城市结点对外交通需求分析方法

涂圣文，过秀成，张小辉

（1．东南大学交通学院，南京210096；2．长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心，长沙410114）

城市结点对外交通需求分析方法

涂圣文1，2，过秀成＊1，张小辉1

（1．东南大学交通学院，南京210096；2．长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心，长沙410114）

为克服现有对外交通需求分析方法的不足，根据城市结点对外交通的特点，提出了一种“双四阶段”法来进行城市结点对外交通需求分析．该方法分两步进行，其中第一步为区域层面的交通分析，将城市结点作为一个整体交通分区，按区域交通需求分析的“四阶段”法，得到规划年城市结点出入境交通生成总量及经过城市的各条干线公路进、出城方向的路段交通量；第二步为结点层面的交通分析，将城市结点规划区划分为若干个内部交通分区，并在干线公路与规划境界线交叉处设置对外交通分区，运用第二轮“四阶段”法，得到规划年内部交通分区、对外交通分区的出入境交通、过境交通生成量及其间的分布量．镇江市综合交通规划对外交通分析预测应用实践表明，该方法综合了影响区法和境界线法的优点，克服了二者所存在的固有缺陷，因而分析结果更加符合实际情况．

交通工程；对外交通；“双四阶段”法；交通分区

1 引 言

城市结点对外交通需求分析的任务是获得规划特征年各个出入口方向的出入境交通量及其分布、过境交通量及其分布，为城市结点干线公路的衔接规划提供依据．对外交通由于影响因素复杂、涉及面广，一直以来缺乏切实有效、普适性强的需求分析方法．从国内外已有的研究来看，对外交通需求分析的方法主要分为两类：决定论型和概率论型．决定论型是传统的方法，其又可以分为“四阶段”法[1-3]、多元回归模型法[4，5]和空间经济模型法[6-8]等几种类型．在“四阶段”法中，一般有两种对外交通分区处理方法：影响区法（Influence Area）[1]和境界线法（Cordon Line）[2，3]．其中影响区法的优点是能够在实际的交通影响范围内分析对外交通的发生、吸引和分布，缺点在于影响区现状及规划年社会经济等基础数据获取困难，同时OD矩阵往往难以反映区域路网结构与对外交通分布之间的关系；境界线法优点在于无须获取结点以外区域的社会经济基础资料，OD矩阵也能直接反映区域路网结构与对外交通分布之间的对应关系，缺点在于这种处理方式割裂了对外交通与区域社会经济发展之间的关系．多元回归模型法和空间经济模型法则均只适用于区域社会经济发展平衡、稳定，路网结构简单的小型城镇结点的对外交通需求分析．概率论模型[9，10]是近几年发展起来的一种对外交通需求分析的方法，主要是采用logit模型来克服多元线性回归模型存在的缺陷，然而这类方法也只能改善决定论方法的部分不足，对于城市规模大，对外交通路网复杂，未来综合交通系统结构变化显著的情况下仍然无法适用．

本文在相关研究的基础上，以大型城市结点为对象，将宏观分析与中观分析相结合，提出符合大型城市对外交通特点的“双四阶段”法来进行城市结点对外交通需求分析．

2 城市结点对外交通需求分析的“双四阶段”法

2.1 “双四阶段”法实现步骤

所谓“双四阶段”法，就是将结点对外交通需求分析的过程分两步进行，每一步采用一轮“四阶段”法．其中第一步在区域层面进行分析，将结点作为一个整体交通分区，结点以外的区域按影响区法划为若干个外部交通分区（见图1），建立区域干线公路网模型，按公路交通需求分析的“四阶段法”分析预测，得到规划年结点出入境交通生成总量及经过结点的各条干线公路进、出城方向的交通总量．第二步在结点层面进行分析．此时以结点内部各个组团、片区为基本单元，将结点规划区划分为若干个内部交通分区；同时采用境界线法在每条干线公路与结点规划区境界线交叉处设置虚拟对外交通分区，假设该处为对外交通的发生、吸引点，如图2所示．内、外交通分区设置好以后，采用第二轮“四阶段法”进行结点范围对外交通需求分析，得到境界线处各条干线公路的出入境交通量及其分布、过境交通量及其分布，以及规划区内各条道路的交通量．“双四阶段”法实现步骤如图3所示．

2.2 “双四阶段”法实现要点

“双四阶段”法前后两个步骤互相关联，其中第一步区域层面的宏观分析为第二步提供必要的交通量数据，第二步结点层面的中观分析将第一步的交通量数据进一步分解到结点内部各组团、片区，以实现宏观与中观相结合、对外交通分布与路网结构相适应．“双四阶段”法主要实现要点在于第二步结点层面基年对外交通OD矩阵的处理和规划年对外交通生成量的分析两个方面．

