基于TransCAD的公路交通旅游协同发展研究

严世祥，张金萌，撒 蕾，王英平，邢宇鹏，赵小洁

(1.云南省公路科学技术研究院，云南 昆明 650051；2.交通运输部规划研究院，北京 100028)

0 引 言

交通运输是旅游产业“走出去”的基础支撑和先决条件，旅游产业的纵深发展离不开交通运输的支撑，同时也引导着交通运输精准施力、蓬勃发展。因此，交通运输与旅游产业深度融合，协同发展，是适应信息时代交通规划新局面、旅游发展新业态，并实现经济又好又快发展的重要抓手；同时也是推动供给侧结构性改革的有效途径。公路交通作为综合交通运输的重要组成部分，具有机动灵活、便捷直达、速度较快的显著优势，能够有效解决旅游景区“最后一公里”通行问题，对于推进全域旅游出行发展具有不可替代的作用。然而，全国各地关于交通与旅游应怎样深度融合的探讨尚未达成共识，如何凭借计算机应用技术，开拓“数字化”革新，在公路交通发展进程中与生态旅游资源密切融合，成为信息时代下公路交通与旅游出行协同发展的重要课题。

考虑到公路交通与旅游出行之间的互动耦合性越来越强，二者之间匹配适应程度是促进协同发展的内生因素，国内外学者已开展一些对公路交通与旅游出行的适应性研究工作。杜晓凯[1]率先从公路交通与旅游出行的发展特点及关系，明确了公路交通与旅游发展适应性的基本内涵与特征，并提出公路交通与旅游发展适应性分析的基本理论——边际效应理论和TOWS适应性分析理论；Hwang[2]通过网络分析法，以旅游地吸引力强弱作为城市路网布局依据。

在适应度问题的研究上，评价方式的多样性促成了分析维度的全面性。如李梦洁[3]采用灰色欧几里德加权平均关联度的方法开展对公路交通与旅游产业的适应性评价；张广海[4]利用耦合协调度评价模型对城市旅游经济与交通发展耦合协调关系进行评价，吴磊[5]在时序变化与空间分异上有所深化，Deng[6]则通过结合方法有效进行交通、旅游二元协同的动态耦合评判；王兆峰[7]通过回归方法分析公路建设与旅游发展的关系等。由此可知，评价方法可以采用不同的形式，但是如何科学合理地建立公路网交通旅游适应性评价体系，则需要进一步细化探索。

对于评价指标的选取，Can[8]从旅游交通的角度出发，提出公里旅游时间、公里旅游成本等可为适应旅游发展的公路网规划提供思路；Moyano[9]认为路网可达性、旅游地连接度等指标影响公路网建设与旅游发展的关系；王兆峰将公路密度、公路客运量、公路旅客周转量、旅游产业水平、人均GDP等指标纳入适应性分析模型。但现有指标多为独立发挥作用，各业务数据资源的支撑作用稍显薄弱，多源数据融合的精准施策优势还未充分体现。

现今，包括操作程序、算法方法在内的计算机应用技术发展广泛[10]。TransCAD作为准确把握有效信息、充分挖掘潜在信息的交通数据管理分析软件[11]，可通过已获取路段数据在建立路段阻抗函数等基础上反推其他路段交通量。对于数据的处理及评价方法，Liu[12]认为将道路传感器数据与其他类型(如：手机信令)数据进行融合的机器学习法可以更好估计交通流；Lin[13]提出了一种启发式方法，对层次分析过程合成中的备选方案进行排序及优先级向量生成，以此进行科学评价。因此，对于公路网交通旅游适应性的研究也应基于上述先进应用。

鉴于此，该文对公路网交通旅游适应性的评价应充分利用多种相关业务数据，在计算机应用技术的发展指引下，通过“数字化”手段，以TransCAD平台为实施路径、以多源数据融合为思想遵循，生成联合数据，进而推演数据规律性趋势；后从“公路交通+旅游出行”协同发展的角度出发，科学合理地选取多维评价指标，结合层次分析法、德尔菲法进行评价，建立公路网交通旅游适应性综合评价体系，得到具备一定适配性及可迁移性的公路网交通旅游适应性时空评价方法。

