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1、第 3 7卷第 3 期 2 0 0 5年 3 月 哈尔滨工业大学学报 J OURN AL OF HARB I N I NS T I T UT E OF TE C HN OL OGY vo L 3 7 Nm 3 Ma r，2 0 0 5 哈尔滨市交通模型建立及应用 吴阅辛，白仕砚，刘冠华(哈尔滨市城市规划设计研究院，黑龙江 哈尔滨 1 5 0 0 0 1，E-m a i l：g u a n h u a_I 1 6 3 c o m)摘要：为了准确把握城市各种条件下的交通状况，提高模型的精度，为交通决策提供可靠的数据支持，开 发 了人员和车辆两套模型，通过二者的匹配，达到提高模型精度的 目的同时，模
2、型针对哈尔滨寒地城市 自 行车出行方式比重较少的特点，采用 了步行和 自行车方式预划分，机动化方式先分布，后划分的模 型该模 型在实践中收到 了良好的效果，对城市交通规划 中交通模型的确立及改进具有一定的参考价值 关键词：交通模型；交通预测；交通规划 中图分类号：T U 4 9 1 文献标识码：A 文章编号：0 3 6 7 6 2 3 4(2 0 0 5)0 3 0 4 2 9 0 4 Es t a b l i s h me n t a n d a p p l i c a t i o n o f Ha r b i n c i t y t r a n s p o r t a t i o n mo
3、 d e l W U Yu e x i n。B AI S h i y a n。L I U Gu a n h u a (H a r b i n u r b a n p l a n n i n g and d e s i g n r e s e a r c h i n s t i t u t e，H arb i n 1 5 0 0 1 0，C h i n a，E-m ail：gna n h u a_I 1 6 3 c o rn)Ab s t r a c t：I n o r d e r t o a c c u r a t e l y ma s t e r t h e t r a n s p o r
4、t a t i o n s i t u a t i o n u n d e r a l l k i n d s o f c o n d i t i o n s，i mp r o v e t h e p r e c i s i o n o f t h i s mo d e l a n d p r o v i d e c r e d i b l e d a t a s u p p o rt f o r t r a n s p o rt a t i o n d e c i s i o n，p e r s o n n e l a n d tr an s po rt a t i o n mo d e l
5、 s a r e e s t a b l i s h e d T h e p r e c i s i o n o f t h e mod e l c a n b e i mp r o v e d b y c o m bi n i n g the a b o v e t wo mod e l s Ai me d a t t h e c h a r a c t e r o f l e s s p rop o rti o n o f b i c y c l e s i n Ha r b i n u r b an t r i p mo d e i n wi n t e r，thi s mod e l
6、a p p l i e s t h e mo d e wh i c h d i v i d e s t h e wa l k i n g a n d r i d i n g b i c y c l e mod e i n a d v an c e an d d i s t r i b u t e s t h e me c h an i z a t i o n mo d e fi r s t l y a n d t h e n d i v i d e s i t l a t e r Th i s mo d e l h a s a we l l e ff e c t i n p r a c t i
