弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用

弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用
第11卷第3期
2011年6月
交通运输系统工程与信息JournalofTransportationSystemsEngineeringandInformationTechnology
V o1.11No.3
June2011
文章编号:1009~744(2011)03-0001-07
弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用
赵胜川,何南
(大连理工大学交通运输学院,辽宁大连116024)
摘要:诱增交通量是交通需求预测中必不可少的一部分,它直接影响着城市交通规划.为了探讨诱增交通量对于新建或改建道路影响情况,本文在明确了诱增交通量定
义和产生机理的基础上,探讨影响我国出行距离的因素,应用国外普遍采用的弹性系数
法对全国各省市(1990年一2008年)数据进行诱增交通量分析,得到了全国及六个分
区(华北,华东,西南,中南,东北,西北)公路里程和出行距离之间的弹性系数0.16—0.51.考虑时间作用,计算出延期一年,两年公路里程和出行距离之间的弹性系数0.22
—
0.54.详尽的结果分析不仅证实了诱增交通量的存在,并为我国城市交通规划提供实质性建议.
关键词:公路运输;城市交通规划;诱增交通量;弹性系数法;公路里程;出行距离
中图分类号:U491文献标识码:A
Elasticity-BasedModel
ofHighway
AppliesintheForecasting
InducedTraffic
ZHAOSheng—chuan,HENan
(SchoolofTransportationandLogistics,DalianUniversityofTechnology,Dalian116024,Li aoning,China)
Abstract:Inducedtrafficisakeypartoftraveldemandanalysis,whichdirectlyaffectstheurba n
transportationplanning.Thepurposeofthispaperistoaddressthequestionofhowmuchnewo rimproved
roadinducesextratramC.Basedontheconceptandmechanismofinducedtra佑C.thefactorsthataffect
vehicle—milesoftravel(VMT)arediscussed.Theelasticity—basedmodelwhichisingeneraluseisapplied inthecalculationofourprovincesandcities.Inaccordancewiththedatacollection(from1990 to2008),
indueedtrafficisanalyzed.Andthentheelasticcoeffieientofourcountryandsixdistricts(nort hChina,
eastChina,southwestChina,southcentralChina,northeastChina,andnorthwestChina)bet weenVMT
andlane-milesisestimatedtobe0.16—0.51.Consideringtimedelay.theelasticcoefficientwithoneyear lagandtwoyearlagisabout0.22一O.54.Thedataanalysisnotonlyconfirmstheexistenceofinduced
traffic,butalsoprovidessubstantiverecommendationstourbantransportationplanning. Keywords:highwaytransportation;urbantransportationplanning;inducedtraffic;elasticit y-based
model;lane—miles;vehicle—milesoftravel
CLCnumber:U49lDocumentcode:A
收稿日期:2011-01—24修回日期:2011-05-03录用日期:2011-05-05 基金项目:国家自然科学基金项目(50978046).
作者简介:赵胜川(1963一),男,河北省人,教授,博士.
通讯作者:**************.cn
2交通运输系统工程与信息2011年6月
1引言
新中国成立初期,我国公路通车里程仅为
8.07万公里,截至2009年公路通车总里程达到了
386.0823万公里,然而我国汽车保有量比新中国
成立初期增长了1500多倍,2009年底我国汽车保
有量为7619.31万辆.巨大的变化促使我国公路
供需矛盾激化,交通拥堵问题严重.解决道路交通
拥挤的最简单有效的方法就是新建或改良道路,提
高道路通行能力.但由于新建或改良道路在一段
时间后,在特定范围内又会产生出新的交通需求,
从而再次出现交通拥挤状况.ToddLitman…提出
在交通大堵塞地区扩建或修建高速公路,拥堵会更
加严重.因此在进行交通需求预测时,必须充分考
虑新建或改良道路所带来的新的交通需求.