1 适应性评价指标体系建立

1.1 “公路+旅游”适应性研究内涵

适应性是指事物适合客观条件和内外部各种需要，并与之保持一致、协调发展的能力。公路交通与旅游发展的适应性是指公路交通系统内部的各个方面与旅游发展的各个方面相互一致、保持持续发展的能力；也可以理解为在一定的旅游发展阶段和发展水平下，公路建设如何与之相适应的问题。公路网交通不仅要考虑旅游出行对公路交通的需求，还要以全面统筹为指导方针，主动引导旅游产业纵横发展、促进旅游市场改革发展。

1.2 评价指标选取原则

从公路交通与旅游出行协同发展适应性的研究内涵出发，以“数字化”发展建设为核心驱动，依据“科学性、代表性、可测性、系统性”四段论原则进行指标选取。即科学选取评价指标及方法，保证评价的精确性；使评价指标更强调典型性、代表性，通过特征鲜明的定性或定量的指标反映公路网交通旅游适应性的某一方面；但无论是定量指标还是定性指标，都需做到可测量，能从现有数据资源中进行获取，并可进行联合推演；最终形成完整的评价指标体系，以此对公路网交通旅游适应性进行系统性分析，反映整体适应程度。

1.3 评价指标体系建立

依据上述指标选取原则，在深入分析公路交通的发展速度、结构布局、运行特征、出行服务等是否与旅游发展的需求相适应后，以可获取的业务运行数据、路网基础信息、旅游景点信息、环保绿化情况、历年统计年鉴等相关数据为载体，针对路网、道路、车辆三个层面，以便捷通达、经济高效、绿色持续、智能创新、安全可靠五个维度为评价方向，最终依据系统学方法分层次地确定涵盖公路交通特征与旅游出行特征两大类别的公路交通与旅游出行协同发展适应性评价指标体系，如图1所示。

图1 公路交通与旅游出行协同发展的适应性评价体系

公路网规模及等级结构主要在宏观层面上表明公路网总体规模及结构布局，是公路网规划的重中之重；交通拥挤度、运行速度、交通组成等指标则可有力描述道路交通监测情况。从旅游出行的角度出发，景点与公路的连通程度、衔接时间，以及在出行中，沿途的绿化覆盖、信息指引、服务设施等均与旅客的出行体验直接关联，决定出行需求及旅客流量，进而影响交旅协同发展的效果。因此，选取上述指标进行公路交通与旅游出行协同发展适应性评价具有必要的合理性及科学性。

(1)公路交通特征。

①公路网规模。

以公路网总里程与公路网合理里程之间的适应程度表明公路网发展规模。其中，公路网总里程需将不同等级的公路里程折算成标准里程，公路网合理里程采用国土系数法进行测算。

(1)

(2)

(3)

K=α+βGDP

(4)

式中：

L——公路网标准里程，公里；

L*——公路网合理里程，公里；

ki——第i个公路等级折算成标准里程的折算系数；

li——第i个公路等级的里程，公里；

K——区域经济系数；

P——区域人口总量，千人；

A——区域面积，千平方公里；

GDP——人均国内生产总值，元；

α、β——模型回归系数，取经验值。

②路网等级结构。

等级结构指区域内高速公路、一级公路、二级公路的里程与公路网总里程的比值与合理等级结构之间的适应程度。

③交通拥挤度。

交通量是影响公路服务水平的最直接和最基本因素，但在一定的情境下，仅通过交通量是难以全面反映交通情况的真实情况。因此，为真实反映公路服务水平适应需求的程度，选取交通拥挤度，即运行交通量与适应交通量之间的比值，以反映公路网规划合理性。

(5)

式中：

Rp——第p个路段的里程，公里；

Up——第p个路段的运行交通量，pcu；

Fp——第p个路段的适应交通量，pcu。

④运行速度。

运行速度是影响公路服务水平的主要因素，通过实际速度与设计速度的比值描述该指标。

⑤客车交通组成。

分析交通流组成特性是确定公路功能、性质和制定交通管制策略措施的主要依据，以旅游交通为主的公路，其交通方式以中小客车自驾和旅游大巴接送为主，可通过客车交通量占总交通量的比例刻画客车交通组成。

(2)旅游出行特征。

①景点连通度。

景点连通度指景点与公路网之间的连接程度，表达路网中景点的通达状况，景点连通度越高，则旅游路网发展越为成熟。

表达式如下：

(6)

式中：

Gw——第w个景点邻接的公路边数，条。

②景点与干线公路衔接时间。

旅游景点通过旅游公路到达干线公路的最短运行时间(单位：小时)，可反映旅游景点与干线公路接驳的难易性和便利程度。

表达式如下：

(7)