7、 c e，wh i c h h a s a r e f e r e n t i a l v alu e i n c r e a t i n g a n d i mp r o v i n g t r a n s porta t i o n mo d e l s i n u r b a n t r a n s po rt a t i o n p l an n i n g Ke y wo r d s：tr a n s por t a t i o n mod e l；t r a n s p o rta t i o n f o r e c a s t；t r a n s p o rta t i o n
8、p l a n n i n g 交通规划过程中所使用的模型，可以根据功 能分为如下几种类型 j：1)计量经济分析模型 包括时间序列模型、相关因素模型、系统动力学模 型、投入产出模型等2)网络交通流分析模型 包括交通产生吸引分析模型、交通方式划分模型、O D分布模型、交通分配模型等 3)规划方案评价 模型包括交通网络容量分析模型、路网服务水 平分析模型、经济评价模型、环境评价模型等 4)土地开发与交通建设相互作用分析模型 包括交 通影响分析模型、地域可达性分析模型、地区开发 势能分析模型、受交通条件影响的城市形态发展 仿真模型等 网络交通流分析模型主要是研究在特定的假 设社会经济前提条件下，分析
9、预测交通网络可能 出现的交通状态主要考虑各交通小区产生(吸 收稿 日期：2 0 0 3 一 o 6 一l 7 作者简介：吴阅辛(1 9 6 1 一)，女，高级工程师 引)的交通流量将在各目的地(出发地)小区之间 如何分布问题，最后研究确定的起讫点之间的交 通流量将在联系两点间的交通线路上如何分配的 问题除了上述 3个基本问题以外，还有交通流 将在多种交通方式之间如何分担的问题，这一问 题可结合某一阶段综合考虑，也可单独作为 1 个 阶段插入上述 3阶段之间进行，采用上述思路建 立的模型就是四阶段模型目前，尽管四阶段模 型有所不足，仍在相当大程度上 比较准确地反映 了系统的状态，在许多城市的交通
10、规划工作中发 挥重要作用 1 哈尔滨市交通规划模型建立 1 1 人员出行模型 1 1 1 出行生成模型 出行产生模型采用了交叉分类法，考虑到城 市地域对出行率有一定的影响，因此，引人了可达 维普资讯 http:/ 4 3 0 哈尔滨工业大学学报 第 3 7 卷 性指标来确定地域的分布，从而改变了传统的拍 脑袋的划分地域办法，这一手段可以有效地用于 未来年的地域分布调整，更准确地把握未来年人 员出行次数的调整为预测出行产生量和吸引 量，分别建立了哈尔滨市居民出行发生模型和出 行吸引模型出行发生模型将出行对象按照社会 经济、家庭情况分成不同类型、不同的出行 目的进 行分析，确定各交叉类别的出行率居
11、民出行吸 引模型采用回归分析法，出行吸引模型自变量的 选择主要采用城市土地使用资料，以交通小区的 人 口和各种类型工作岗位数量作为 自变量，进行 相应的统计分析由于居民出行调查是以家庭端 均匀抽样，居民出行吸引端的调查误差相对较大，为了弥补这一点，利用统计分析中加权最小平方 法给予观测量不同的权重，再从中优选出出行量 变量作为权重变量，对出行吸引量进行回归分析，得到 3 套回归方程 1)基于家的工作出行吸引模型的表达式为 Y 1=1 3 9 7(P +P )+2 0 6 3P +1 1 6 7(P +P。)，(R =0 6 9 5)；Y 2=1 5 0 4 (P +P )+2 1 4 9 P
