土地利用模型與交通模型研究

張智學(xué)

摘 要：本文從土地利用與交通的互動(dòng)關(guān)系作為切入點(diǎn)，概述了城市用地與交通預(yù)測(cè)一體化模型的基本原理，以現(xiàn)行的主流一體化模型為例，從模型構(gòu)建的角度分析了不同的對(duì)象，結(jié)構(gòu)特征以及建模方法對(duì)于實(shí)際構(gòu)建模型的影響，綜述其構(gòu)建原理以及運(yùn)行方式，并介紹了一體化模型效用函數(shù)確定原理等基本概念。

關(guān)鍵詞：土地利用;交通;出行;地區(qū)位效用;關(guān)聯(lián)性;Logit模型

0 引言

在城市發(fā)展的過(guò)程中，組成城市的要素，人口、經(jīng)濟(jì)、土地等處于動(dòng)態(tài)變化的階段，互相關(guān)聯(lián)，互為因果。城市的發(fā)展理論由復(fù)雜的子系統(tǒng)組成并受到多種變量因素的影響，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)往往難以將具體的對(duì)象轉(zhuǎn)化為參數(shù)化，模型化的表達(dá)，因此在表示城市所處狀態(tài)（人口，規(guī)模，土地，經(jīng)濟(jì)、定位）時(shí)，往往會(huì)使用土地利用這一綜合性概念。交通規(guī)劃對(duì)于城市規(guī)劃和發(fā)展具有先導(dǎo)作用，與土地利用狀況互相作用，互為成因，一方面土地利用所產(chǎn)生的交通需求是交通規(guī)劃的目標(biāo)，土地利用決定著交通規(guī)劃，另一方面，前置的交通規(guī)劃影響著周邊用地發(fā)展水平和方向，對(duì)土地利用結(jié)構(gòu)的調(diào)整具有導(dǎo)向性作用。

1 交通模型與土地利用模型聯(lián)系原理

在關(guān)聯(lián)模型中，有關(guān)交通的影響因素，諸如使用，通過(guò)建立交通方式的便捷性、時(shí)間成本、可達(dá)性與用地相關(guān)的用地性質(zhì)之間的聯(lián)系，將土地利用模型（Land-UseAnalysis）和交通預(yù)測(cè)模型（Transportation Forecasting）合成為一體化模型為L(zhǎng)-T模型（系統(tǒng)）。

在構(gòu)建L-T系統(tǒng)時(shí)，要考慮土地利用對(duì)于出行生成的影響和交通系統(tǒng)對(duì)于城市用地性質(zhì)的影響。因此，不同系統(tǒng)之間信息反饋回路的建立，對(duì)于充分反映交通和用地各要素組成之間的作用過(guò)程有著重要的意義，因此在實(shí)際構(gòu)建L-T系統(tǒng)過(guò)程中首先要解決的問(wèn)題便是如何尋找描述不同系統(tǒng)運(yùn)作變量中的關(guān)聯(lián)性，將其置于一個(gè)綜合性系統(tǒng)下進(jìn)行討論。

在實(shí)際模型構(gòu)建中，常選取其對(duì)于城市經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)活動(dòng)的作用與反作用，構(gòu)建兩個(gè)系統(tǒng)之間的反饋機(jī)制。這種觀點(diǎn)主要考慮到城市生活中不同的經(jīng)濟(jì)實(shí)體，對(duì)于各種產(chǎn)品（包括商品、服務(wù)等）等的生產(chǎn)和消費(fèi)過(guò)程中，生成了對(duì)用地和交通的需求[1]。圖1所示。

2 L-T模型種類及系統(tǒng)劃分

現(xiàn)行的L-T模型設(shè)計(jì)思路主要從模擬對(duì)象以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)兩方面入手。就針對(duì)于出行對(duì)象的情況模擬上，可分為基于出行的模型與基于行為的模型兩種，從L-T系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)機(jī)構(gòu)上進(jìn)行劃分，則可分為分離式、耦合式和集成式結(jié)構(gòu)三種。

2.1 基于模擬對(duì)象的模型劃分

2.1.1 基于出行的模型

基于出行行為（Trip-based）模型其特點(diǎn)在于研究的基本對(duì)象是不帶特征及屬性的單次出行行為，根據(jù)每次出行的起訖點(diǎn)計(jì)算出行量。以其中的代表四階段法為例，其主要的技術(shù)路線為：土地利用屬性—出行生成—出行分布—出行方式劃分—交通分配。四階段法設(shè)計(jì)過(guò)程中并沒(méi)有充分考慮到交通系統(tǒng)對(duì)于土地利用的反饋?zhàn)饔茫谠撃Ｐ拖到y(tǒng)之中更多側(cè)重于用地屬性對(duì)于交通生成、分配等單方面的影響。

