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1、佛山市客流生成预测模型与公交线网的优化分析研究姓名:陈福荣 学号:2003714132 班级:03土木(21. 概 述1.1 研究背景公共交通客流生成的分析与预测是交通规划的基础,只有经过需求分析阶段的工作,才能提 供定量的数据和定性的分析来指导公共交通网络的规划工作。近年来,随着经济的高速发展,交通运输的任务越来越重,各市对交通的规划越来越重视, 使得交通需求分析方法得到了很大的发展,引入了数学模型的定量研究方法,使交通规划更直观、 更客观。除了确定性模型之外,还有发展了许多与现实交通行为更接近的不确定性随机模型。在 这些交通需求分析和预测中最常用和较成熟的方法是四阶段法,此四阶段分别为出行

2、生成、出行 分布、交通方式划分、和交通网络分配,如图 1-1所示。应用模型来准确地表达城市的出行需求是 困难的,这是因为出行需求涉及到人的特性及其它一系列的复杂因素。目前,普遍认为四阶段法 出行需求预测模型比较接近实际 1, 其为一环扣一环地进行控制:出行生成控制出行分布; 出行分 布控制交通方式的选择等。四阶段法是一种根据分区资料建立起来的集合模型,可信度大,在欧 洲各国已经成为法定的方法,同时为世界各类国家的首选方法。 图 1-1 四阶段分析法佛山市地处我国区域经济最具活力的珠江三角洲地区,南接中山、江门,西连肇庆、云浮,北通清远,东邻广州,毗邻港澳,处于我国南大门的开放前沿,地理位置优越

3、,境内交通便捷, 是极富发展潜力的珠三角西翼经贸中心城市。经济的迅速发展,要求其有顺畅的交通网络配合其 交通运输的需求,但是佛山市的交通规划方面的研究还是落后于经济发展的速度,而本文是在已有的 佛山市中心组团城市公共交通规划 (2004 2020年 2、 佛山市高明区公共交通规划 (2005 2020年 3、广东省佛山市南海区公路网规划(2005 2020年 4、佛山市顺德区居民 出行特征分析及交通对策研究 5基础上, 从横向具体研究佛山市的公共交通客流生成预测模型和 近期公交线网规划的优化分析。1.2 公共交通客流生成交通客流生成是四阶段交通需求预测的第一阶段, 也是整个预测过程中的基础环节

4、。 出行生 成就是从土地使用到出行这一过程中的一种过渡产物。 如用地建造住宅或商场, 就会有出行生成, 接着就会有出行的开始。出行生成包括出行产生和出行吸引。因为两者的影响因素不同,前者以 住户的社会经济特性为主, 后者以土地使用的型态为要, 故将出行产生和出行吸引分别进行预测, 可以更精确,以利于下一阶段出行分布的工作。交通客流生成的一般模型 1:2(1 , , , (1 (1 , , , (-=-=j L C E P f a i L C E P f g j j j j j j i i i i i i式中:i g 起始点 i 的交通生成量; j a 起讫点 j 的交通吸引量;L C E P

5、, , , 分别代表交通小区的人口、经济、文化和土地使用等的指标。此模型是各影响因素的合成模型 , 在标定不同的出行生成模型时应根据不同的要求选取不同 的参量进行。城市交通需求是城市土地利用的函数 , 传统的交通规划过程中,交通需求预测都是按照土地 利用特征分析、出行生成相关因素分析、交通需求预测模型的建立过程进行的。随着我国城市化 水平不断提高,许多新建城区和城市开发新区不断涌现。特别是组团型布局的城市,由于规划年 各组团需要协调地发展,而且部分组团规划年的土地利用特性与现状相比发生了巨大变化,如果 仍然按照该组团原有的交通调查资料进行交通需求预测, 势必引起预测结果与实际情况相差甚远,对交

6、通的规划起到误导作用。佛山市就是一个组团式的发展城市,“ 2+5”组团结构发展模式, 因此对佛山市的交通规划我们应该结合其特征,进行交通生成预测。1.3公交线网的优化公共交通线网布局决定着公共交通的运营范围,决定着站点分布和相互之间的衔接,决定着 公交网络的服务水平。对于以固定线路为主的公共交通系统,线网布设的水平是衡量公共交通发 展程度、运营能力和服务质量的主要标志。为此,应该注重线网的布设,合理地优化线网,使其 适应该城市的交通情况。佛山市的公共交通的发展较慢,公交并不发达,与其经济的发展很不相 称, 原因之一是规划的力度不够, 对线路网络规划的重视度不足, 造成公共交通结构的不合理性。1

7、.4 研究的意义本文是在已有的佛山市公共交通规划的纵向研究基础上,从横向分析佛山市经济发展对城市 居民的出行特征和各类因素的影响,应用统计分析的方法对它们之间的关系进行多元回归分析, 找出它们之间的相关性,从而建立操作性强、更直观、更客观的模型,对在规划期内的交通客流 生成进行预测与分析。同时为应用于交通规划四阶段法的后续三阶段的分析,使其规划与实际的 交通需求情况更加相符。应用聚类分析的方法,对已有的佛山市公共交通中心组团近期(2010年 公交线网规划进行聚类分析,检验规划的合理性,分析规划中存在的问题,使规划者可以及时了 解线网规划的情况和提出解决的方案,优化公交路网的布局。1.5研究的主

