基于VBA的福建省道路客运需求分布预测

林玉英，陈 诚，刘娜翠，邱荣祖

(福建农林大学交通与土木工程学院，福建福州350002)

0 引言

随着经济的发展，近年来福建省加快推进了交通基础设施建设，初步建立了由公路、水路、铁路、民航、管道等5种运输方式构成的综合交通运输体系，运输网络结构进一步得到完善。道路旅客运输是综合交通运输体系的主要组成部分，加强对道路客运市场的调查和研究，对道路客运需求量进行分析与预测，可为相关部门进行资源合理配置提供参考依据，促进全省运输业和国民经济的发展。

客运需求预测的方法主要分为两类，即定性预测和定量预测。定性方法主要有专家分析法、德尔菲法等;定量方法主要有灰色系统法、指数平滑法、回归分析法、四阶段预测法等。其中，四阶段法作为交通需求预测的传统方法，其逻辑关系明确、步骤分明，在城市交通规划领域已被广泛应用，理论和技术上已趋于成熟［1］。但随着道路网络的不断完善，运输网络结构越来越复杂，交通小区数量不断增多，OD分布矩阵数据量更加庞大，分布预测求解时需要多次迭代，计算复杂，费时费力，该方法的应用受到了很大的局限。Excel VBA具有高效处理大型计算及重复性任务，定制程序界面，开发受保护的专业程序等强大功能［2］，加上用户对Excel的界面和操作熟悉等优势，已广泛应用于人事管理、教学管理、决策分析、数学模型求解计算等［3-6］。因此笔者利用VBA对Excel进行二次开发，实现道路客运需求分布预测的快速计算，提高预测精度和效率，为相关人员进行道路客运需求分析和运力规划提供辅助手段。

1 预测模型与方法

四阶段预测法包括交通生成预测、交通分布预测、交通方式划分预测、交通分配预测。交通分布预测是交通规划四阶段法的主要步骤之一，是利用现状(基准年)的交通发生与吸引量来推求目标年的交通发生与吸引量［7］。交通分布预测的方法很多，其中增长系数法，模型简单，计算结果能满足客运需求分布预测的精度要求。

笔者采用增长系数法中的底特律法对客运需求分布进行预测。该方法考虑的因素比较全面，收敛速度较快。假设交通分布模式现在和将来变化不大，适用于小区或小区间的出行不太受空间阻挠因素的影响，而只受地区间产生及吸引特性影响的空间分布形态。

OD表是描述各交通小区的发生与吸引交通量表格，是交通分布预测乃至交通规划步骤中的重要数据［8］。应用底特律法进行客运需求分布预测，首先要准备基准年OD调查表数据、客运生成预测的目标年发生和吸引量，然后计算相应的比率，进行迭代运算。通过反复计算分布量、发生量、吸引量和增长比率，直到比率达到需求的预测精度，则输出预测的最终结果。其运算流程如图1。

图1 底特律法运算流程Fig.1 Operation flow diagram of Detroit method

1)令迭代次数m=0。

3)求出各小区的发生与吸引交通量的增长率FmOi，，增长率函数为f()：

5)收敛判别。

若满足上述条件，则结束计算;反之，令 m=m+1，返回到第②步。

2 基于Excel VBA的预测系统设计

2.1 系统分析与设计

由于福建省道路客运分布预测涉及的数据量大，其预测结果直接影响到全省客运规划、运力投放、设施建设等，用户进行客运分布预测操作时，主要的需求是界面友好，操作简单，运行速度快，结果准确，数据保密和安全。另外，由于每个区域的交通小区的数目是不同的，系统要有一定的灵活性和适应性。根据用户的需求，系统应具备以下功能，如图2。

图2 系统的主要功能Fig.2 Main functions of the system

2.1.1 权限认证

用于验证用户是否为指定操作人员。如果未输入或者输入的不是预设的用户或者密码不正确，系统都会有相应的提示，并且等待用户继续输入。如果输入的用户名和密码都正确，则进入初始OD矩阵所在的工作表。

2.1.2 操作帮助

给操作人员具体的步骤提示，例如提示用户按照给定的模版在初始表输入数据，从而为程序运行提供初始数据。这个步骤十分关键，如果用户输入有误，将直接影响到后面的迭代运算结果。系统应设计智能着色，只要选定某个预备输入数据的单元格，则该单元格对应的整行和整列都有鲜艳的背景颜色，以防止用户在输入大量数据的过程中，因看错行或列所造成的数据错位。

2.1.3 数据录入

福建省各个城市、各个县城，各个城镇的相关部门在进行交通分布预测时，考虑到的交通小区的数目是不同的。为了提高系统的适用性，必须根据用户需求的交通小区数目来进行预测运算。

2.1.4 需求预测

通过控件工具箱，设计表单控件中的命令按钮，实现单击命令按钮则进行自动运算，此后无需人工操作，用户只需等待结果。

2.1.5 结果输出

当交通小区的数目多时，可能要进行无数次迭代，程序运行结束时，工作簿中迭代的工作表数目很多，这时需要有运行结果的通知，并且直接跳到最终的OD矩阵工作表，以便用户查看计算结果，从而辅助决策。

2.2 系统功能实现

系统要实现以上功能，首先建立Excel工作簿，命名为“客运需求分布预测系统”，在工作簿中要设计初始迭代模板的工作表，将其命名为“0次”。以福州、厦门、泉州3个交通小区为例，设计输入模板，以及智能背景着色，方便用户输入现状OD矩阵、发生量、吸引量等数据，如图3。