2.2.1 基年对外交通OD矩阵的处理

假设根据城市土地利用、社会经济特征等将结点内部划分为n1个交通分区，其编号分别为a1，a2，…，an1．同时将结点规划区范围作为一个整体单元，记为W1j．， 另设经过结点的即有干线公路的数量为n，即境界线处对外交通分区的数量为n，其编号分别记为W2，W3，…，Wn＋1．则结点完整的基年OD矩阵结构如表1所示．

图1 区域范围交通分区示意图Fig．1 Layout of traffic zones in regional area

图2 结点范围交通分区示意图Fig．2 Layout of traffic zones in city area

图3 “双四阶段”法实现步骤Fig．3 Steps of“dual four-stage”method

表1中过境交通矩阵Gn×n可由设置在境界线处的OD调查点直接调查得到，而出境交通矩阵Cn1×n、入境交通矩阵 Rn×n1则往往不能直接得到．这是因为在对外交通OD调查中，可以容易知道某辆车是进城还是出城，但是很难知道该车具体要到城里的具体地点，即并不能直接得到对外交通分区Wi（i＝2，…，n＋1）与某个内部交通分区aj（j＝1，…，n1）之间的交通分布关系．

表1 完整的基年OD矩阵结构Table 1 The whole od matrix structure of base year

通常，若已知对外交通分区Wi的入境交通总量Fi和出境交通总量Ei，Wi与内部交通分区aj之间的入境交通分布量Rij、出境交通分布量Cji一般与两个方面的因素相关：一方面是与各内部交通分区的社会经济指标，如人口、机动车拥有量及土地利用等因素有关[1]．由于在内部交通OD矩阵An1×n1中，各交通分区aj发生量Pj与吸引量Aj的大小已经反映了与该区交通量与上述各因素的关系，因而在寻找对外交通分区Wi与内部各交通分区aj之间的分布关系时，可利用OD矩阵An1×n1中各分区的发生、吸引量的大小，依据一定的原理进行分配确定．另一方面与对外交通分区Wi和内部交通分区aj之间的出行阻抗相关[2]，一般来说，离Wi距离远、出行时间长的内部交通分区的出入境交通吸引权较小，而离Wi距离近、出行时间短的内部交通分区则会具有较大的出入境交通吸引权．本文中根据内部交通分区的社会经济特性和出行费用特性建立出入境交通的吸引权，并采用概率分配法进行各内部分区的出入境交通分布量预测．

定义内部交通分区aj（j＝1，…，n1）对于对外交通分区Wi（i＝2，…，n＋1）入境交通、出境交通的吸引权分别为

2.2.2 规划年对外交通生成量的分析

规划年对外交通生成量包含内部交通分区的出入境交通生成量、对外交通分区的交通生成量等两部分．

（1）内部交通分区出入境交通生成量．

在“双四阶段”法第一步区域层面交通需求分析中，将城市结点作为一个整体分区W1，结合区域社会经济发展预测，能够得到规划年t时刻W1的交通发生量即为规划年t内部交通分区a1，a2，…，an1的出境交通发生量之和即为规划年t内部交通分区a1，a2，…，an1的入境交通吸引量之和．因此将分摊至a1， a2，…，an1之中，就能得到各内部交通分区a1，a2，…，an1的出境交通发生量、入境交通吸引量．分配方法还是依照权重思想按比例分配，即

式中 Li，j、Si，j分别为内部交通分区aj对于对外交通分区Wi入境交通、出境交通的吸引权；Pj、Aj分别为内部交通分区aj的内部交通发生量、吸引量；rir，1j、tri，2j为内部交通分区aj与对外交通分区Wi之间的出行阻抗函数，r1、r2为常数，可用最小二乘法进行标定．

根据各个内部交通分区的吸引权，将对外交通分区Wi处调查得到的入境交通总量Fi和出境交通总量Ei进行分配，采用Logit分配模型[11]计算Wi与各内部交通分区aj之间的入境交通、出境交通分布量为

（2）对外交通分区交通生成量．

假设在第一步区域交通分析中，经路网交通分配得到规划年t干线公路H（ii＝2，…，n＋1）在境界线处进城、出城方向的交通量分别为，则与干线公路H对应的对外交通分区W（i＝ii2，…，n＋1）的交通发生量Uit、吸引量Vit可直接由下式得到

3 实例应用

以《镇江市城市综合交通规划（2008－2020）》对外交通需求预测为例，来阐述本文提出方法的应用步骤．

（1）区域层面交通需求分析．

由《江苏省省道公路网规划（2011－2020年）》，2020年经过镇江结点的高速公路及干线公路布局如图4所示．根据全省公路交通OD调查成果，运用“四阶段”法的交通生成预测模型，分析得到2020年镇江结点出境交通总量Xt为103599pcu／日，入境交通总量Yt为102 307 pcu／日．建立全省干线公路网模型，将2020年交通分布矩阵在全省路网进行分配，得到各条干线公路各路段的客、货运交通流量．

