第五章-交通需求预测1.ppt

第五章交通需求预测 第一节交通需求预测的基本流程 现代交通规划理论中的交通需求预测习惯上被分为四个阶段 交通产生预测 交通分布预测 交通方式分担预测及交通网络分配 区域社会经济活动的存在 社会经济的发展 区域间经济联系的增强 是区域运输需求产生和增强的直接动因 区域交通需求预测是直接建立在对区域社会经济与土地利用等进行分析和预测的基础上的 P52 区域交通需求预测比城市交通需求预测复杂和困难 因此 在预测过程中要坚持以下原则 1 系统分析原则 2 政策协调原则 3 定性与定量相结合的原则 4 弹性原则 5 历史与未来发展相结合原则 第二节交通生成预测 根据国民经济发展状况 对规划区域及各交通分区的五大运输方式交通需求生产总量进行预测 通常采用专家法及模型法 模型法是根据历史资料建立数学模型进行预测的方法 其预测结果也必须通过征求专家意见 进行判断和修正 模型法中的主要方法有以下九种 一 增长率法增长率法是根据预测对象的预计增长速度进行预测的方法 预测模型的一般形式为 增长率法的关键在于确定增长率 但增长率随着选择年限及计算方法的不同而存在较大的差异 因此 增长率法一般仅适用于增长率变化不大且增长趋势稳定的情况 适于近期预测 二 乘车系数法乘车系数定义为区域旅客运量与人口数之比 乘车系数法又称为原单位发生率法 用区域总人口数与平均每人年度乘车次数来预测客运量 预测模型的一般形式为 乘车系数可以根据指标的历年资料和今后变化趋势确定 但是乘车系数本身的变动有时难以预测 各种偶然因素会使其发生较大波动 三 产值系数法产值系数法是根据预测期国民经济指标值和确定的每单位指标值所引起的货运量或客运量进行预测的方法 预测模型的一般形式为 四 弹性系数法弹性系数法借用了经济学弹性的概念 它是一种建立在回归分析基础之上的预测方法 设某一交通生成预测模型为 定义y关于xj的弹性系数Ej为y的变化率与xj的变化率之比 五 时间序列法 根据现在和历史的统计数据 以时间为自变量建立模型 对交通生成与时间的关系进行回归 预测未来交通量发展的水平 常用模型有移动平均法 指数平滑法 成长模型等 此法需有多年的交通产生或吸引量的资料 而且对于远景预测其精度一般较差 指数式 Y a btY 交通产生或吸引量t 年份a b为回归系数 六 回归分析法 回归分析法就是一种通过分析研究客货运量与相关因素的联系规律从而进行预测的方法 七 灰色预测法灰色系统理论是我国学者邓聚龙教授在20世纪80年代初提出的处理不完全信息的一种新理论 该理论应用关联度收敛原理 生成数 灰导数等概念和方法建立微分方程 八 经济计量模型 经济计量模型是指依据由统计学 经济学 数学三者结合而成的经济计量学 用定量方法描述经济系统的运行机制 研究经济变量间的数量关系 最后得到一个联立方程组 九 类比法若所研究区域的交通发展特性与某一时期国外或国内某些地区的交通发展特性类似 则可以用类比的方法 直接采用其发展模型或弹性系数进行预测 12 交通分布预测是指根据预测得到的各交通分区的交通发生 吸引量 确定各交通区之间的交通流量和流向 交通分布模型多达数十种 但总的来说交通分布模型可以分为两大类 增长系数法和综合法 第一类模型适用于短期的交通分布研究 比较简单 主要应用于交通网络没有发生重大变化的短期预测 第三节交通分布预测 13 第二类方法使用了广义费用 可以用于长期的研究或者短期研究中交通网络有较大变化的情况 一 增长系数法 O D表 一种表示起讫点调查成果的表格 16 增长系数法 GrowthFactorMethod 增长系数法 假设将来的交通区之间出行分布模式与现状的分布模式基本一致 其分布量按某一系数增加 基于出行的起点和终点所在的小区的增长特性 利用现状OD表计算未来的OD表的方法 适用于小区或小区间的出行 不太受空间的阻挠因素的影响 而只受地区间产生及吸引特性影响的空间分布形态 增长特征 人口 经济 土地使用 根据的种类不同 可以分为 常增长率法 UniqueGrowthFactorMethod 平均增长率法 AverageGrowthFactorMethod 福莱特法 FraterMethod 佛尼斯法 FurnessMethod 所有OD量的增长率仅与i小区的发生交通量增长率有关 或仅与j小区的吸引交通量有关 或仅与生成交通量的增长率有关 是一个常数 增长函数为 常数 预测精度不高 不需要迭代 是一种最简单的方法 常增长率法 例1 试利用3个小区目标年发生交通量预测值和基础年的出行分布矩阵 表1 求解目标年的出行分布矩阵 表1现状OD表和将来各小区的预测值 单位 万次 解 