8、要内容(1 本文主要从佛山市中心组团城市的发展概况进行入手,分析城市居民的出行特征及影响 因素;(2 系统研究目前佛山市公共交通的发展现状,指出其影响发展的主要瓶颈问题;(3 利用 SAS 软件的数理统计的方法建立多元回归模型, 对佛山市组团式的城市公共交通的客 流生成及需求量进行分析和预测;(4 采用聚类分析的方法,分析已规划的公交线网的布局是否合理。2. 佛山市经济与交通发展概况2.1 地理位置经过二十多年的改革开放,珠江三角洲已初步形成了三个都市圈:中部广佛都市圈;东 部港深都市圈;西部澳珠都市圈。其中佛山是中部广佛都市圈的一极。佛山市一个拥有 长久历史的城市,它地处珠江三角洲西翼,东北

9、有广州市毗邻,东南与中山市接壤,西连肇庆市, 南达江门,北通清远,临近港澳,是珠江三角洲地区与粤西和广大山区以至大西南等地联系的枢 纽,地理位置优越使其成为最富有发展潜力的珠江三角洲西翼的重要城市。2002年 11月 18日,国务院做出了调整佛山市行政区划的决定,撤销原佛山市城区和石湾区以 及由佛山市代管的南海市、顺德市、三水市、高明市,形成“一市辖五区”(即辖禅城区、南海 区、顺德区、三水区、高明区五区的管理体制,如图 2-1所示。 图 2-1 佛山市行政区划图现市域总面积 3813.64平方公里。根据户籍人口统计,至 2006年末,佛山市常住总人口 580.02万人, 其中城镇人口约 34

10、3.70万, 已进入城市化的高速发展阶段, 为今后大幅度提升城市化水平提 供了基本保障。2.2 社会经济佛山市自改革开放以来,以率先基本实现现代化为总目标、总任务统揽全局,以发展为主题, 以结构调整为主线, 以制度创新和科技创新为动力, 全市经济近年来保持了较好的发展势头, 2001年国内生产总值首次突破千亿元大关,综合实力不断增强。佛山市社会经济得到了高速发展,综 合经济实力迅速增强,资本原始积累阶段已基本完成,并处于工业化加速期向工业化成熟期迈进 的阶段。自 1981年到 2006年的 25年间,全市国内生产总值由 20.96亿元到 2926.72亿元,年均增长率为 21.84 %,见表

11、2-1、图 2-2;人均国内生产总值由 876元增加到 50207元,年均增长率为 17.57%,见 图 2-3 。表 2-1佛山市全市国民经济统计指标变化情况 数据来源:佛山统计年鉴图 2-2 佛山市历年国内生产总值变化情况 图 2-3 佛山市历年人均国内生产总值变化情况2.3 产业结构佛山市近年来不断加强三大产业的调整,促使一、二、三产业协调发展, 2006年国内生产总 值达 2926.72亿元, 第一产业增加值 77.98亿元, 增长 3.5%; 第二产业增加值 1840.44亿元, 增长 23.2%; 第三产业增加值 1008.30亿元, 增长 14.4%。 第一产业增加值、 第二产业

12、增加值和第三产业增加值占 生产总值的比重分别为 2.6%、 62.9%和 34.5%。产业结构从“二、三、一”向二、三产业并举转变, 如佛山市 2006年各产业的比例如图 2-4所示。第三产业仅为第二产业的一半,与佛山市的发展和定 位是很不相称的,第三产业的发展受到了抑制,原因之一是交通的发展跟不上经济的发展步伐, 使第三产业的发展没有支撑,加大交通的规划力度是解决此问题的最好办法。 第一产业3%63%34%图 2-4 佛市 2006年各产业比例(%农业生产在结构调整中平稳发展。全市围绕调整农业结构,提高农业效益的目标采取了一些 有效措施,在调整优化种植内部结构,改善农业品种结构,推动基地化生

13、产方面加大力度。农村 经济运行良好,实现了农业增效、农民增收和农村稳定。 2006年全年农业总产值 166.13亿元,比上 年增长 4.0%。农村经济的快速增长,促进了农村的城镇化速度加快,也促使了城乡一体化的进程, 从而对交通运输提出了挑战。全年全部工业总产值 7070.80亿元,比上年增长 23.4%,其中,规模以上工业总产值 6240.80亿 元,增长 25.6%。完成全部工业增加值 1795.00亿元,增长 23.9%,其中,规模以上工业企业完成增 加值 1575.00亿元,增长 26.0%。在规模以上工业中,轻工业产值 2996.00亿元,增长 23.4%;重工业 产值 3244.8

14、0亿元,增长 28.1%。2.4 现状人口现市域总面积 3813.64平方公里,根据 2000年第五次人口普查结果,佛山市总人口为 5337709人,其中户籍人口为 3283532人,常住本地人口为 2901828人,外来人口为 2402863人。户籍人口统 计,至 2006年末,佛山市总人口 358.06万人,其中城镇人口约 356.32万,可见随着佛山市经济的高 速发展,佛山市户籍和外来人口增加迅速,并且进入了城市化高速发展阶段。根据佛山市历年人口变动情况,如图 2-5所示,佛山市户籍、人口密度见表 2-2。 图 2-5 佛山市历年人口变动情况表 2-2 佛山市户籍、人口密度 数据来源:佛

15、山统计年鉴2.5 城市交通发展状况表 2-3为佛山市机动车历年的变化情况, 从表中可见,近年佛山市处于经济快速发展阶段, 机 表 2-3 佛山市机动车历年变化 动车拥有量迅速增长,佛山市机动车增长率高达 12.53%,其中摩托车年平均增长 7.88 %。 2005年, 佛山市机动车保有量已达 175.53万辆, 其中摩托车 133.0万辆, 摩托车占机动车的比例竟高达 75.8%, 这在其他城市都是很少见的。在佛山市全方式出行中,乘摩托车出行占较大比例,呈现出对摩托 车交通较大的依赖性,这是导致目前佛山公交车分担率低下的直接原因之一。根据城市道路交 通规划设计规范,在动态交通中,五辆二轮摩托车