（2）结点层面对外交通需求分析．

①交通分区的设置．

内部交通分区：根据《镇江市城市总体规划修编（2002～2020）》，将规划区共划分成老城区、南徐片区、丁卯片区、谷阳新城、谏壁港区、大港港区及高资港区等7个交通大区，编号依次为1－7号．

对外交通分区：在各条干线公路与城市规划区境界线交叉处设置对外交通分区，其编号为101－118．为便于分析内外交通关系，同时将镇江结点作为一个整体分区设置，编号记为100．

图4 镇江结点干线公路规划布局图Fig．4 The layout of highway planning in Zhenjiang

②基年OD矩阵的处理．

按划分的交通分区分别进行基年内部交通、出入境交通及过境交通的调查、分析，根据上述处理基年OD矩阵的方法，得到完整的基年OD矩阵

如表2所示．

表2 基年完整的OD矩阵Table 2 The whole OD matrix of base year

表中，ai，j（i，j＝1，2，…，7）、gm，n（m，n＝101，102，…，118）分别为内部交通和过境交通矩阵元素，直接由OD调查得到；ci，m（i＝1，2，…，7；m＝101，102，…，118）、rm，i（m＝101，102，…，118；i＝1，2，…，7）分别为出境交通和入境交通矩阵元素，根据式（1）-式（4）分析确定．

③规划年对外交通生成量分析预测．

将区域交通分析求得的2020年结点出境交通总量Xt和入境交通总量Yt，按式（5）、（6）分摊至各内部分区，得到2020年各内部分区的出、入境交通发生量，如表3所示．

表3 2020年内部分区出、入境交通生成量Table 3 The generation of internal-external trips on 2020

设置在各条干线公路与境界线交汇处的外部交通分区在规划年的交通生成量，则直接由第一步区域交通分析中得到的各条干线公路在境界线处进、出城方向的交通量得到，如表4所示．

表4 2020年对外交通分区交通生成量（单位：pcu／日）Table 4 The trip generation of external trafficzones on 2020（unit：pcu／d）

④规划年交通分布、交通分配预测．

根据基年OD矩阵及各分区2020年对外交通生成量，运用Fratar交通分布模型，便能得到2020年对外交通OD分布矩阵．汇总OD矩阵的行、列即可得到境界线处各条干线公路的出入境交通量、过境交通量．将对外交通OD矩阵与内部交通OD矩阵合并，并在结点规划路网上进行交通分配，就能得到规划区内各道路的预测交通量．限于篇幅，这里略去交通分布、交通分配的相关计算结果．

4 研究结论

城市结点对外交通需求分析涉及面广，影响因素复杂，因而一直缺乏普适性强的分析方法．本文在国内外相关研究的基础上，根据城市结点对外交通需求分析的特点，将传统基于影响区的“四阶段”法和境界线的“四阶段”法相结合，构造了一种结点对外交通需求分析的“双四阶段”法，并将其应用于镇江市城市综合交通规划对外交通需求预测实践．研究表明，本文所提出的“双四阶段”法，综合了影响区法和境界线法的优点，克服了二者所存在的固有缺陷，因而分析结果更能反映区域社会经济发展水平和城市间的相互作用强度，也能获得与区域交通网络布局相一致的对外交通需求结构．

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Analysis Method of External Traffic Demand in City Area

TU Sheng-wen1，2，GUO Xiu-cheng1，ZHANG Xiao-hui1
（1．School of Transportation，Southeast University，Nanjing 210096，China；2．Engineering Research Center of Catastrophic Prophylaxis and Treatment of Road＆Traffic Safety，Ministry of Education，Changsha University of Science and Technology，Changsha 410114，China）

In order to overcome the disadvantages of the existing method，a method called“dual fourstage”is put forward to analyze external traffic demand in city area according to the features of external traffic．The proposed method is carried out by two steps，and in the first step the city area is regarded as a whole traffic zone and the“four stage”method of regional traffic demand analysis is implemented to obtain the total generation volume of internal-external trips of city area and traffic volume on both directions of each arterial highways through the city on planning years；In the second step the planning area of city is divided into several parts as internal traffic zones，and the external traffic zones are set at the intersections of highways and cordon line，then a second round of“four stages”method is applied to obtain the trip generation and distribution of internal-external trips and external-external trips for internal traffic zones and external traffic zones on planning years．The practical application of the analysis of external traffic demand for comprehensive traffic planning of Zhenjiang City shows that the presented method combines the advantages of influence area method and cordon line method，and overcomes disadvantages of the both methods，thus the analysis results are more consistent with the real situation．

traffic engineering；external traffic；“dual four-stage”method；traffic zones

1009-6744（2014）02-0013-06

U491.1＋2

A

2013-07-11

2013-09-06录用日期：2013-10-12

江苏省交通科学研究计划项目（07R17）；长沙理工大学道路灾变防治及交通安全教育部工程研究中心开放基金（kfj100309）.

涂圣文（1975-），男，湖北省仙桃人，博士生.*通讯作者：seuguo@163.com