12、+1 5 7 3 (P +P )，(R =0 6 5 2)2)基于家的其他出行吸引模型表达式为 Y 1=0 4 0 4(P +P +P +P )+9 3 6 1 P ，(R =0 6 4 6)；Y 2=0 4 2 6(P +P +P +P )+3 3 8 9 P ，(R =0 6 0)3)非基于家的出行吸引模型表达式为 Y=0 0 5 9 9(P +P +P )+0 3 4 2(P|+)，(=0 6 0)式中：P 为工业市政用地岗位，P 为仓储用地岗 位，P 为商业用地岗位，P 为行政用地岗位，P 为居住用地岗位 吸引量模拟值和调查值回归误差+1 0 1 1 2 非机动车方式出行划分模型 由于
13、哈尔滨市区自行车方式比重较小，对步 行和 自 行车方式进行了预划分，采用了与小区土 地使用混杂度、公交可达性因素在内的回归分析 法 土地使用混杂度是指交通小区的居住人口和 工作岗位的混杂程度通常选用相对关系，考虑 的方法有很多，本次计算土地使用混杂度的基本 公式为 m=4(p o PN。p (p o P+nN m p)式中：J7v 为交通小区人口数；J7v。为交通小区工 作岗位数，a为岗位当量数(1 5 1)公交可达性指标采用常用的 H a n s e n公式：=(N r o p。+n p。)_，(p o P，+n N。p，)t 1 0 0 0 式中：为交通小区i 的公交可达性；N p o p
14、 为交通 小区 i 的人 口数；e 为交通小区 i 的工作岗位 数；t 为交通小区i 到交通小区 的出行时间；n 为 岗位当量数(1 5 1)回归方程为：7 (m，)=i s(1+E X P(c 1+c 2 m+c 3 w )式中：7 为非机动方式出行比重，非机动方式出 行量回归误差 2 1 1 3 出行分布模型 交通发生分析阶段，主要是预测各交通小区 的发生和吸引交通量，而在交通分布分析阶段，则 要预测这些吸引、发生交通从哪来，到哪去即推 算出各小区间的交通分布量 O D表计算交通分 布的方法有很多，但大体上可以分为两类，增长率 法和构造模型法，其中构造模型法中重力模型法(g r a v i
15、 ty m o d e 1)和机会模型法(i n t e r v e n in g o p p o r-t u n i t y m o d e 1)应用较为广泛，特别是重力模型法，有各种各样的修正和发展模型 重力模型的原理 相当简单明确，而且具有很大的通用性、但一般说 来，未经修正的重力模型需要改进之处主要为分 布阻抗不仅仅是 t i(i 两个交通小区间出行的距 离或时间等一般费用)这样的简单因素和表现形 式，要考虑关于阻抗因素的更复杂，更一般的函数 关系 F(t)，仅仅由发生交通量、吸引交通量和分 布阻抗还不能很好地说明交通分布的特性特别 诸如社会的或历史的联系等因素的影响，不能在 模型构造
16、上保证由重力模型来预测的t 在求和之 后所得的值和发生交通量、吸引交通量相一致 针对这种情况，现今广泛应用的重力模型是 A M V o o r h e e s 提出的修正重力模型 3 J：=P A t q)(A t)式中 厂(t )为分布阻抗函数，常见的形式为伽玛 函数 t )=n t e x p(一 c t )；为起点小区 i 到讫点小区 的出行量；P 为第 i 小区的交通产 生量；A s 为第-小区的交通吸引量；t 为，之间 的距离或时间等一般化费用；n，b，c 为模型参数，针对不同的出行目的通过调查数据回归分析后分 别获得 该出行矩阵可以应用 E M M E 2软件用单位 矩阵执行交通分
17、配程序得到区与区之间的出行时 间矩阵。上述修正重力模型在各大城市的交通规划工 作得了广泛的应用，其中主要的修正条件为 维普资讯 http:/ 第 3 期 吴阅辛，等：哈尔滨市交通模型建立及应用 r,s=P 的 条件，但 未加上 =A s 的 条 件，因此，为保证 的条件，保证 对，求和的结果 与已知的吸引交通量 相一致，计算出来的，可根据交通吸引量进一步迭代计算，修正结果 同时，为解决区内交通量问题，针对区内的出行时 间，比较普遍的做法是和小区的面积建立函数关 系哈尔滨市交通规划采用的是重力模型，标定 依据是现状调查获得的出行长度的频率分布曲 线，出行分布的时间阻抗主要采用公交方式出行 时间，