16、所占据的道路资源与一辆大客车相等,其载 客人数却远低于一辆标准公交车,大大降低了道路的使用效率。摩托车尾气对环境的污染也不容 小视,在空气质量与噪音污染中,摩托车的“贡献率”分别占所有机动车的 90%和 70%。可见, 摩托车的大量存在对佛山市的发展造成了严重的威胁,抑制了公共交通的发展速度,造成城市的 管理混乱,并不利于发展“大佛山”的概念。政府应针对此问题,出台相关政策,从控制到取代 逐步进行,为以后的交通健康发展提供基础,否则以后的交通状况将难以控制。由表可见,客车(主要是小汽车的增长率总体大于摩托车增长率;近年来摩托车增长放缓, 2005年客车增长率为 23.5%,同期摩托车的增长率仅

17、为 6.7%。这表明随着人民生活水平的提高, 小汽车进入家庭的步伐正逐渐加快;同时由于政策法规对摩托车的限制作用,已经产生了客观的 效果。2004年佛山各种运输方式共完成客运量 13655.0 万人,比上年增长了 12.5%;货运量 15848万吨,比上年增长 18.2%。 2004年佛山完成公路客运 13438万人,货运量 12138万吨,分别占综 合运输总量的 98.41%、 76.59 %。佛山市近年来客货运输一直呈增长趋势。客运方面,公路运输 占主导地位,铁路客运增长速度较慢,水运有逐步萎缩的趋势, 2004年铁路和水运合计客运量不 到客运总量的 2%。航空运输在整个佛山交通运输中所占

18、比例相当小,并且呈萎缩趋势。货运仍 然是公路占主导地位,水运的地位逐渐下降,铁路货运量逐年减少。随着公路网络和公路站场建 设的日益完善, 公路运输在综合运输体系中的主导地位还有进一步增强的趋势。 如 2006年完成的 佛山一环, 将使佛山的交通运输更加顺畅, 也促进了运输业的发展, 促进了佛山经济的快速发展, 使佛山与周边城市的联系更加紧密,为佛山未来的发展打下了坚实的基础。3. 佛山市居民出行特征分析城市居民出行特征分析主要是根据已有的佛山市中心组团 2002年交通规划调查的数据进行 分析总结,分析佛山市居民出行的方式、目的、时间段、不同的年龄与职业等的出行特征,还有 摩托车的出行特征,并对

19、人们选择公交出行决策心理特征进行分析,从而分析佛山市的交通现状 所存在的问题和公共交通的瓶颈,为交通的规划提供定性的分析和预测的数据。3.1 居民出行次数分析根据佛山市中心组团全方式全目的的居民出行总量调查(表 3-1所示分析:日人均出行次数 2.45次,日人均机动化出行次数约占总出行次数的一半,为 1.23次,相对其它城市均高,如表 3-2所示。从表 3-1中还可以清楚地看出,佛山市中心城区人口最集中,出行量最大,机动化出行程度 南海桂城区最高,石湾区略低。表 3-1 调查区域出行总量情况表 表 3-2 我国部分城市居民人均出行次数比较 次 /(人·天从顺德居民出行调查数据中可以看

20、到,出行次数按照常住人口(2.25次 /(人·天、暂住 家庭人口(2.02次 /(人·天、暂住集体户人口(1.64次 /(人·天逐步递减,这表明出行 次数与出行者的家庭类型密切相关。佛山市中心组团 2006年末年末全区户籍人口为 59.13万人,暂 住人口 45.25万人,暂住人口比例很高,因此其对公共交通客流的生成有较大的影响。同时如表 3-2所示,国内外城市居民出行调查的结果表明,居民人均日出行次数是基本稳定 在 2.03.5之间。居民人均日出行次数呈现从小城市到大城市递减,从经济不发达城市到发达城 市递增的规律,即出行距离短、出行时耗短、出行成本低则出行次数

21、多;反之出行距离长、出行 时耗长、出行成本高则出行次数少。3.2 居民出行方式分析出行方式结构,一般指城市居民日常出行采用各种交通工具的人数比例,是反映城市交通发 展水平的一个重要指标。居民出行方式一般分为步行、自行车、公交车、出租车、摩托车、单位 车、和其它等 7种。同样的出行总量,不同的出行方式结构对城市交通系统的要求有很大的差异。 如将佛山市的出行方式划分为机动化和非机动化, 则机动化比例高达 52%, 略高于非机动化出行比 例,见图 3-1所示,由此可见佛山市的经济发展水平是比较高的。 52%20%步行28%图 3-1 佛山市居民出行机动化水平佛山市中心组团居民步行出行中, 原城区和原

22、石湾区均超过 25%, 而原南海市的桂城区步行低 于 20%;自行车出行中以桂城区所占比例最高,占 23.03%,原城区和石湾区均在 20%以下;摩托车 是中心组团最主要的交通工具, 桂城区和石湾区均占 40%以上; 而公共交通是佛山市最薄弱的环节, 公交出行方式三个区均低于 5%,城市的公交化水平很低,主要原因是居民的摩托车拥有量过高。 原城区的步行、自行车、摩托车、私家车四类交通方式占全部出行的 66.31%,可见佛山市是一个 以私人交通方式为主的城市。详见表 3-3所示。同时与国内其它经济较发达的城市相比较(如表 3-4所示,佛山市居民出行中,摩托车出 行的比例也明显过大,而公交出行所占