1988年,英国国家审计委员会在其道路规划
分析报告中指出,如果适当考虑诱增交通量的问
题,许多评价项目的预测精度都可以大大提高,自
此诱增交通量的研究引起了广泛的重视.1994年
12月,英国干线道路评价常务咨询委员会
(SACTRA:TheStandingAdvisoryCommitteeon TrunkRoadAssessment)出版的专题报告《干线道
路与交通量生成》系统地探讨了诱增交通量的一
些基本问题.在分析比较151条公路开通前后交
通量变化的基础上,得出预测交通量低于实际交通
量,预测误差((预测值/实际值一1)?100%)较大(约为一50%～+130%);并建议在干线公路交通
需求预测过程中采用弹性预测方法.随后国外学者应用弹性系数法对公路总里程和出行距离之间的弹性系数进行研究.我国学者近几年分别
应用重力模型法,生长曲线法,灰色理论计算法,微观数学模型和宏观数学模型对诱增交通量进行了探讨,得到宜昌至利川段高速公路,成渝高速公路,津京塘高速公路和罗定至岑溪高速公路
粤境"等路段的诱增交通量的预测模型,并运用
仿真模拟软件TransCAD研究公路诱增交通量¨. 但至今还少有应用弹性系数法研究全国及各个分区的情况.本文在明确诱增交通量概念的基础上, 依据国外研究探讨影响出行距离的因素,根据收集数据,利用弹性系数法对全国31个省市的公路进行计算,得到了公路里程和出行距离之问(有无延期情况下)的弹性系数,同时考虑了人口,GDP因素,并对其结果进行了详细分析
2诱增交通量概念和产生机理
2.1概念
诱增交通量的概念暂时没有统一的定论,大多
数学者都认为诱增交通量是一个从"无"到"有"的过程,即由于新建或改良道路而产生的新的交通需求即为诱增交通量.国内学者一般把诱增交通量作为总交通量的一部分,以PCU/h为单位.而
国外学者一般用人们出行距离代替交通量,即诱增交通量的研究主要是探讨公路总里程和出行距离之间的关系.本文拟用国外学者对诱增交通
量的定义,将诱增交通量详细划分,见表1,运
用弹性系数法对我国公路里程与人们出行距离之
间的关系进行研究,以出行距离(km)代替交通量.
2.2产生机理
在20世纪70年代诱增交通量存在与否的问
题困扰着当时的学者,1994年12月,SACTRA通过
多方材料收集证实了诱增交通量的存在,随后对诱
增交通量的产生机理进行了阐述,认为一些外
因引起了交通量的增加,如工资收入增长.尽管在
现实生活中,不可能提前获得出行需求,不会提前
预知人们是否出行,出发地与目的地,时间,使用何
种交通工具,选择哪条道路以及是否合乘等.但
是,学者们普遍认为人们选择出行与否的决定因素
是价值.
由于人们选择出行的决定因素是价值,这与经
济学中供给与需求理论相一致,所以诱增交通量的
产生机理是基于简单的经济供给与需求理论,公路
容量的增加促使出行时间减少,而出行时间的减少
会促使需求的增加.详细说明如图1所示:s.为新
建或改建道路前的道路供给曲线,随着道路供给的
增加价格增加,d.为新建或改建道路前的人们需
求曲线,随着价格的减少道路需求增加.在A点达
到供需平衡,此时道路容量为q,价格为P.随后
新建或改建道路,供给曲线由5.移到s:,平衡点下
滑为B点,此时道路容量为q,价格为P,由于价格
的降低,需求的增加,需求曲线由d.变为d,在c
点供需平衡,其中q到g,增加的交通量为诱增交
通量,而q到q.之间的交通量为人口等外部因素
影响产生的交通量.
第11卷第3期弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用3 pl
表1诱增交通量的定义
Table1Definitionsofinducedtraffic
给定目的地
给定路线,出行线路出行时间从其他出合乘人数出行频率改变至更远时间,合改变改变行方式转减少增加的目的地
乘人数,移到小汽
出行方式车出行
和频率
(其余所(其余所(其余所(其余所(其余所(其余所有
有给定)有给定)有给定)有给定)有给定)给定)
I现有交通量I
诱增交通量给定出
诱增交诱增交通量(更多的车
发地通量公里数)
(此时)(地点上(时间上(转让
的重新的重新的)
分配)分配)
更远的诱增交通量诱增交诱增交
出发地通量通量
0g2q3q.q
图1诱增交通量产生机理
Fig.1Mechanismofinducedtraffic
通过诱增交通量的产生机理我们可以得出,新
建或改建道路会增加交通量,但是诱增交通量只是
总交通量的一部分,因此影响人们出行距离的因素
不仅仅只包含新建或改建道路.