采用常增长系数法 即 1 求各个小区的发生增长系数 2 表1各项均乘以发生增长系数 得到表2 表2常增长系数法计算得到的OD表 单位 万次 21 假设i j小区之间OD量的增长率等于i小区出行发生量的增长率和j小区出行吸引量增长率的平均值 该方法公式简明 容易计算 其缺点是收敛速度慢 计算精度比较低 平均增长率法 例2 试利用例1给出的现状分布交通量 表3 将来发生与吸引交通量 表4 求解3交通小区将来的分布交通量 设定收敛标准为 3 表3现状OD表 单位 万次 表4将来的发生与吸引交通量 解 1 求发生交通量和吸引交通量增长系数 2 第1次近似 表5第一次迭代计算OD表 3 重新计算和 4 收敛判定 由于和部分系数大于3 的误差 因此需要重新进行迭代 5 第2次近似 6 重新计算和 7 收敛判定 由于和的各项系数误差均小于3 因此不需要继续迭代 上表即为平均增长系数法所求将来分布交通量 福莱特法 Fratar 该方法假设i j小区之间OD交通量的增长系数不仅与i小区的发生增长系数和j小区的吸引增长系数有关 还与整个规划区域的其他交通小区的增长系数有关 模型公式为 式中 表示i小区的位置系数 表示j小区的位置系数 例4 试利用例2给出的现状分布交通量 表3 将来发生与吸引交通量 表4 采用福莱特方法 求解交通小区将来的OD量 设定收敛标准为 3 表3现状OD表 单位 万次 表4将来的发生与吸引交通量 解 1 求发生交通量增长系数和吸引交通量增长系数 2 求和 3 第1次近似 4 重新计算和 5 收敛判定 由于和的误差均在3 之内 因此不需要继续迭代 较平均增长系数法收敛速度较快在实际工作中广泛应用其计算过程较复杂 优点 1 结构简单 实用的比较多 2 适用于小时交通量或日交通量等的预测 3 对于变化较小的OD表预测非常有效 4 预测铁路车站间的OD分布非常有效 缺点 1 必须有所有小区的OD交通量 2 对象地区发生如下大规模变化时 该方法不适用 3 交通小区之间的交通量值较小时 存在问题 4 因为预测结果因方法的不同而异 5 缺乏合理性 增长系数法的特点 二 重力模型 重力模型法 GravityMethod 模拟物理学中的牛顿的万有引力定律 基本假定 交通区i到交通区j的交通分布量与交通区i的交通产生量 交通区j的交通吸引量成正比 与交通区i和j之间的交通阻抗参数 如两区中心间交通的距离 时间或费用等 成反比 无约束重力模型 Casey在1955年提出了如下重力模型 该模型也是最早出现的重力模型 P60 分别表示出行发生i小区和吸引j小区的人口数 表示i j小区之间的距离 表示参数 模型本身不满足交通守恒约束条件 改进的重力模型可表示为 常见的交通阻抗函数有以下几种形式 幂函数 指数函数 组合函数 为参数 根据现状OD调查资料 利用最小二乘法确定 例 按例3中表3和表4给出的现状OD表和将来发生与吸引交通量 以及表5和表6给出的现状和将来行驶时间 试利用重力模型和平均增长系数法 求出将来OD表 设定收敛标准为 表3现状OD表 单位 万次 表4将来的发生与吸引交通量 表5现状行驶时间表6将来行驶时间 解 1 用下面的无约束重力模型 两边取对数 得 已知数据 待标定参数 令 则 通过表3和表5获取9个样本数据 采用最小二乘法对这9个样本数据进行标定 得出 2 084 1 173 1 455 标定的重力模型为 2 第一次计算得到的OD表 3 通过无约束重力模型计算得到的OD表不满足出行分布的约束条件 因此还要用其它方法继续进行迭代 这里采用平均增长系数法进行迭代计算 重新计算和 计算结果如下面表所示 用平均增长系数法第一次迭代计算OD表 用平均增长系数法第三次迭代计算OD表 修正重力模型 1 乌尔希斯重力模型 为交通阻抗函数 一般形式 待定系数根据现状OD调查资料拟和确定 一般可采用试算法等数值方式 以某一指标作为控制目标 通过用模型计算和实际调查所得指标的误差比较确定 先假定一个值 利用现状OD统计资料所得的 以及代入模型中进行计算 所得出的计算交通分布称为GM分布 GM分布的平均行程时间采用下式计算 GM分布与现状分布的每次运行的平均行程时间之间的相对误差为 当交通按GM分布与按实际分布每次运行的平均相对误差不大于某一限定值 常用3 时 计算即可结束 当误差超过限定值时需改动待定系数 进行下一轮计算 调整方法为 如果GM分布的大于现状分布 可增大值 反之 则减小值 2 美国公路局重力模型 B P R 模型 式中 为调整系数 也叫地域间结合度 其计算公式为 其中 表示i小区到j小区的实际分布交通量与计算分布交通量之比 表示i小区到j小区的实际分布交通量与i小区的出行发生量之比 