23、比例仅为 4.79%,而一般的现代化大城市,公交出行比例较高, 一般达到 20%以上, 如杭州市 2004年占到 25.2%, 武汉市 2003年占到 21.7%, 北京市 2004年则达到了 27%。这很明显与佛山市本身的定位很不相符,政府应该加强此方面的职能管理,通 过政策来调整公交在城市出行中的比例,让交通更加畅顺、合理。表 3-3 分区出行方式表 表 3-4 国内部分大中城市出行方式统计 3.3 居民出行目的构成分析将居民出行目的分为上班、上学、回家、其它四大项,见图 3-2所示,可以看出:四大项出行 目的中最多的是回家,这是因为与大部分出行目的相应的均需回家,因此很多城市的居民出行目

24、 上班 9%回家 43%其它图 3-2 居民出行目的构成的中最多的是回家,这是因为与大部分出行目的相应的均需回家,因此很多城市的居民出行调查 中,回家出行的比例大多接近 50%,本次调查与此结论相近。从表 3-5中可知上班、上学引起的比 例之和为 30.2%, 加上这两种出行的回程, 因上班、 上学所引起的出行比例约为 60%。 同时从表 3-6摩托车出行目的分布中可以看出上班、上学、回家占了 77.83%,因此,解决好上班、上学及回家 的交通问题,是完善佛山市区城市客流交通的主要内容。表 3-5 分区目的出行比例表 表 3-6 摩托车出行目的分布 3.4 居民出行方式不同年龄段和职业的分析不

25、同年龄段出行情况见图 3-3所示。 从图中可以看成, 615岁均为中小学生, 日平均出行次数 为 2.78人次, 这是因为部分学生有可能中午回家吃饭, 因此日均出行率最高。 学生中的小学生由于 年龄小大多就近上学,因此以家长机动车接送和步行居多;中学生已有能力骑自行车,故骑自行 车的比例最高;同时由表 3-7中可得,学生的步行比例占其全方式出行的 41.1%,自行车出行占其 全方式出行的 37.7% ,二者之和占其总出行的 78.8%。 图 3-3 不同年龄段出行情况表2645岁年龄段的人是就业的主力, 出行率也较高, 且机动化出行最高, 日均出行率在 2.67 次以上; 55岁以上的人,已步

26、入老年,随着年龄的增长,出行率逐渐降低,机动化程度降低更快; 大于 70岁的老年人,出行率为 2.05次,机动化出行率仅 0.24。而且机关企事业管理人员、职员、商业服务业工作人员生产及运输工人等,其摩托车出行 比例占全方式出行量的 50%65%之间,个体经营者、农林牧渔劳动者、其他等,其摩托车出行比 例占全方式出行的 40%50%之间。表 3-7不同职业的出行方式 3.5 居民出行时间分布分析在全天有早晚两个高峰时段,早高峰时间在 78点,是全天交通流量最大的时间,其出行量, 约占全天出行量的 20%, 晚高峰时间在下午 56点,出行量略低于最高峰, 其出行量, 约占全天出 表 3-8 高峰

27、期出行比例表 行量的 15%。除此以外,还有两个次高峰,在中午前后,即 1112点和午后 12点,主要是中午很 多学生和职工回家吃午饭, 这两个时段的出行量, 约占总出行量的 15%左右, 高峰期出行比例见表 3-8。全天出行量最低的时段在早晨 6:00以前,晚上 19:00以后及上午 1011点和下午 1516点。因此,交通规划者应该正确处理这两个高峰时段的交通分流问题和公共交通问题。3.6 居民出行平均时长与距离分布分析从表 3-9和表 3-10中可以看出佛山市居民步行出行平均时间均为在 15分钟左右,骑自行车 出行时间平均在 1718 分钟,也就是步行出行距离在 1公里左右,自行车平均出

28、行距离在 4.5公里以下,骑摩托车的平均出行距离为 8.5公里,汽车出行(含公交、出租车、班车、单位业务 车、私家车等时间平均距离都在 10公里以上。表 3-9 出行平均时长表 (分钟 表 3-10 各类机动方式出行平均时间及平均距离3.7 城市居民公交出行决策心理特征表 3-11为摩托车司机至公交站步行时间分布 7。从表中可知, 66%的摩托车司机从工作或学校 到最近公交站的步行时间不到五分钟,但是他们仍选择摩托车作为出行的第一选择,是因为居民 对现行佛山市公交的运营现状及服务水平还不够满意,公交系统未能达到“易达、便捷、舒适”。 可见,居民对出行方式的选择是受多种因素的影响的,而在许多因素

29、中个人决策心理特性是主体, 人们会选择自己较为满意的出行方式。 经过分析, 选择公交出行决策心理特征 8主要有以下五种主 要因素。表 3-11 摩托车司机至公交站步行时间分布 方便、舒适的公交系统是影响居民是否选择公交出行的主要因素。方便、舒适的内涵很广, 到站和离站的时间短也是其包含的内容。佛山市居民从出发点到公交站的时间在五分钟内的比例 占 60%以上,可见其公交站点的布设还是挺合理的,在规划中应该予以保留。从另一面分析,到 站和离站时间的长短是居民选择搭乘的一个影响因素,因此是衡量公交服务水平的一重要指标。 同时居民反映车内太挤、不方便,这是造成佛山市摩托车占出行方式比例比别的大中城市高