式中：

Ds——第s个不直接连接干线公路的景点，与干线公路的最短距离，公里；

Vs——第s个不直接连接干线公路的景点，在连接道路的车速，公里/小时。

③绿化覆盖情况。

绿化覆盖情况指有绿化覆盖的公路里程在公路网总里程所占的比例，是反映公路生态环境及景观的重要指标。

④信息化出行服务。

信息化出行服务指路网运行过程中运用信息化手段提供的出行服务，包括信息采集、处理、管理、发布等领域，可采用路网监控接入、ETC使用覆盖、客运系统管理及智能导航使用等情况进行体现。

(8)

式中：

Hq——第q类信息化技术的出行服务率，%；

χq——第q类信息化技术对应的权重系数。

⑤公路服务设施密度。

公路服务设施密度指服务区、加油站、充电桩、观景台、汽车露营地、旅游服务站等公路服务设施的密集程度，可反映公路服务质量与便捷性。

(9)

式中：

Yo——第o类公路服务设施的个数，个；

Co——第o类公路服务设施应覆盖的里程(或面积)，公里(平方公里)；

Mo——第o类公路服务设施的合理密度，个/公里(平方公里)；

δo——第o类公路服务设施对应的权重系数。

2 综合评价方法

2.1 评价方法

公路网交通旅游适应性分析是对既有公路网的路网规模、结构布局、便捷程度等交通特性与旅游发展需求的适应程度进行技术性评价，为编制相应的旅游区域公路网规划、验证旅游区域公路网发展的合理性提供技术依据。根据指标类型采取阈值法进行无量纲化，后通过层次分析法、德尔菲法[14]进行指标权重的确定，以评价云南省公路交通与旅游出行的协同发展程度。

2.2 多源数据情况

借助计算机TransCAD平台实现相关公路信息管理，依托于多源数据融合技术开展公路交通与旅游出行协同发展适应性评价，扩展可用指标的应用广度。其中，公路交通数据主要来源为高速公路收费流水数据、公路交通调查数据等，对于手机信令数据也在交通评价领域广泛应用[15]，除此之外，还包括区域公路网基础信息、《公路程技术标准》等；旅游出行数据由区域旅游景点信息、道路环保绿化情况、道路附属服务设施信息、历年统计年鉴等部分构成。

3 实例验证

云南省位于中国西南地区，是重要的旅游、文化、商贸中心，拥有丰富秀丽的自然景观、舒适宜人的生态环境、绚烂多彩的民族文化和对外开放的区位优势。从“十三五”期云南省旅游业对经济贡献值来看，云南省旅游总收入由3 281.79亿元(2015年)增加到11 035.20亿元(2019年)，占2019年全省生产总值(23 223.75亿元)的47.52%；公路通车里程由23.60万公里拓展至26.24万公里，其中高速公路里程由4 006公里增至6 003公里[16]。在旅游业对云南省经济发展起着举足轻重作用的同时，四通八达的公路网为旅游发展奠定了坚实基础。

3.1 路网准备

依据云南省高速公路收费站流水数据、连续式交调站监测数据、手机信令扩样数据，基于计算机,TransCAD平台，以多源数据融合的方法获取云南省路网交通运行情况。基于交通规划“四阶段法”，以云南省各州市为交通小区，充分利用TransCAD平台的OD分配及OD反推模块功能，在满足收敛条件下反复反推分配，通过已知路段流量得到其他路段流量。其中在流量分配时路阻函数采取BPR阻抗函数，表达式如下：

(10)

式中：

qa——路段a的交通量，pcu；

Ca——路段a的通行能力，pcu/小时；

φ、γ——可调系数；

ta(qa)、ta(0)——交通量分别为va和自由流时，路段a的行程时间，小时。

具体数据处理方法见图2，基于TransCAD平台得到区域内各路段交通量。

图2 基于TransCAD平台的多源路网交通运行数据处理方法

后将省域内132个主要旅游景点信息，相关服务区、加油站、充电桩等位置信息，一并纳入TransCAD平台路网中，包括景点所在路线的绿化、管养情况等，最终基于TransCAD平台形成云南省全信息交旅融合路网数据库，见图3。

图3 云南省全信息交旅融合路网数据库

3.2 评价指标计算

(1)X1：公路网规模。

2019年度，云南省公路网总里程为26.24万公里，其中二级及以上普通公路网里程为14 316公里(一级公路1 546公里、二级公路12 770公里)，高速公路网里程为6 003公里，三、四级公路及等外公路共计24.21公里，全年实现人均地区生产总值47 944元，全省人口4 858.30万。