3影响出行距离的因素
根据诱增交通量产生机理,价值是人们选择出
行与否的决定因素.即影响人们出行的价值因素
是影响出行距离的因素,因此影响出行距离的因素包括人口因素,燃料费,新建或改建道路,收人水平和公共交通服务水平等.
(1)人口因素.
人口的增长必然引起交通量的增加,这正是趋
势交通量的一部分(在交通条件保持不变的情
况下,由于经济的发展引起交通量的增长).妇女
工作比例增加,小型家庭数增多,拥有驾照人数增加和私家车拥有量增多都会引起出行距离的增加,但是这些因素与人口因素是共线性的,因此
这里仅列出人口因素而不包括其余因素.
(2)燃料费.
1992年Goodwin¨在一篇概述中得到结论:
燃料费的短期弹性系数为一0.25一一0.3,长期弹4交通运输系统工程与信息2011年6月
性系数为一0.7～一0.8.1992年Oum…等人在学术报告中指出,燃料费的弹性系数为一0.09～
一
0.52.根据诱增交通量的产生机理得出燃料费
的增加使人们出行费用增加,致使交通量降低,因此交通量与燃料费是负弹性关系.
(3)新建或改建道路.
新建或改建道路必然会引起交通量的增加,这
正是本文所研究的诱增交通量.
(4)收入水平.
收入水平的增长必然引起交通量的增加,这是
趋势交通量的一部分,根据诱增交通量的产生
原理,我们可以得到收入的增加使人们生活水平提高,人们对价格的敏感度降低,促使交通量增加.
(5)公共交通服务水平.
当公共交通发展完善时,小汽车的保有量就会
下降.Jones和Tanner181(1979年)回顾了11篇研究报告,通过这些研究,他们得出公共汽车的出行距离增加1千米/(人?年),将会平均减少小汽车
使用0.0021辆/人;每人使用公共交通工具次数
增加10次/年,将会平均减少小汽车使用0.0077 辆/人.即公共交通服务水平的提高使私家车出行减少,促使交通量减少.因此公共交通服务水平的提升促使交通量降低,反之亦然.
4数据和弹性系数法分析
在国外诱增交通量的预测模型中,经常使用弹
性系数法.本文采用这个方法,根据我国国情合理设定参数,收集全国31个省市l9年的相关数据, 得出人们出行距离与公路总里程的弹性系数,并对结果进行数据分析.
4.1弹性系数法
弹性系数法是在一个因素发展变化预测的基
础上,通过弹性系数对另一个因素的发展变化做出预测的一种间接预测方法.弹性系数是表示两个因素各自相对增长率之间的比率¨.依据国外应用弹性系数法研究诱增交通量的模型,遵循我
国实际情况,设定预测模型为
Log(VMT):c+++∑卢log(Xikt)+k
Alog()+(1)
式中VMT——第i个地方在第t年的汽车出行
距离;
C——常量;
Ol——第i个地方的固定影响;
r——第t年的固定影响;
JB——待定系数(人口,GDP);
——
第i个地方在第t年的人口,GDP;
A——公路里程的待定系数;
LM——第i个地区第t年的公路里程;
——
随机误差.
比较国外诱增交通量的弹性系数模型,本文采
用的模型不包括影响出行距离的燃料费和公共交通服务水平两个参数.这是由于我国燃料费较低, 因此燃料费对我国人们出行距离影响甚微.我国
对于公共交通服务因素的数据收集整理较少,数据收集有限,并且我国的私家车拥有量较低,因此本文的预测模型中没有包括公共交通服务水平.所
以影响我国人们出行距离的因素包括人口数,GDP 和公路里程.由于新建或改建道路而增加的交通
量称为诱增交通量,因此公路里程变量单独列出. A值即为公路里程与出行距离之间的弹性系数. A=0logLM=×(2)"()一a()一
4.2调查数据
通过国家统计数据库..和中国交通年鉴
的数据统计整理,得到全国31个省市1990--2008 年的人口,GDP,公路里程和出行距离数据,运用各省市的数据分别计算平均值,得到各省市l9年的平均人口,平均GDP,平均公路里程和平均出行距离,计算结果如表2所示.由于重庆市于1997年
成立为中央直辖市,数据偏少,所以在数据计算时排除重庆数据.
