四階段預測法在公路交通量預測中的應用研究

沙愛敏，王曉東

(1.揚州市職業大學 土木工程學院 揚州市 225009；2.儀征市交通運輸局 儀征市 211400)

科學合理地預測交通量是確定工程項目建設的技術等級、建設規模、經濟效益評價和項目決策建議的重要基礎[1-3]。以某國道新集南段工程項目為依托，運用四階段預測理論，對未來路網交通量進行預測和分配，從而合理確定本工程建設標準和建設規模，并且準確掌握未來交通量變化趨勢，為路網規劃、經濟評價及投資決策提供可靠依據。

1 交通量預測的總體思路

采用以機動車起訖點調查為基礎的“四階段預測法”。具體思路為：收集調查社會經濟及交通現狀資料后，分析社會經濟與交通運輸發展兩者之間的相關關系，在預測區域未來經濟發展水平的基礎上，研究區域未來的交通生成和交通分布情況，推算其正常增長的趨勢型交通量，同時考慮因本項目建成后對影響區域產生的誘增交通量，以及與水運、鐵路等其它運輸方式相互轉移的交通量，最終確定項目未來的交通量。據此為本項目建設規模和實施計劃的確定、經濟評價及投資決策提供依據[4]。

2 交通量預測方法及步驟

某國道儀征新集南段起點位于儀征市與揚州經濟技術開發區界，接345 國道揚州經濟技術開發區段，向北沿大樟溝東側布線，經G328后利用G40大樟溝大橋的1#、2#橋孔下穿G40，跨沿山河，利用既有通道下穿寧啟鐵路，繞過郭山遺址，向北止于S353 與S418 交叉口，接345 國道儀征新集至劉集段，路線全長6.876km。

本項目預測年限為調查年到項目投入運營后20 年。預測遠景年為2039年。調查收集項目影響區域歷史年社會經濟、交通運輸資料，并分析兩者之間的相關關系，作為預測模型確定的基礎。同時根據區域年社會經濟的發展歷史，建立經濟預測模型，對區域未來經濟發展進行預測。

2.1 交通生成

2.1.1預測模型選定

區域交通生成量(交通發生集中量)是社會經濟發展對運輸需求的具體反映。發生集中交通量的預測以社會經濟發展趨勢為基本依據，推薦采用增長率法預測未來發生集中交通量。具體方法為：分析歷史年各小區交通增長與經濟增長的關系，并推算將來交通與經濟之間的彈性關系，然后根據各區域未來經濟增長率，推算相應小區發生集中交通量的增長率，進行預測。

各經濟小區范圍內交通量的發展趨勢，基本上反映了該小區交通生成量的增長趨勢，本次研究對交通量增長與各區的經濟增長進行彈性系數分析，用各區的預測GDP增長率推算各小區交通量的未來增長率。

2.1.2彈性系數分析

(1)研究對象和研究方法

本次研究將項目影響區共劃分為18個小區，主要分析蘇南、蘇中、蘇北、江蘇省的客貨彈性系數以及分析經過項目區域的交通增長情況。

彈性系數用冪指數回歸分析法計算：

lnTi=αi+βi+lnEi

(1)

式中：αi為回歸參數；βi為i區的交通增長彈性系數；Ti為客車或貨車的交通量；Ei為i區的GDP。

從江蘇省的情況看，全省客運(周轉)量增長率低于貨運(周轉)量增長率，而道路上客車的增長率卻高于貨車增長率，這一方面反映了貨運的單車平均運輸噸位的增長高于客運單車的平均載客人數的增長，符合貨物運輸組織得更趨合理與小客車迅猛增長的發展趨勢。另一方面，也反映了由于統計口徑的不斷擴大變化而造成的數據統計差異。由于交通量觀測方法多年來較為一致，并且車輛載貨率等參數難以調查。因此，本項目彈性系數的計算以客貨車交通量為基礎，避免了由于調查口徑變化或換算系數不準確而帶來的計算上的較大誤差。

(2)歷史年經濟和交通量

收集整理1999年至2016年項目區域附近的國、省道有代表性的特征觀測點交量資料。包括小貨、中貨、大貨、拖掛、小客、大客共6種車型，計算彈性系數時適當合并，將小貨、中貨、大貨、拖掛、集裝箱合并為貨車，小客、大客合并為客車，只計算貨車和客車的交通量彈性系數。由此可得到各區客車、貨車的歷年交通量。

2.1.3未來彈性系數的確定

未來彈性系數的確定采用曲線擬合的方法，首先分析區域的客、貨運量、交通量與經濟指標的彈性發展趨勢，在宏觀上把握彈性系數的變化規律，同時參考經濟、交通發展情況類似的國家和地區的發展軌跡，最后確定未來年貨、客車彈性系數變化模型參數，預測未來年客、貨車彈性系數。

當地交通和其他地區的過境交通組成本項目所經區域的路網交通量。參照國外公路交通發展規律，并結合該地區歷史年交通量和各地區經濟的彈性關系的發展趨勢，對貨、客交通量的彈性系數序列用指數函數擬合，擬合模型采用定量和定性相結合的方法，近期以定量為主，遠期以定性為主。

2.1.4發生集中交通量預測

(1)未來經濟預測結果整理

在交通小區中，按蘇南、蘇中、蘇北劃分，采用各自區域的彈性系數，其余省外影響區由于距項目區域較遠且其影響該地區交通量的經濟因素與江蘇省經濟發展水平有關，因此，這些影響區采用江蘇全省經濟總體增長速度，彈性系數采用全省的彈性系數。