18、而对公交出行时间较长的区间，则采用客车 出行时间，基于家的工作出行分布 G a m m a 函数系 数和模型检验见表 1、2 表 1 l t B W 标定系数 区内出行量 次平均出行时间 m i n 有效区间 k m 1 1 4 机动车出行方式划分模型 出行方式受社会、经济、机动方式服务水平以 及交通政策等多种因素影响，哈尔滨市本次模型 标定采用简化的二元 L O G I T模型，考虑公交和小 汽车两种方式，P()=1 (1+e x p(c )，其中：P()为公交出行方式比重，t 为小客车出行时间 与公交出行时间之比在回归分析中，由于分交 通方式的非基于家的出行样本量较少，随机性较 强，在规划
19、年的预测当中核心区非基于家出行结 合交通政策因素加以调整 1 1 5 交通分配模型 目前，交通分配的研究与应用都已取得了相 当成熟的成果，但也存在一定的问题，首先，用于 交通分配的每组 O D间的交通流量都是常数而 在现实的道路 网中，O D交通流量时刻都在发生 着变化其次，在交通量分配模型中假定道路网 中的利用者都知道道路网中各条路线的拥挤状况 和所需时间，并且所有的利用者都选择基于 O D 的最短路位，这与实际情况会产生偏差最后，用 于分配的网络是经过简化的网络，道路网中的有 些狭窄道路被省略掉了，主观上增加了干道的交 通量，同时用于分配的出行量在所有区内本应均 匀发生，但在目前的交通量分
20、配模型中，都将其集 中于形心连线上，且所有可行路径的走行时间受 信号配时、道路的几何线形、交通量、交通容量等 的影响因素很多，路阻函数不可能充分考虑，因 此，仍然有进一步改进的必要，使其在微观的城市 交通规划中提供同样可靠的数据支持哈尔滨市 交通分配模型采用的是 E M M E 2提供的多路径 平衡分配的方法，其中公交客流分配采用最优战 略选择法，考虑在给定的公交线网方案上，出行者 选择出行路线受到多种因素影响，如公交的直达 性、线路的发车间隔、至车站的步行距离等，公交 流量在公交线网上的分配结果使整个网络的目 标 函数，即公交断面上的总人小时和车站上的总候 车人小时的总值达到最小 1 2 车
21、辆出行模型 与国内其他城市车辆出行模型类似根据车 辆出行调查，得到各种车种车辆出行的基本特征 根据城市社会经济发展和土地使用特性，回归分 析各类车种的生成率；利用重力模型标定各类机 动车出行分布模型；然后利用车辆出行调查与路 段、交叉口流量流向观测，确定道路网络的延误函 数，利用平衡分配法，建立车辆在道路上的分配模 型 在应用于未来年预测时，机动车拥有量预测 是极为重要的 在哈尔滨市机动车辆出行模型中 运用了时间序列法、与国民经济相关的回归分析 法、根据中国城市小汽车弹性系数法、类比分析法 等发展研究的成果，最终予以综合预测 1 3 车辆出行模型与人员出行模型的匹配 这也是国内交通规划模型建立
22、过程中的最困 难的地方 尤其是根据人员出行模型的机动方式 模型以及子方式划分模型中可以得到各类客运车 辆的人员出行量，而通过车辆出行模型也可以得 到各类客运车辆的出行量，通过各类车辆的每车 次载客量的换算同样可以得到各类客运车辆的人 员出行量事实上通过这两种模型得到的 O D表 差异悬殊，即使人员出行总量上也有较大的差异 造成这样的差异，主要来 自两方面的原因：一是，两种模型基于的交通调查依据不尽相同，调查中 的误差率不同一般而言，车辆出行模型基于车 辆出行调查、道路流量观测等与车辆出行有关的 调查，而人员出行模型则主要依赖于居民出行调 查、流动人口调查、公交运量观测等与人员出行相 关的调查，
23、这些调查侧重对象不同，调查的精度也 不尽相同，因此，引起的两种模型结果差异也是极 其 自 然的二是，两种模型采用的方法不同，考虑 的变量也有一定的差异，同时由于模型标定过程 中考虑的变量因素复杂，总会影响到模型的精度，因而两种模型的标定结果都有误差，导致两者之 间的不匹配 为建立哈尔滨市交通规划模型，对城市土地 维普资讯 http:/ 哈尔滨工业大学学报 第 3 7卷 使用、社会经济等基础资料进行了详尽的分析，并 开展了居民出行调查、车辆出行调查在内的八项 调查在进行的交通调查中，由于人员出行调查 仅为出行特征调查，其抽样率 比较低，偶然性大，因此模型计算结果尤其是 O D表存在着较大的误 差