30、的原 因。规划者在规划过程中,应从人性化的角度出发为居民提供方便舒适的公交,综合考虑站点的 布设和土地利用布局,减短到站和离站时间。公交车辆的多少即发车频率直接影响到乘客的候车时间。 2004年底,佛山市各类公交车总计 959标台,公交车拥有率达 6.55标台 /百万,发车的平均距离在 920分钟左右。同时根据对佛山居 民的调查可知,乘客的候车时间一般在 510分钟内,是较为合理的候车时长,乘客一般都可以接 受。但是有时候多辆一起经过,造成半小时也没有等到车,乘客会产生厌恶的心理,影响对公交 的信心度。随着佛山市近几年的快速发展,人口的不断增长,特别外来人口的快速增长,居民对 公交的需求量与实

31、际的公交量已经出现了矛盾,但是这矛盾又不能得到解决,居民只能选择别的 出行方式摩托车。因此说明了候车时间的长短直接影响到出行方式心理的决策,当候车时间 过长,居民只好放弃公交出行的方式,选择一些更方便、舒适、快捷的出行方式。最大限度地减少换乘是城市公交客运系统规划的目标之一,从出发地上车直接到达目的地下 车,其可达性高,居民方便,但是当换乘系数太低,也并非一个好的规划,说明路线在布设上的 过分集中,乘客无车可转的窘态。如 1996年佛山市调查时的乘客换乘率为 1.049, 2002年调查的乘 客换乘率为 1.21,在看到有所增长的情况下,更应看其均小于规范规定的中小城市 1.3,大城市的 1.

32、5水平。所以换乘次数对公交的选择影响也较大,次数过多,出行不方便,换乘率过低说明路线线网规划的不合理性,因此规划者应该控制好换乘率。票价的高低直接影响了搭乘者的选择,如果票价过高消费者觉得不经济,就会选择别的出行 方式;如果票价过低,优惠了广大的消费者,但是未能满足公交公司的运营,也未能保证服务质 量。经过调查所示,普遍认为佛山市的公交费用还是过高,人们的经济水平难以维持。因此为了 吸引市民,公交车的票价不宜太高,政府要在一定时期内制定扶持政策,帮助公交公司降低成本。 同时,职能部门要帮助公交企业做好交通流量的预测,使新开的公交线路有稳定的客源。车上服务水平的内涵是很广的,它包括了舒适性、交费

33、的难易等等。现今佛山市的公交大部 分都是空调车,乘客的满意度还是较高的,但是有些线路的人太多,造成车内很逼,还有小偷的 经常“关顾”,造成部分人选择了摩托车的出行。佛山市公交普遍用上了电子收费和自动投币的 方式,乘客交费都是比较方便、快捷。因此,提高车内的服务水平也是鼓励人们选择公交的因素 之一,有些城市引进了大容量铰接式公交车,提高了公车的质量和容量。通过以上对居民公交出行决策心理特征分析,可以知道人们出行对公交的选择受平均到站时 间和平均离站时间、平均候车时间、换乘的频率 、票价的高低、车上服务水平四个主要因素的影 响,如果要大力发展公共交通系统,首先应该对决策心理特征有所了解,才能在公交

34、的规划过程 中考虑这些因素的解决方式。在后文对近期的公交线网规划的优化分析中,选择分析的元素过程 中就考虑了以上的出行决策特征的五个主要因素。在国外的许多大城市的公共交通规划中,规划者融入了公交出行决策心理特征因素,出台了 许多比较人性化的政策,因此它们的公交系统是比较发达的,在出行方式中公交的占有量都是比 较大的。如库里蒂巴为了解决穷人区的穷人负担不起乘车的费用,出台可以通过清扫垃圾来获得 公共汽车车票。类似的人性化规划还用很多,如广州的 76路线从西北角的教师村开往地处东南角 的大学城,斜穿大半个广州市,在规划理论中是不合的,但考虑到方便老师的出行,此为人性化 的考虑,因此也是应该考虑的因

35、素。4. 佛山市公共交通客流生成预测模型经济越发达的城市,人们对物质享受的要求越高,居民生产、生活活动越丰富,出行行为心 理越复杂,由于受这些复杂因素的影响,城市公共交通客流的生成预测越复杂和困难。生成量预 测作为现今常用的传统四阶段法的第一阶段, 其预测方法的可靠程度对接下来的三阶段的预测精 度影响越大。居民出行生成预测的常用模型有生成率模型、类别生成率模型、回归分析模型、类 别回归分析模型等。为了提高预测的精度,可以对发生、吸引量分别进行预测,前者以城市居民 的社会经济特性为主,后者以土地利用形态为主。4.1 常用的出行生成预测方法及模型国内外运用的较为成熟的出行预测方法有生成率模型、类别

36、生成率模型、回归分析模型 1等 等。 这些模型都在许多城市的出行预测中运用、 改进, 有其缺点和局限性, 同时应该看到其优点, 选择对规划城市适用的模型是主要的。此类模型是从 O D 调查中,得出单位用地面积(单位人口或单位经济指标等交通生产、 吸引量,如果假定其是稳定的,则根据未来各交通区的用地面积(人口数量或经济指标等便可 进行交通生成的预测。公式为:a S G i i = (4-1 式中:i G 各交通小区未来交通生成量;i S 交通小区未来土地使用面积;a 现状年单位土地面积交通产生、吸引交通量。一般只适用于快速分析,因为其生成率是通过对一些特殊的地段进行调查取得的,如美国各 种类型建