(2)未來交通量增長率和未來發生集中交通量

預測未來特征年交通量時，根據需要，車型劃分為貨車、客車兩種。交通量的增長采用：特征年交通量增長率=特征年經濟增長率×特征年彈性系數。交通小區分別對應于各自地區采用相應的彈性系數。根據基年各小區的發生集中交通量推算未來各特征年該小區的發生集中交通量。

2.2 交通量分布

本項目的交通分布預測采用FRATAR模型，該方法認為兩交通區之間未來的交通量不僅與兩交通區的交通生成增長系數有關，而且還與整個項目影響區域的各交通區的交通生成系數有關[5]。弗雷特法的計算公式如下：

(2)

(3)

經過交通分布，形成正常增長的趨勢型未來特征年OD矩陣。采用弗雷特法預測各特征年度趨勢型OD分布，得到遠景年預測趨勢型OD表。

2.3 誘增交通量及其他運輸方式轉移交通量預測

2.3.1誘增交通量

誘增交通量是指由于公路的新建或改造而誘發產生的交通量。由于此次OD調查為全省路網調查，因此交通誘增應從路網誘增的角度考慮。在參考有關資料基礎上，分析地區產業布局特點、區域社會經濟發展規劃以及新建項目路對區域交通運輸需求增加的誘發作用逐漸減弱的規律性，同時考慮周邊路網中宿揚高速于2017年底建成通車。由此考慮到2039年誘增交通率為5%。根據遠景年預測誘增型OD表，最終計算2039年路網誘增交通量為231576pcu/d。

2.3.2其它運輸方式轉移交通量

公路與其它運輸方式之間轉移交通量的產生主要源于下述兩個因素：公路項目的建設對其它運輸方式的影響；其它運輸方式項目的建設對原有公路運量產生的影響。本研究認為，將來與本項目之間有可能存在交通量轉移的其它運輸方式有水運和鐵路運輸。

江蘇省的水運客運量很小，其出行目的通常以觀光游覽為主，因此，總體上說，水運的客運因其獨特性不會與新建一級公路發生交通轉移。

項目區域和項目路走向基本平行的鐵路主要是淮揚鎮鐵路，淮揚鎮鐵路開通后和項目路形成有力的競爭，公路分擔比例會有所下降，但考慮項目路的建設在淮揚鎮鐵路開通之后，此時淮揚鎮鐵路對公路的分流格局已經基本穩定，因此近期不再考慮對鐵路的轉移。

2.4 交通量分配

本次交通分配采用TransCAD提供的用戶均衡分配模型(User Equilibrium 模型)預測有關路段交通流量。UE模型假設為：用戶完全掌握路網運行信息，所有用戶按照使自己運行費用最小的原則選擇其行車路線，而用戶的運行費用則隨利用該路段交通量的大小而變化。運行費用主要考慮行車的時間費用，另外還考慮了收費的影響。

2.5 預測結果及分析

2.5.1路段交通量及分析

(1)交通量預測結果

將誘增OD表并入趨勢型OD表，形成本項目未來遠景年的總OD矩陣表，如表1所示。將OD數據通過交通分配模塊加載到對應的路網上，得到路網分配預測結果，如表2所示。由于項目路既是345國道的組成部分，又是揚州城市西部外環的重要組成部分，至2039年項目平均交通量將達到33204pcu/d。

從時間上看，項目建設初期增長速度較快，平均交通量在2025年達到18598pcu/d，年均增長率9.0%，此后交通量年增長速度逐漸下降。遠景年轉向交通量預測結果如圖2所示。

圖1 遠景年2039年相關節點轉向量示意圖(單位：pcu/d)

(2)交通構成分析

結合預測結果，分析未來項目交通構成大概的比例，未來項目路主要由過境交通、內外交通和內內交通三部分構成，過境交通流約占項目路比例為24%；內外交通出行比例將達到66%，其中項目區域往南京、泰州、鎮江方向的交通流分別為15%、18%、14%，合計所占比例達到50%；其余交通流主要往高郵、天長方向，分別為10%和9%；區域內部利用項目路的交通流比例較低，約占10%左右。

2.5.2特征年車型構成

根據項目所在區域路網歷年交通構成分析，車種的比例變化與GDP有著良好的相關關系，本次車種比例預測采用指數模型，與GDP回歸預測，經歷史資料回歸分析，得到參數及相關系數。根據模型擬合參數，以及基礎交通量預測結果，對項目未來車種構成進行預測，如表3所示。

通過項目路未來車種比例預測的結果，可以看出未來客車的比例占優勢。小客隨著經濟發展，私家車的逐步普及，呈穩步增長態勢，大客所占的比例也有所上升。由貨車的比例變化可以看出，小型貨車、中型貨車因其載重量的局限性，未來呈緩慢下降趨勢，隨著經濟發展的轉型，貨運呈集中化、大型化發展方向，汽車列車呈穩步上升趨勢。

3 結論

交通量的準確預測是確定公路服務水平、服務等級的重要參數，也是確定項目建設規模和標準的依據。采用四階段法對本項目交通量進行預測，根據預測結果，依據公路工程技術標準，從本項目的功能定位、路網規劃及道路性質，結合本項目所處區域的實際特點，推薦采用雙向四車道一級公路斷面，設計車速為100km/h，路基全寬26.0m。本項目的建成能充分發揮國道的整體效能，構建長三角經濟一體化，完善相鄰縣市之間的國道省道暢通，構建揚州大交通網絡，強化與周邊市縣聯系，帶動區域經濟發展，更好地服務于沿線經濟社會的持續發展。