由于各等级公路的建设规模以及承担能力不同，因此不应采取对各等级公路里程的简单汇总来反映公路网的整体规模。以二级公路为准，考虑将其他等级公路按照各自的平均通行能力进行折算，换算得到二级当量里程[17]，则L=69 119公里。同时通过国土系数法经过测算，2019年末公路网合理里程L*=80 303公里。则由式(2)，X1=0.860 7。

(2)X2：路网等级结构。

参照其他省份路网合理等级结构[18]，计算得到2019年末云南省等级结构为0.582 5，X2=0.846 8。

(3)X3：交通拥挤度。

由《2019年国家干线公路交通情况报告》[19]以及国家公路交通情况调查系统，结合2019年末云南省163个连续式交调站点的交通运行情况，得到各等级公路年度日均交通量水平与其适应交通量的关系(见表1)，其中适应交通量参考《公路工程技术标准》以及交调系统中由云南省交通运输厅归口管理的各交调站点所登记的所属线路基准通行能力。

表1 云南省各等级公路年度日均交通量水平与其适应交通量

因此，X3a=0.753 4。

基于OD分配后的云南省全信息交旅融合路网数据库，针对云南省境内外及途径的132条公路共2 632个路段，以路段里程为权重进行运行交通量与适应交通量的加权测算，得到X3b=0.321 3。

综合两种方式进行平均，X3=0.537 3。

(4)X4：运行速度。

根据交调数据，得到各等级公路年度日均运行速度与其设计速度的关系，见表2。同样设计速度参考《公路工程技术标准》以及交调系统中由云南省交通运输厅归口管理的各交调站点所登记的所属线路设计速度。

表2 云南省各等级公路年度日均运行速度与其设计速度

因此，X4=1.054 1。

(5)X5：客车交通组成。

结合2019年末云南省交调站监测数据，经测算，云南省2019年度客车交通组成为0.460 2，全国客车占比为0.461 8，见表3。

表3 云南省各等级公路年度日均客车占比情况

(6)X6：景点连通度。

云南省地形沟谷纵横，坝区零星分布，起伏较大，该文通过统计分析云南省主要的132个景点与周边公路的连通度，间接评价云南省景点连通度水平。由式(6)，X6=1.757 6。

(7)X7：景区与干线公路衔接时间。

根据现有景点周边道路连通情况，由式(7)，X7=0.110 8。

(8)X8：绿化覆盖情况。

根据云南省公路路线基本情况，获取5 057条国省干线路段的绿化管养情况。经汇总计算，已绿化里程26 754公里，可绿化里程30 055公里，因此X8=0.891 5。

(9)X9：信息化出行服务。

根据云南省公路发展现状，高速公路重点路段、普通国省道重要节点，其运行情况的实时监测数据接入率达到90%；截止2019年底，全省ETC车辆达560.50万辆，民用汽车保有量743.44万辆；班线、包车客运安全闭环管理系统，危险货物运输电子运单闭环管理系统等应用覆盖率达到60%；3G用户72.04万，4G用户3 699.97万，常住人口4 858.30万。综合上述，认为X9=0.757 6。

(10)X10：公路服务设施密度。

云南省高速公路服务区271个，国省干线一、二级公路167个服务区，省内加油站3 903座，公共充电桩2.60万枪。以《公路工程技术标准》等相关标准规范、全国及其他省份的建设经验值作为每类公路服务设施密度的理想值，认为公路服务设施密度X10=0.708 7。

3.3 指标无量纲化

对于存在线性关系的各指标，可以采取的无量纲化方法包括阈值法、标准化法、比重法等。在此采取阈值法进行处理，并使处理后的指标均为正向性指标，即理想数值为1，取值与各指标的适应程度为正比关系，见表4。

表4 评价指标无量纲化测算结果

3.4 指标权重确定

(1)层次分析法。

对于公路交通与旅游出行协同发展适应性评价，采用层次分析法确定指标的权重，步骤包括建立层次结构模型、构造比较判别矩阵、进行层次排序及一致性检验。

其中在求解判别矩阵的特征根及特征值的特征向量时，具体计算方法如下：

①计算判断矩阵中每一行元素的乘积Mi。

(11)

(12)

③计算特征向量Wi。

(13)

④计算判断矩阵的最大特征根λmax。

(14)