37、筑用地的出行指标 (生成产生率或吸引率 就是采用若干有代表性地方的平均值得出的。 如果我们仅是对其进行短时间的规划、改造,便可运用此类方法,可达到经济、快速的目标,但 对较长时间的规划是很不利的。类别分析模型突出以家庭为分析单位, 根据对出行起决定作用的各因素将整个对象区域的家 庭划分为若干种类型。类别分析法认为在同一类型的家庭中,由于主要出行因素相同,各家庭的出行次数基本相同,将各类家庭单位时间内的平均出行次数称为“出行率”。并假定各类家庭的 出行率一直到规划年都是不变的。 于是剩下的就是确定各类家庭的出行率和预测未来规划年每个 分区中各类家庭的数目。公式为:=ssi s i s si s

38、i r a N N a P (4-2式中:i P 分区 i 规划年每个单位时间出行产生量;s a 全市规划年第 s 类家庭的出行率;si N 第 i 分区的规划年第 s 类家庭的数目;i N 第 i 分区规划年各类家庭的总数目;si r 第 i 区规划年第 s 类家庭的比例。由于假定出行率的不变性,造成在经济高速发展的地区的出行预测远远偏少,会使规划的交 通量等不能适应发展的需求和人们出行方式的选择等等。并且其分区与住户类型的不同等等,也 是要仔细考虑的问题, 否则其精度也无法满足规划的要求。 但其也有许多优点, 如:地区转移性、 资料的有效运用等等。回归分析模型是根据调查资料,建立交通产生或

39、吸引与其主要影响因素之间的回归方程,利 用所建立的回归方程进行交通生成预测。回归分析模型以交通小区的出行生成量为被说明变量, 以其相应的社会、经济变量如:交通小区的土地面积、人口数量等等为说明变量,脚力被说明变 量和说明变量之间的线性关系,然后进行关系的外推,来预测未来年内被说明变量的变化。公式 可为以下三类: +=kik k i x aa T 0 (4-3 =k ik k i x a a T 0 (4-4 =k ik k i xa a T exp 0 (4-5式中:i T 分区 i 规划年每单位时间内的出行产生量(吸引量;0a 关系常数项;k a 变量的相关系数;ik x 规划年每单位时间内

40、说明变量指标。回归分析是为了求得对象区域的因变量与相关的说明变量 ik x 之间的关系,其中 0a 、 k a 是采 用最小二乘法算出的,而且 ik x 是通过逐步相关筛选定出来的。回归分析模型考虑了客流生成与其主要影响因素之间复杂的关系,虽然影响因素的变化较 大,只需在选择说明变量的时候慎重。同时其考虑的因素只能是连续变量,而且必须是定量的社 会指标,对于非定量指标的影响,回归分析模型不做考虑,造成一些因素的忽略,但却简化了模 型,使其更具有可操作性,对近期的预测精度是满足的。除了以上介绍的运用较为成熟的模型外,研究者在其基础上提出了不同的模型,并且在一些 城市也得到拉应用,如类别回归分析、

41、神经网络模型等等。类别回归分析模型是分析交通生成的影响因素,将它们组合成不同的类别,对各种类别分别 建立生成量与其影响因素间的回归方程,即类别回归分析模型。交通生成的影响因素包括社会政 治经济发展水平,居民的职业、年龄、性别、收入,上班和上学时间制度等。因此,必须研究影 响因素间的联系,以及各影响因素于交通生成的关联度,避轻就重,从而起到既能简化预测工作 又能保证一定预测精度的作用。神经网络模型是以建立公交客流生成量预测的三层 BP 神经网络(输入层、隐层、输出层, 以土地利用、人口数以及区位系数作为输入神经元,输出神经元为公交客流的产生量和吸引量, 隐层神经元数根据最大相对误差最小为目标试算

42、求得。 城市交通网络的某路段在一定时期内几何 结构不会发生巨大的变化,并且交通需求情况较稳定(或变化缓慢,可以认为在一周内交通流 的时空分布是稳定的,由于其具有高度时变和非线性的特点,所以采用分形数学建立的模型可以 达到尽量准确预测的目的。4.2 建模软件的介绍 SASSAS 为 “Statistical Analysis System” 的缩写 9,意为统计分析系统。其为美国使用最为广泛的 三大著名统计分析软件(SAS , SPSS 和 SYSTAT 之一,是目前国际上最为流行的一种大型统计 分析系统, 被誉为统计分析的标准软件。 SAS 是数据管理和分析软件包, 能够完成各种统计分析, 矩

43、阵运算和绘图等。本文应用其统计模块(STAT 的回归分析,对出行量进行多元线性回归分 析,来建立操作性强和简单的模型,为规划者提供交通规划软件的新支持。4.3多元线性回归分析模型本文采用佛山市 2002年的出行量调查资料, 建立多元回归分析模型, 影响客流生成量的因 素只考虑以下几种:面积、人口、工业总产值、国内生产总值。但是经过相关性分析,工业总产 值和国内生产总值相关性很大,所以仅取工业总产值;同时考虑到面积是一不变量,对出行量的 影响反映不出,因此忽略此两影响因素。(如表 4-1所示的数据表 4-1 佛山市中心组团 2002年影响出行生成基础数据表 (a (b图 4-1 Y 与 1x 、

44、 2x 之间的散点图(a Y与 1x 之间的散点图 ; (b Y与、 2x 之间的散点图现建立以出行量为 Y ,人口和工业总产值分别为 1x 、 2x 的回归模型,运用 SAS 软件进行 运算,通过软件里的最小二乘法对上表中的调查数据进行回归,可以得到图 4-1 Y与 1x 、 2x 之 间的散点图和表 4-2回归方程系数与检验中所示的结果。由表 4-2可知,多元回归模型可列为以下公式:Y=14478.41x +4772.512x (4-6以上公式中的系数表明:当人口每增长 1万人,出行量将会增加 14478.4次;当工业总产值每增加 1亿元,出行量也将相应增长 4772.51次。表 4-2

