后许多输送量较大的气体、液体物的较佳输送方式，煤等亦可转换成液体煤浆进行输送。1.6交通运输业的发展趋势我国从计划经济向市场经济转变后,对交通运输的要求越来越高，为适应国民经济和社会发展的需求，应优先发展交通运输业，加快交通现代化步伐，从被动适应逐步转向对国民经济的先导促进作用。发展综合交通运输系统是当代运输业发展的新趋势、新方向，它是增强有效运输生产力，缓解交通运输紧张状况的途径之一，也是经济地发展运输业，提高经济效益的重要方法。第二章中国交通运输预测技术2. 1 交通运输生成量预测区域公路网交通运输生成量预测与分析主要是利用历史的或调查的各类社会经济数据资料,各类交通方式的交通出行需求量数据资料,建立各类交通方式的交通运输需求量与相应的社会经济变量之间的分析模型,并以此模型为依据分析既有的或预测未来的交通运输需求量. 依据上述交通运输与经济的相互关系,交通运输生成量的预测可以采用弹性系数法、多因素回归分析法或神经网络等方法.2. 2 交通运输分布量预测从运输规划项目的自身特征来看:一方面,规划项目所承担的交通运输量会按其固有的发展规律自然增长;另一方面,规划项目运力的投入,必然会促进其所在地区及附近影响区的经济和交通运输体系的变化,诱使社会经济、产业结构等方面的发展6 .因此应考虑运输规划项目对项目影响区经济和交通运输的诱增影响,对可能引起转移的运输量进行分析并预测出转移运输量,由此可见,项目的远景运输量预测应由如下三部分组成,自然增长的趋势型运输量预测、诱增运输量预测、铁路或水运转移运输量预测.2. 2. 1 趋势型运输分布量预测趋势型运输分布量预测方法可采用常规的方法如FRATER 法,重力模型法,双约束或单约束,系统平衡模型法等,根据各方法的优缺点和适用条件,建议采用系统平衡模型法进行趋势型运输分布量预测. 此模型理论性强,结构合理,能够更加真实地反映出交通区间的运输量分布规律和特性,模型的一般函数形式如下: Xij=Tiujf(tij)+Ti 式中: Xij为交通区到交通区j 的出行分布量;Ti 为交通区i 的出行产生量; uj为交通区j 的出行吸引量; f (tij )为交通区到交通区的交通阻抗,一般可用f ( tijtijai 的计算形式, ai 为待定系数.按照出行系统供求平衡的原则,应有如下关系 jXij即jUitijai+Tj式(2) 是以ai 为根的一元方程, 解之即可确定ai. 式(1) 反映了出行分布与运输源、运输设施及运输工具间的一般关系,据此可进行预测. 但出行分布还会受到出行习惯、稳定联系等特殊关系的影响. 因此,对式(1) 的结果还需引入特征系数进行修正: Xij=XijKiKjKij式中: Xij ， Xij分别为修正前后的交通区i 到交通区j 的出行分布量; Ki为反映交通区i 出行产生特性的产生特征系数; Kj 为反映交通区j 出行吸引特性的吸引特征系数; Kij为反映交通区与交通区j之间出行分布特征的分布特征系数. Ki Kj,Kij可表示为Ki = jTij/jXij; Kj= iTij/Kij；jKij=Tij/(XijKiKj)式中: Tij为根据现状调查资料统计出的交通区i 到交通区j 的实际分布量; Xij为根据现状调查资料所的各交通区产生量、吸引量由式(1) 计算出的现状分布量.引入三个特征系数的目的是充分利用现状调查的信息,反映特征因素的影响状况,这在无完整OD调查资料或区域发展变化较大时尤为有利. 通过以上方法计算出的出行分布可能不完全满足供求平衡原则,则需要对其进行迭代计算. Xij”=12TiXij+UiXijXij 式中:Xij、Xij“ 分别为迭代前后的交通区i 到交通区j 的分布量; Ti为交通区i 的产生量; Uj为交通区j 的吸引量.2. 2. 2 诱增型运输分布量预测由于运输规划项目的出现,将对运输线路沿线区域的经济发展产生促进与激励作用, 改变人们的出行和货物的运输时间,导致人口密集度变化、调整了交通运输量. 因此可以通过有无运输规划项目的比较来确定交通运输量的诱增量. 诱增型运输分布量的预测,可采用如下模型: Tijp=0时TijPI=(DijpDijF-1)TijPIx0.5 TijP=0时TijPI=(KPiPjPijF）-（KPiPjPijF)x0.5式中: Pi 为未来i 区趋势OD 运输发生量; A j为未来j 区趋势OD 运输吸引量; TijP为现状OD 运输分布量; TijFT为未来趋势OD 运输分布量; TijFI为未来诱增OD 运输分布量;为现状道路间区间所需最短时间; DijP为将来道路间区间所需最短时间.