以公路交通与旅游出行协同发展适应性为目标层，公路交通特征、旅游出行特征分别为准则层，公路网规模、路网等级结构、交通拥挤度、运行速度、客车交通组成、景点连通度、景区与干线公路衔接时间、绿化覆盖情况、信息化出行服务、公路服务设施密度等10个指标为方案层。经过两两比较的方法分层次确定指标重要性，经测算后，一致性指标CI和一致性比率CR均小于0.1，检验结果见表5。

表5 判断矩阵一致性检验汇总表

通过层次分析法确定各评价指标的权重，而后得到评价结果如下：

V1=0.251 6X1+0.190 7X2+0.073 0X3+0.096 4X4+0.055 3X5+0.121 2X6+0.098 8X7+0.022 5X8+0.035 0X9+0.055 4X10=0.792 4

(2)德尔菲法。

考虑到适应性评价指标重要性难以量化，且多项数据无明确最优值，因此另采用德尔菲法确定各个指标权重系数。经过三轮专家对指标权重的评价和权衡后，得到评价结果：

V2=0.159 2X1+0.124 8X2+0.097 1X3+0.102 3X4+0.092 5X5+0.144 8X6+0.093 7X7+0.051 5X8+0.049 3X9+0.084 8X10=0.779 1

3.5 评价结果分析

进行适应性评价时，综合两种权重赋值方法得到云南省公路交通与旅游出行协同发展适应性评价值V=0.785 8。

对照表6，可知：至2019年，云南省公路交通与旅游出行之间的协同发展关系为基本适应。

表6 公路交通与旅游出行适应度与适应程度对应关系

3.6 研究方法应用

为进一步细化空间粒度，将基于计算机TransCAD平台的公路交通旅游协同发展研究方法应用于云南省各州市，结果如图4所示。

图4 云南省各州市公路交通与旅游出行协同发展研究结果

结果表明：楚雄、大理、红河、曲靖、西双版纳、玉溪等州市同样为基本适应，且大理、红河、曲靖、西双版纳适应度高于云南全省。

由此分析，云南省下一步交旅协同发展重点应展望于旅游公路的“建-管-养-运”全环节。适度修建景点周边衔接公路，重点统筹怒江、迪庆等西北地州市，进而辐射带动其他地区，目标在于提升全域景点连通度，使高等级公路直通景点，减少与干线公路的接驳耗时，吸引更多车流人流。同时充分利用公路功能，依托大滇西旅游环线的推动建设，加强迪庆、大理、昆明等州市景点旅游公路的布局建设、结构调整、绿化提升等工作，以公路促旅游，加强旅游出行热度，提升旅游吸引力，带动区域旅游经济发展。并且利用信息化技术提高全域路网管理和服务水平、在交通运输设施建设方面蓄力发展，提高公路服务意识与保障、增强公路旅游出行体验感，使公路运输发挥更大能效。

4 结束语

基于计算机TransCAD平台提出一种公路交通旅游协同发展研究方法。该方法通过融合高速公路收费流水数据、连续式交调站监测数据、手机信令扩样数据、旅游出行信息数据等多源数据，在TransCAD平台中创新生成云南省全信息交旅融合路网数据库，并从公路交通特征与旅游出行特征，确定协同发展适应性评价多维指标体系，应用层次分析法与德尔菲法进行分析研究后，认为协调关系为基本适应，并将此交旅协同发展研究方法应用于云南省各州市，扩展方法应用场景，验证方法应用实效。

“十四五”时期，云南省在交通强国建设试点纲领指导下，应充分践行交旅融合发展愿景，以提升交通设施旅游服务功能、交通运行智能化水平为内生动力，借助交旅适应性评价方法，在交通宏观管理与决策、公路规划与调整、公路养护决策、科学研究、公路设计等方面以数施策。重点发展旅游公路的“建-管-养-运”，通过设立试点州市的方式逐步完善公路交通与旅游出行的适应程度，辐射带动省域交通产业、旅游产业均衡发展。

同时，由于高速公路省界收费站的取消，ETC门架作为交通运行数据接收新路径，正进一步持续铺开；另外，对手机SDK位置信息这类用于表征行人出行信息的新兴数据，也在持续深化探索；车牌识别数据在重大节假日也是对交通全信息的良好补充。因此，后续对于交旅发展的研究方法也可考虑纳入ETC门架数据、手机位置服务LBS数据、车牌识别LPR数据等，精准描绘公路运行情况与行人出行情况，拓展多源数据库，强化信息技术应用，为公路交通与旅游出行的产业发展提供有力支撑及精细指导。