45、回归方程系数与检验 从表 4-2中还可以看到,线性回归方程的检验为:2R =0.929, Pr>F为 0.0004。这些结果均表 明 Y 与 1x 、 2x 之间的线性关系是明显的,并且从散点图 4-1中可以看到 Y 与 1x 、 2x 之间的离散性 较小。检验都通过,因此本模型可以运用与未来预测年内的出行量预测当中,我们只需要对预测 年内的人口数量和工业总产值进行预测,得出的预测量代入本模型中,便可得到所需的出行量预 测值,在四阶段法中的后三阶段便可运用此值进行后续的分析和预测。为了运用以上模型对 2010年的出行量进行预测,首先要知道 2010年的人口数量和工业总产 值。因此要准确地

46、预测出行量,必须得到预测精度较高的人口数量和工业总产值,否则会影响到 出行量预测的精确, 本文采用时间序列的方法 10, 可以较为准确地预测 2010年的人口和工业总产 值。所谓的时间序列即是一种定量预测方法,亦称简单外延方法。时间序列法的一种方法是把预 测对象、预测目标和对预测的影响因素都看成为具有时序的,为时间的函数,而时间序列法就是 研究预测对象自身变化过程及发展趋势。时间序列法仅适用于短期预测比较有效,若用于长期预 测,还必须结合其它方法才行。本文把人口和工业总产值看成预测的对象,把从 1994年为第一年 到 2004年为第 10年的数据进行时间序列,一直预测到 2010年为第 16年

47、,得到 2010年人口和工业总 (a (b图 4-2 祖庙的人口和工业总产值的时间序列曲线 (a 人口时间序列预测曲线 ;(b 工业总产值时间序列预测曲线产值的预测值,由于预测的是六年的预测值,因此其预测值的可信度是满足的。预测结果如图 4-2(a为对祖庙的人口时间序列预测曲线和图 4-2(b为祖庙的工业总产值时间 序列预测曲线,曲线中已经对祖庙 2005到 2010年的人口和工业总产值进行了预测,对其它的街道 同样采用时间序列进行预测,得出的 2010年的预测值如表 4-3所示。表 4-3 2010年对原城区的各街道出行量的预测 得到 2010年各街道的人口和工业总产值的预测值后, 可以运用

48、上述回归模型式 (4-6 进行出 行量的预测,预测结果见表 4-3所示。可见运用回归分析的方法是比较简便的,只要对回归方程中的变量进行了预测后即可以得到 出行量的预测,不过在进行回归分析的过程中我们要选择好变量,变量的选择好坏将会影响到回 归方程的拟合优度,本方程的拟合优度是比较高的,因此其预测精度是满足近期的预测需要的。 总之,出行量预测模型建立的优劣,并不在于是否复杂、新旧,而应该结合其规划地的实际 情况和规划的目的进行选择。 本文选用回归分析模型是基于佛山市对交通调查的有限性和影响因 素的复杂性,同时有大量的相关、成熟的软件如:SAS 、 SPSS 辅助预测,本文选用了 SAS 软件对

49、佛山市的出行量调查进行了处理,并可对结果进行较充分的解析,为下几阶段的分析提供了较可 靠的基础。5. 中心组团近期公交线网规划的优化分析5.1 中心组团公交线网现状佛山市中心组团主要由原城区、石湾区、桂城、南庄、乐从、北滘、陈村和罗村等组成。佛 山公共交通有限公司和南海公共汽车公司分别运营城区和石湾区的公共交通、桂城、南庄的公共 交通,此自成体系的公交线网严重阻碍了佛山市中心组团的迅速发展,也与发展大佛山的概念并 不相符。佛山市中心组团城市公共交通规划对公交线网进行了规划,以加强佛山市中心组团 各个组成部分的紧密连接,形成完整统一、高效便捷的公共交通网络为主。同时,佛山市中心组团城市公共交通规

50、划对现状公交线网进行了分析、剖解,提出几点 有效的规划:(1随着市场经济的深入,佛山市周边村镇的城市化发展已具有相当规模,其与佛山市中心 城区的联系已越来越密切,与中心城区的交通需求也日益增加。因此本规划的公交线网 也应满足佛山市城乡一体化的需求,加强周边村镇与佛山市中心城区的联系;(2佛山市公共交通线网在功能结构上分为三个层次快速公共交通线路、常规公共交通 线路和公交一体化(城巴线路;(3“打通禅(城桂(城新(城区、辐射中心组团的周边地区”是佛山市中心组团近 期公交规划方案的主要特点。5.2 近期线网规划的方案近期公交线网根据现有公交线路的布局 (如附录表 1所示,维持现状不变的公交线 17

51、条, 调整线路 28条,新增线路 30条,另外包括南海公交在中心组团内的 18条线路,近期公交线路共计 93条。5.3 近期规划线网的优化分析本文应用 SAS 软件,采用其聚类分析 10的方法对近期线网进行分析,作为对近期线网规划评 定的一个参考。聚类分析是取意于“人以群分,物以类聚”这一俗语,即将一组事物根据其性质 上亲疏远近的程度进行分类,把性质相近的个体归为一类,使得同一类中的个体具有高度的同质 性,不同类之间的个体具有高度的异质性。为了分类的合理性,必须描述个体之间的亲疏程度。 对此,通常有距离法、相关系数法等等。距离法是将每个样本看成 m 维空间的一个点,在 m 维空 间中定义点与点