、 为模型参数, 由现状OD 及现有道路网利用最小二乘法进行标定.2. 2. 3 转移型运输分布量预测转移运输量的预测目前国内尚无成熟的预测技术,一些项目在预测时存在一定的随意性. 目前公认的方法是运输量转移率法. 首先绘制转移曲线,之后标定转移率,据此得到转移运输量. 实际应用时可采用如下两种方法:(1) 首先进行铁路、水运等其他方式客货运规划预测,然后借助历史资料和国发展中国家有关资料的分析,对未来各交通方式平均运距进行分析预测,并以运距作为不同方式间运输量转换的重要控制因素,进行转换量预测,同时考虑费用(运输成本)对货运的影响,乘车舒适性、准时性、灵活性等综合指标对客运的影响. 即对铁路、水运等转移运输量利用铁路、水运相关区段的客货流密度以及客货流运距分布计算各区段不同运距的客货流量, 再根据不同运距客货转移率得到客货流转移量. 其中,不同运距的转移率由公路与铁路、水运的经济运距以及公路、铁路、水运的运输特点综合确定.(2) 采用广义出行费用最小的选择模型,用来提供一个综合的分担比例来描述各种运输方式的合理结构. 模型形式为: Pimj=erijmerijm式中: Pijm为i 区到j 区交通方式m 的分担率(吸引力) ; rijm为i 区到j 区交通方式的交通阻抗;krijm为i 区到j 区k 种交通方式的交通阻抗反映的是交通使用者在选择交通方式时所考虑的各种因素及重要性. 定义为 rijm=nanyijmn+a0式中: an 为权重系数; Yijmn为i 区到j 区第m种交通方式的第n 种阻抗因子值; a0 为不可定量因素.交通方式的阻抗因子指交通方式的特征因素,如经济性、快捷性、舒适性、方便性、独立性、安全性等,其中费用和时间是最为重要的阻抗因子. Pijm确定后,即可得到转移交通运输量2. 3 交通运输方式划分预测对区域运输规划而言,交通方式划分可以有两种理解:其一是公路运输方式和铁路、水运运输方式之间的划分;其二是公路运输方式中各车型之间的方式划分. 目前,在进行运输规划项目可行性研究中的交通预测时很少进行这一阶段的预测和分析工作. 本文认为,随着中国经济的发展, 不仅未来公路上的车型比例将与现状相差很大, 而且公路、铁路、水运方式之间的相互影响和促进作用也将越来越大. 无论哪种方式划分都有必要进行未来的预测分析,这样可以清晰地在宏观上把握区域的交通运输发展趋向和运输方式的构成, 为以后的综合运输网络规划提供科学依据.对第一种类型的方式划分预测,可采用前述确定转移交通运输量时应用的第二种方法来进行. 第二种类型的方式划分预测方法国外采用较多的是机会模型,但这种模型对中国是否适用还有待检验和进一步研究. 建议先对规划年各种车辆客货运承担量、实载率、车种构成进行宏观分析,然后,根据历史资料的相关分析对各车型比例进行预测.2. 4 交通运输分配近年来,交通分配理论越来越受到关注,各种分配模型层出不穷,如最短路径分配模型静态多路径分配模型、动态多路径分配模型、容量限制分配模型、增量加载分配模型、机用户平衡分配模型等,均可用于运输量分配计算. 这些模型各有优缺点和适用条件,建议采用随机用户平衡模型进行路网的交通运输量分配. 鉴于此模型常见于各类相关著作或文献中,故本文在此不再阐述. 在进行运输规划项目研究中的交通分配时,对于收费的项目,在路阻函数中一定要计入不同程度收费的影响,目前,在运输规划项目可行性研究的交通分配中很少考虑收费的影响,但实际中却存在影响,不考虑则会产生相当大的误差,对于如何计入道路收费对交通运输分配的影响,限于篇幅,在本文不进行阐述.第三章中国交通运输决策技术3.1概念综合交通运输规划决策支持系统是利用计算机、地理信息系统(GIS)、数据库、数学模型、交通建设技术规范等一系列高新技术的一个规模庞大、涉及面广的交通科学软件项目；是以综合交通运输规划决策为出发点和落脚点，与现行的综合交通运输规划决策运算、管理机制以及本领域的特点相适应，对决策过程中的各个环节、各个层次提供支持的一个系统工程；是具有快速准确的计算、有序的逻辑判断能力、高速度大容量的数据存贮能力以及将一系列的算法、工具和创造性、随机性应变能力融为一体的人工智能软件。