设计系统权限认证界面，编程实现用户登录。当用户双击工作簿时，跳出权限认证窗口，在窗口文本框填入正确的用户名和密码之后，允许工作簿打开，激活初始迭代的“0次”工作表，并用信息框显示操作帮助信息。当用户按照模板输入数据之后，点击“开始计算”按钮时，系统跳出输入框，提供给用户输入交通小区数目，默认为3。如果用户误输入了非数值，则提示“无效的数字”，如果用户输入正确的交通小区数目，点击输入框的“确定”按钮，系统即进行迭代运算，几秒之后可看到运行结果通知信息和最终结果工作表，如图4。

图3 初始数据工作表的输入模板Fig.3 Input template of the initial data worksheet

图4 运行结果工作表Fig.4 Worksheet of the running results

3 系统应用

3.1 交通小区划分

以福建省省内班线道路客运为例，应用该系统进行客运需求分布预测。根据福建省的实际情况，同时保证全面反映交通流特征和调查数据易于统计的前提下，按照行政区域设区市为单位，将其划分为9个交通小区，分别是福州、莆田、泉州、厦门、漳州、龙岩、三明、南平、宁德。

3.2 OD 调查表

通过调查我省9地市出站率数据，经整理得出2010年、2011年各个交通小区客运量OD调查表，如表1、表2。

表1 2010年OD调查Table 1 OD questionnaire of 2010

表2 2011年OD调查Table 2 OD questionnaire of 2011

3.3 系统验证

以表1的数据为基准，结合近5年各交通小区人口分布和GDP增长，应用该系统计算获得2011年预测表，见表3。

表3 2011年OD预测结果Table 3 OD forecasting result table for 2011

将2011年预测OD表(表3)和2011实际调查OD表(表2)中的数据进行对比分析，求出两个表对应数据的相对误差，获得平均相对误差率为13.1%，由此可知预测表中大部分的流量流向数据与调查表数据相吻合，表明应用该系统进行福建省道路客运需求分布预测是可行的。

3.4 客运需求分布预测

现以2011年为基准年(以表2为基准表)，综合各地区人口和经济发展趋势，预测2015年的客运分布量。进入“客运分布预测系统”工作簿，按照“0次”工作表的模版，将表2的数据输入，点击“开始计算”按钮，按照提示输入交通小区数目“9”，得出2015年客运分布预测的最终结果，如表4。

表4 2015年OD预测结果Table 4 OD forecasting result table for 2015

3.5 预测结果分析

4 结语

福建Y省客运需求旺盛，数据量较大，客运需求分布预测工作显得十分繁琐。Excel作为优秀的Office组件之一，功能强大，运用广泛，简单易操作，且为用户所熟悉。对于福建省的道路客运需求分布预测，结合增长系数法中的底特律方法，运用 Excel VBA开发“客运分布预测系统”，能够对用户的权限进行验证，起到保护数据的作用，而且可以根据用户的需求，将其输入的不同的交通小区数代入程序进行迭代运算，最终得出目标年的客运分布量。初步应用研究表明，系统的用户界面友好，可扩展性强，运行效率高，在用户满意的精度下，通常都是5 s以内完成数次迭代。另外，得出的最终结果表与用户输入的初始数据表结构是一致的，便于用户在Excel进行其他数据处理操作，使工作效率大大提高。但分布预测仅是构成整个4阶段预测的重要部分，尚有客运生成预测，交通方式划分，交通分配等，系统功能有待于进一步完善。

［1］邱荣祖.公路交通运输系统工程［M］.厦门：厦门大学出版社，2001.Qiu Rongzu.Road Transportation Systems Engineering［M］.Xiamen：Xiamen University Press，2001.

［2］罗刚君.Excel VBA程序开发自学宝典［M］.2版.北京：电子工业出版社，2011：10-11.Luo Gangjun.Excel VBA Program Development Self-Study Book［M］.2nded.Beijing：Publishing House of Electronics Industry，2011.

［3］韦庆进，徐丹.基于VBA的人事管理交互系统［J］.高师理科学刊，2011(6)：38-41.Wei Qingjin，Xu Dan.Personnel management interactive systems based on the VBA［J］.Journal of Science of Teachers’College and University，2011(6)：38-41.

［4］Kelvin W W W，John P B.Teaching Excel VBA as a problem solving tool for chemical engineering core course［J］.Education for Chemical Engineers，2010，5(4)：72-77.

［5］Hyde K M，Maier H R.Distance-based and stochastic uncertainty analysis for multi-criteria decision analysis in Excel using visual basic for application［J］.Environmental Modeling＆ Software，2006，21(12)：1695-1710.

［6］谭绪泉，谷建才，孙荣喜，等.基于Excel VBA实现林分空间结构参数的自动计算［J］.东北林业大学学报，2011，39(6)：116-118.Tan Xuquan，Gu Jiancai，Sun Rongxi，et al.Auto-calculation of spatial structure parameters for forest stand based on excel VBA［J］.Journal of Northeast Forestry University，2011，39(6)：116-118.

［7］邱荣祖.现代物流运输系统工程［M］.北京：人民交通出版社，2011.Qiu Rongzu.Modern Logistics Transportation Systems Engineering［M］.Beijing：China Communications Press，2011.

［8］王炜，陈学武.交通规划［M］.北京：人民交通出版社，2007.Wang Wei，Chen Xuewu.Transportation Planning［M］.Beijing：China Communications Press，2007.