的计算方法为 首先令 1 根据现状OD表标定模型 计算 将现状数据代入模型 计算出OD分布 根据上面的公式计算 假定的值在将来不发生变化 预测时不做任何修改而直接使用 标定的方法与乌尔希斯重力模型相同 这两种模型均能满足出行产生约束条件 即 因此都称为单约束重力模型 用上述两种重力模型进行交通分布预测时 首先是将预测的交通产生量和吸引量以及将来的交通阻抗参数带入模型进行计算 通常计算出的交通吸引量与给定的交通吸引量并不相同 因此需要进行进一步迭代计算 为如下形式 双约束重力模型 以幂指数交通阻抗函数为例介绍其计算方法 第1步 令m 0 m为迭代次数 第2步 给出 可以用最小二乘法求出 第3步 令 求出 第4步 求出和 第5步 收敛判定 若满足收敛条件 则结束计算 反之 令m 1 m 返回第2步重新计算 优点 1 直观上容易理解 2 考虑路网的变化和土地利用对人们的出行产生的影响 3 特定交通小区之间的OD交通量为零时 也能预测 4 能比较敏感地反映交通小区之间行驶时间变化的情况 缺点 1 缺乏对人的出行行为的分析 2 将出行费用视为定值 3 重力模型使用了同一时间段 4 求内内交通量时的行驶时间难以给出 5 交通小区之间的距离小时 有夸大预测的可能性 6 必须借助于其它方法进行收敛计算 重力模型的特点 介入机会模型的基本思想是出行的产生不是与距离有关 而是与满足出行目的的可能性有关 距离只是作为一个普通变量 而不是在重力模型中的核心变量 然而 它在实际中较少被采用 P62 三 介入机会模型 四 熵模型 最大熵模型 EntropyModel 情况1情况2情况3情况4情况5OD交通量状态 计算步骤 Wilson模型 第 步给出 值 第 步求出 j和 i 第3步如果 j和 i非收敛 则返回第2步 反之 执行第4步 第4步将 j i和 代入式 2 求出 这时 如果总费用条件式 1 满足 则结束计算 反之 更新 值 返回第 步 特点 能表现出行者的微观行动 总交通费用是出行行为选择的结果 事先给定脱离现实情况 各微观状态的概率相等 即各目的地的选择概率相等的假设没有考虑距离和行驶时间等因素 五 系统平衡模型一般来说 影响出行分布的因素包括交通源的状况 交通工具及交通设施情况 出行在交通吸引源 交通工具及交通设施状况构成的系统中 按照其本身的内在规律选择其目的地 因此 只要找出出行分布的内在规律 按照供求平衡的原则 即可进行一般意义上的出行分布预测 根据对出行分布内在规律的分析 做如下假定 1 交通区间的出行分布量与交通区的出行吸引量成正比 2 交通区间的出行分布量与交通区间的阻抗成反比 3 当i交通区到j交通区的阻抗 0时 i交通区到j交通区的出行分布量 交通区j的吸引量 4 当i交通区到j交通区的阻抗 时 i交通区到j交通区的出行分布量 0 六 OD矩阵推算模型实际上 我们不可能经常大规模地直接调查OD出行 而是根据采集到的网络交通量 小规模或部分OD出行调查信息等推算出路网的OD出行矩阵 为路网的规划 建设及交通管理提供依据 从而减少大规模的OD出行调查 OD矩阵推算过程 基础数据的收集整理出行路径的选择OD出行矩阵的推算 验算等OD出行矩阵推算模型简介 1 极大熵模型 认为车辆的出行是随机的 每种可能出现的OD出行分布状态 都有一个相应的存在概率 实际存在的OD出行分布状态 就是存在概率最大的 那一个 由于存在概率函数大多有该流程熵的形式 所以此模型称为最大熵模型 2 广义最小二乘模型依据为最小二乘原理 P66 3 最小信息量模型 依据是信息论原理 4 最大似然模型 依据为最大似然原理 5 贝叶斯模型 6 参数估计模型 7 容量限制推算模型 8 重力模型第四节交通方式选择预测交通方式选择又称交通方式分担或交通方式划分 交通方式分担预测包含了两部分内容 一是公路运输与铁路 水运 航空等运输方式之间的分担量预测 二是公路客 货运输不同车型的分担量预测 一 专家经验法该法主要是根据收集到的资料 分析预测年铁路 水运等交通方式区段运输能力适应状况 当它们的运能小于其运量时 考虑经济运距 直达性 安全性等因素 按适当比例将部分客货发送量从铁路 水运等客货运中分流出来 由公路客货运输来分担 当铁路 水运等方式的运能大于运量时 则应仔细考虑它们与公路运输间的竞争协作关系 二 总量控制法交通方式选择总量控制法的步骤如下 第一步 根据地区历年公路 铁路 水运等运输方式运量分担及设施水平统计资料 建立总量分担模型 第二步 按各交通小区现状的非公路客货运量分担比例 同时考虑各小区未来非公路方式设施水平和运输能力变化的影响 将非公路客货运量分配到各小区