它具有很好的灵活性和对用户需求的适应能力。3.2划决策支持系统类型无数据库支持，基于现有的商业软件的如转分析。这类软件通常是利用已有的商业软件对一些文件数据作简单的分析和处理，是早期的桌面系统的主要应用模式。如美国jE卡罗来纳州基于ArcviewGIs数据的规划项目环境影响评价，美国南加利利尼亚州开发的基于GIS软件的交通决策支持系统等。有数据库支持、能进行简单的数据查询分析与叮视化表达。该类软件具有交通数据库，能进行简单的查询、分析和可视化表达，其重点是数据库建设，缺乏深层次的数据挖掘和分析功能。印度比哈尔州的交通基础数据库即属于这一类型，它仅用于农村公路规划中的简单分析查询，如村镇数据查询与可视化、农村公路调查数据查询与可视化、地图数据查询与可视化。3)集成了交通模型，能进行复杂的交通分析和计算。这类系统通常结合地区的实际情况，进行了面向本地区具体交通状况的模型研究，在此基础卜应用模型去获取决策信息。如南京市专门针对城市交通模型开展研究，并将模型集成到软件系统中，在战略层次七对交通需求进行宏观评。同济大学与交通部公路规划设计院联合研制的用于支持区域公路网规划的决策支持系统吣也属于此类。4)具有四个基本库的高级交通规划决策支持系统。一个完整的决策支持系统应该包括：数据库、模型库、方法库和知识库四个基本库(如图2所示)，支持人机对话的交互模块，控制中心模块，具有多样化表达形式(图纸、表格等)支持能力的输出模块。相比较而言，前三类系统主要是对规划过程的数据处理、路网流最分析预测以及方案评价等提供基于视觉界面操作方式的运算、绘图、制表等支持功能，开发模式仍然采用普通软件模式；第1，【1种具有知识库，深化了信息分析的深度，能够从海量的交通决策数据中获取隐含有价值的决策信息，智能化程度较高，对交通规划决策的支持功能强大。模型库管理系统DBMS模型库管理系统MBMS用户 模型库知识库系统与推理机知识库方法库模型库数据库 图2系统结构图33决策支持系统功能需求分析33.1 基础功能1)基础数据的融合、维护和更新功能。2)基础数据的基本分析功能。3)综合交通需求的快速预测。33.2系统主要功能1)交通基础设施适应性分析功能。分析功能包括节点、路段及交通运输网络容量分析、服务水平分析、交通建设与经济发展、土地利用相瓦作用分析等。2)制定年度建设计划的辅助决策功能。对拟定和比选综合交通运输规划布局方案或有关新建、改建项目等年度计划进行可视化分析判断，进而对方案进行虚拟仿真等，辅助政府等有关部门的决策。3)城市交通建设项目前后期工作辅助决策功能。J11S系统能在交通项目建设前后提供初步技术评价分析。可以定期监控有关项目对交通系统的影响，其中包括客货量增长趋势分析、服务水平分析、各种运输方式分担分析、应对策略分析等。4)形象直观的成果表达功能。以三维立体视觉景象，动画渲染等可视化成果，为领导、决策者、管理人员、技术人员及时、准确地提供交通基本信息资料和分析研究第四章 交通运输规划的技术评价交通运输网络规划的技术评价是从技术因素方面分析网络的内部结构和功能, 以验证规划方案的合理性, 为优化和决策提供技术依据。技术评价的指标可以分为两类: 第一类指标反映网络自身的技术状况, 而与是否满足运输需求无关, 如运网连通度、路网密度、路网覆盖形态等, 这些指标从网络的连续性、通达性、分布密度、布局等方面描述网络的状况; 第二类指标则反映路网对社会经济需求的适应程度, 既与网络的能力有关, 又与对网络的需求有关, 如饱和程度、负荷均匀性等, 这些指标从网络能力适应需求的程度等方面描述网络的状况。下面我们介绍技术评价的主要指标和数学模型。41运网连通度Dn运网连通度反映各节点间的连接程度。其计算公式如下:Dn Dn=LnAN/f式中, Dn 为运网连通度;Ln为通车总里程;A 为区域面积;N 为区域内的节点数;f为变形系数( 反映线路的弯曲程度) , 通常取11到13。考虑到多种运输方式, 式( 1) 可修正为: Dzn=i=1mLi/fiAN式中, Dzn为综合运网连通度;L i 为第i 种运输方式的通车总里程;fi为第i 种运输方式的变形系数;m 为运输方式的种类数。4.2运网可达性可达性是指在规划区内某一点出发抵达任一目的地的行程距离、行程时间或费用的大小。它反映各节点间交通的便捷程度。路网中某一节点i 的可达性,