4.3数据分析
我国省市依据地理位置和自然气候被分为6
个区,分别为华北,华东,西南,中南,东北,西北.
根据模型和全国30个省市l9年的数据,按照我国
分区使用SPSS统计分析软件进行分析计算,结果
如表3所示.
第11卷第3期弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用5 表2全国31个省市的数据平均统计
Table2Averagedataon31provincesandcities
表3基于模型的弹性系数计算结果
Table3Resultsofelasticcoefficientofthemodel
6交通运输系统工程与信息2011年6月
结果表明:
全国及华北,华东,西南,中南和东北地区
公路里程与人们出行距离之间存在鲁棒性,弹性系
数范围为0.16—0.51,全国范围内公路里程和人
们出行距离之间的弹性系数为0.351,表明当全国
公路里程增加1%时,人们出行距离增长0.351%.
西北地区公路里程与人们出行距离之间没
有强关联性,这与西北地区地广人稀,人们生活水
平较低有关;刚建成的道路不能迅速改变人们出行
方式,也没有立即产生诱增交通量,这与罗定至岑
溪高速公路粤境段的实证研究相吻合….西北地
区公路里程长度与人们出行距离之间的联系在项
目竣工之后的若干年有所体现.
人口必然影响人们出行距离,但是人口在
不同地区的弹性系数范围较大(0.3—1.2),全国
人口的弹性系数约为0.419.,这表明人口增长
1%,人们出行距离增长0.419%,这与国外人口弹
性系数1不同.造成这个结果的原因一方面是我
国人口老龄化严重,老年人出行较少;另一方面是
我国人多地少,人们的出行受到限制;私家车数量
较少,人们选择公共交通工具比重较大.然而在东
北地区人口弹性系数为1.156,表明人口增加速度
与人们出行距离增长速度相近,说明东北地区人们
出行较少受到限制.
GDP弹性系数(0.2—0.5)低于国外研究
结果(值约为1),表明人们在收入增加的情况下,
引起休闲出行的可能性较低.
以上的分析都是没有基于时间延迟的情况,但
是诱增交通量的变化规律是符合生长曲线模型,即
在不同区域内,诱增交通量的逐步形成阶段,快速
增长阶段,相对稳定阶段的时间不同.因此需
要进行延期计算分析,以下为延期计算分析结果:
延期一年结果(见表4),延期两年结果(见表5).
表4延期一年的弹性系数计算结果
Table4Resultsofelasticcoefficient1yearlagmodel
结果表明:
绝大多数数据证明公路里程与人们出行距
离的强关联性,全国与各分区公路里程与人们出行
距离之间的弹性系数为0.22—0.54.
从西北地区的数据可以推断:经济发展速度
缓慢,人们生活水平不高的地方,人们对道路修建或
第11卷第3期弹性系数法在公路诱增交通量预测中应用7 扩建后的反应速度较慢,延迟产生诱增交通量.道路
修建或扩建两年后,道路长度与人们出行距离之间的
弹性系数为0.157,这远高于修建年的0.045.
表3一表5中数据都没有明显随时间变化
的趋势,即随着时间的改变,公路里程与人们出行距离之间的弹性系数的一致性改变.
道路弹性系数在延迟年份中数值较大,但
是增长幅度较小,这说明人们会在道路修建或改建后快速反应,增加出行距离,产生诱增交通量.
5研究结论
本文在收集数据的基础上,运用弹性系数法对
我国31个省市公路诱增交通量进行分析计算,得出公路里程和出行距离之间的弹性系数,证实了新建或改建道路会产生诱增交通量的重要结论.由于存在时间价值,汽车拥有率水平,驾驶行为和出行比例等多种影响因素,模型中不能一一体现,所以模型计算得到的弹性系数值与实际数据存在误差,但误差在可以接受的范围之内,这一部分将是今后研究的主题.
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