52、之间的某种距离;相关系数法是用某种相似系数来描述样本之间的关系,如相关系数。聚类的方法较多,如谱系聚类法、系统聚类法等等。本文采用的是谱系聚类的方法,也是目前运用较普遍的一种聚类方法。它首先视各样品(或 变量聚类成小类,再将已聚合的小类按其相似性再聚合,随着相似性的减弱,最后将一切子类 都聚合到一大类,从而得到一个按相似性大小聚结起来的谱系关系。采用最短距离法即是两类中 元素之间距离最小者, 并依此逐次选择最 “靠近” 的类聚集的方法, 如图 5-1最短距离法中的类间 距离。 图 5-1 最短距离法中的类间距离类间最短距离的公式如下:474746453736352726251716157, 6

53、, 54, 3, 2, 1, , , , , , , , , , , mind d d d d d d d d d d d d d = (5-1线路的长度是线网是否优化的一个重要性的指标, 在一般的评定指标中选用的是线路平均长 度,考虑到佛山市是一组团式的快速发展城市,同时其发展理念是“大佛山”,线路平均长度已 经不能反映其线网规划的合理性。因此,本文选用线路的长度作为一个分析元素,对其进行聚类 分析。 图 5-2 最短距离法聚类过程(长度 图 5-3 最短距离法分三类结果(长度通过聚类的方法, 把中心组团近期规划的公交线网聚成三类, 聚类的过程如图 5-2所示, 聚类 后的结果如图 5-3、

54、图 5-4和表 5-1所示:表 5-1 中心组团近期规划的公交线网聚类(长度 从第一章的佛山市的经济分析中可以看到,佛山市的市区内的第三产业发展较快,带动人们 的出行,出行对出行的方式选择,但在前两章中的分析知道佛山市居民选用摩托车出行占了 40%以上,而公交所占比例 5%都不到,可见公交的服务水平不够,线路太少,未能满足居民的出行 需求。同时,佛山市城乡化进程迅速,城乡之间的交流紧密,城乡公交的一体化势在必行,打破 城乡二元分割,共享城市公交资源和文明成果,使广大农村人口出行方便、快捷。从上表可以看到,运用最短距离法把 93条线路分为三类:短线、中线、长线。现对上表的三 类线路的特征分别进行

55、解析和分析:(1 在表 5-1和谱系图 5-4中可以看到, 在此规划中规划了 82条短线路, 其占了线路的大部分。 由于佛山市城区内的居民出行要求量较大,出行的距离较短,为了方便人们的出行,应该布置较 多的公交线路,形成线路网络。人们在出行的过程中可以根据需要选择换乘线路,因此短线路占 绝大部分是合理。(2中线和长线基本是为了满足中心组团向外辐射各城镇,经济的快速发展已经使佛山各 城镇的产业结构发生了变化,使各城镇的来往更加密切,人们的出行也不再局限于小区域内,为 图 5-4 佛山市近期公交线网规划聚类分析谱系图(距离了使各城区之间和城乡之间可以共享各地资源,满足人们各种的出行目的,中长线的要

56、求也是很 迫切的,在谱系图中可以看到中长线路规划了 11条,在佛山市城乡化的迅速发展,近期规划的中 长线路还是不够密,应该加密中长线网的规划,方便人们的远行要求。仅选用距离作为线网的优化指标是不完善的, 因为其并不能完全反映出线网规划的目的和意 义,只能反映出出行的直达性指标,对于人们的乘车时间和换乘率并未考虑,在评价中不能细化 线网的规划情况,规划者只能笼统地对线网进行分析,造成某些方面的考虑不周,不能及时进行 修整。中途站的个数即反映了行车的时间和速度,也反映了人们可换乘的换乘率,同时中途站的 合理设置关系到交通的顺畅性和线路网络的合理性。为此,为了细化分析的结果,对规划的线路 作出合理的

57、优化评价,指导规划者对线路进行更加合理的优化,本文选取近期规划的公交路线长 度和中途站数两个指标作为公交线网聚类分析的元素, 与单独选取长度为元素进行聚类的结果对 比分析,从而得到更好的优化分析。采用长度和中途站数为元素,运用聚类分析中的最短距离法进行分析,可以得到下图 5-5 最 短距离法聚类过程和图 5-6最短距离法分四类结果以及图 5-7佛山市近期公交线网规划聚类分析谱 系图。 图 5-5 最短距离法聚类过程(长度与中途站从谱系图中可以较为直观地看出分析的结果,选用的两个聚类元素长度和中途站,可以把线 路聚类成以下四种类型,如表 5-2所示。 图 5-6 最短距离法分四类结果(长度与中途

58、站表 5-2 中心组团近期规划的公交线网聚类(长度与中途站 对由长度和距离为聚类元素聚类的结果与由仅由长度为元素聚类的结果进行分析、对比,可 以看出以上的分类缺少了中线这一类,其把中线归入了短线中,增大了短线的区间距离。虽然规 划者可以分析其短线和长线的规划情况,但是却不能分析较中等距离的城乡之间、接驳站之间和 某些需要环城的公交线网情况,此种分类是不够合理的,未能细化线路的特征,忽略了一些重要 的因素,按图 5-7佛山市近期公交线网规划聚类分析谱系图 (距离与中途站数 进行了新分类,考虑 到分类太细会增加线网规划的影响因素,为此把其归为以下五类,如表 5-3中所示。表 5-3 中心组团近期规划的公交线网聚类(重新分类 经过重新分类后,各