2.1.2 基于行為的模型

基于行為（Activity-Based）模型認(rèn)為出行者的出行行為源自其日常活動(dòng)的需求，強(qiáng)調(diào)了出行與個(gè)人特征和屬性以及對(duì)應(yīng)的社會(huì)活動(dòng)需要的關(guān)聯(lián)性。基于行為的模型將出行看作是人們?nèi)粘；顒?dòng)行為的諸多屬性中的一種。在本質(zhì)上，出行是為了首先某種社會(huì)活動(dòng)需要的一種行為。這種模型的一個(gè)最基本的前提是，出行是由一系列活動(dòng)行為所決定，所有這些活動(dòng)行為構(gòu)成了出行者個(gè)人的活動(dòng)日程，而個(gè)人的活動(dòng)日程又受到社會(huì)環(huán)境的限制，具體體現(xiàn)為出行行為在時(shí)間和空間上的約束。

2.2 基于不同結(jié)構(gòu)的三類模型系統(tǒng)

常見的L-T模型主要通過(guò)三種結(jié)構(gòu)處理L模型與T模型之間的關(guān)系，分別為分離式，耦合式和集成式。分離式結(jié)構(gòu)采用了一種較為簡(jiǎn)單直接方式分開處理模型之間的關(guān)系，并不在其中建立之間的反饋關(guān)系。耦合式和集成式結(jié)構(gòu)模型則通過(guò)選取外生變量的方式，根據(jù)用地對(duì)于外生變量的效用

評(píng)價(jià)進(jìn)行活動(dòng)量的空間分配，再根據(jù)不同交通方式以及路徑對(duì)于外生變量的影響將出行的流量加載到路網(wǎng)上。

3 效用函數(shù)的確立

根據(jù)隨機(jī)效用理論建立的logit模型[3]：

通過(guò)效用函數(shù)：

來(lái)反映用地分區(qū)的綜合吸引力（其中，SEi，a為i分區(qū)的a種社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo);Ai，b為i分區(qū)與b種出行方式有關(guān)的可達(dá)性;為待定參數(shù)）。除常數(shù)項(xiàng)外，效用函數(shù)還包括一個(gè)項(xiàng)和一個(gè)項(xiàng)。項(xiàng)反映用地的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，項(xiàng)則反映用地的區(qū)位可達(dá)性。

無(wú)論是基于出行還是基于行為的模型，運(yùn)用logit 模型來(lái)進(jìn)行用地選擇、出行方式選擇、路徑選擇等已成為一種趨勢(shì)。在用地分析中，可以根據(jù)不同的用地選擇目的，選用不同的社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，包括社區(qū)環(huán)境質(zhì)量等指標(biāo)，來(lái)建立特定的效用函數(shù)。在出行方式選擇和路徑選擇過(guò)程中，基于效用函數(shù)的MNL（MultinomialLogit）模型和NL（NestedLogit）模型可將方式劃分和交通分配過(guò)程合二為一。效用函數(shù)的靈活性還體現(xiàn)在能用非集計(jì)型數(shù)據(jù)來(lái)標(biāo)定模型參數(shù)，把基于效用函數(shù)的各種選擇模型統(tǒng)稱為離散型選擇模型。

效用函數(shù)中的γ項(xiàng)通常為負(fù)值，稱為交通負(fù)效用（Transport Disutility）。交通負(fù)效用反映了交通因素對(duì)用地綜合吸引力的負(fù)面影響，這體現(xiàn)在用地價(jià)格（地租）隨出行時(shí)間和費(fèi)用的增加而降低，也就是通常所說(shuō)的交通對(duì)用地的反作用。

4 總結(jié)

土地利用與交通相互引導(dǎo)、作用、影響，構(gòu)成了城市中復(fù)雜的路網(wǎng)和用地形態(tài)。構(gòu)建二者的一體化模型，超越單個(gè)系統(tǒng)所具有的局限性，從整體和全面的角度思考二者的聯(lián)系，是解決城市用地和交通問(wèn)題的主要趨勢(shì)。未來(lái)，一體化模型的發(fā)展趨勢(shì)會(huì)更多的針對(duì)現(xiàn)階段無(wú)法量化統(tǒng)計(jì)出行對(duì)象特征、實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)協(xié)同分析、多學(xué)科理論支持、模擬過(guò)程精細(xì)化，融合多種模型理論和建模方法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)構(gòu)建。

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