24、而车辆出行调查的样本量比较大，主要路段(校核线)的车流量又经过 2 4 h的观测。相对而 言，车辆出行的 O D表比较准确因此本次两阶 段模型的匹配过程为：1)各种车辆出行的 O D表 通过车辆出行模型得到；2)以人员出行模型初步 计算出人员各种方式的出行 O D表；3)用车辆出 行的 O D表换算成人员以各种客车方式出行 O D 表替代由人员出行模型得到的各种客车方式出行 的 O D表，以此调整其他方式 O D表，再返回2)通过这样的匹配工作，最终使人员出行模型 和车辆出行模型比较好地结合起来，以此完成了 哈尔滨市交通规划模型表 3、4分别为人员出行 模型和车辆模型的出行量情况，可以看出，由
25、车辆 模型与人员出行模型得到的客流基本上一致 表 3 现状各种客运交通方式出行构成 万人次 日 表4 现状各种客运机动方式出行构成 2 模型的应用 哈尔滨市交通规划模型应用于哈尔滨市北环 路交通工程方案交通分析，哈尔滨近期交通项 目 排序，重大工程的交通影响分析等项目中，收到了 良好的效果 北二环路是哈尔滨市环路系统的一部分，同 时也是哈尔滨市的一条沿江景观大道，由于交通 流量超过了道路的通行能力，一直以来服务水平 较低，道路全线改造势在必行，当时，针对是否上 高架的问题存在很大争议，为了对决策提供科学 的依据，应用哈尔滨市交通模型进行了多方案比 选和评估 2 1 规划方案 方案一：在全线按红
26、线拓宽，改建道路按主干 路标准设计，设计行车速度为6 0 k m h 横断面布 置为8快2慢，采用中央隔离、机非隔离 4 块板 方案二：北二环全线采用高架方案按城市 快速干道标准设计，设计行车速度：主线为 6 o 8 0 k m h，匝道及辅道 2 o 4 0 k m h，地面道路 4 O k m h 立交桥高架桥面双向6车道，地面4快 2 慢道路红线较宽时，全部为地面道路，中央为 6 车道的封闭式快速道路，两侧各预留2快 1 慢辅 道 系统 2 2 方案评价 方案一：到 2 0 1 0年，拓宽后的北二环白天 l 2 h 路段的平均交通量在 41 0 P C U(双向)左右；饱和度0 7 5，
27、友谊路平均行程车速 2 0 k m h 实 施工程方案一，将对二环以内的中心区(不包括 北二环道路)的道路减少 8 71 0 万标准车公 里，其中干道网减少 4 41 0 标准车公里，区域 道路网平均行程车速将提高 0 3 5 k m h，区域干 道网平均行程车速将提高 0 3 7 k m h 区域道路 网的饱 和度将下 降 0 0 1 届时北二环将 承担 3 6 5 万标准车公里，约占整个地区交通负荷的 6 5 平均行程车速 2 0 k m h，饱和度0 7 6 方案二：到 2 0 1 0年，采用高架形式改建的北 二环全线地面白天 1 2 h 路段平均交通流为 1 6 1 0 P C U(双
28、向)左右，高架道路路段平均交通量达 到5 2 1 0 P C U(双向)地面道路饱和度 0 5 4，高架道路饱和度 0 6 3，均处于良好的服务状态 地面道路的平均行程车速 1 6 k m h，高架道路平 均行程车速 5 2 k m h 2 3 评估建议 从方案本身看，方案二的交通效益优于方案 一，从区域角度看，到2 0 1 0 年，二环以内的中心区 在北二环采用方案一的前提下，区域交通运行状 况能够保持 良好 的服务水 平，建议 实施方 案 一 3 参考文献：1 杨东援 交通规划决策支持系统 M 上海：同济大学 出版社。1 9 9 7 2 毛保华交通规划模型及其应用 M 北京：中国铁 道出版社，1 9 9 9 3 陆化普 交通规划理论与方法 M 北京：清华大学出 版社。1 9 9 8 (编辑杨波)维普资讯 http:/