重慶市南岸區公交客流預測研究

任其亮，　王貝貝

(重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074)

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重慶市南岸區公交客流預測研究

任其亮，王貝貝

(重慶交通大學 交通運輸學院，重慶 400074)

公交客流預測對城市公共交通規劃和設計起著至關重要的作用。在調查重慶市南岸區公共交通現狀的基礎上，以南岸區目前公共交通出行量、社會經濟和城市人口數據為基礎，采用“四階段”法對南岸區公交客流出行生成量、出行方式分擔率、出行分布進行預測，得到2020年南岸區各交通小區公交出行分布矩陣、公交客流通道客流預測和2020年南岸區公交通道客流分布圖，為南岸區公共交通的發展規劃提供依據，具有實際意義。

公共交通；公交客流預測；“四階段”法；OD分布矩陣

U491.1+7

A

1674-0297(2016)04-0054-06

一、引言

近年來，重慶市南岸區“三區兩帶”的城市發展戰略大力推動著南岸區公共交通的發展，公交客流量與日俱增。城市公共交通從規劃到設計再到建設和運營，每一環節都需要以公交客流量作為依據，公交客流的規模及分布的預測成為了城市公共交通發展過程中不可替代的關鍵部分。對南岸區的公交客流進行預測具有實際意義。

“四階段”法是我國70年代以來從國外引進的先進交通規劃理論的重要成果之一，其特點是通用性強、精確度高。目前，我國對“四階段”法的應用較為廣泛，已有不少學者運用“四階段”法取得了研究成果。竇慶峰[1]采用“四階段”法對重慶市主城區的公交客流做了預測研究，孟博翔[2]利用“四階段”法對蘭州市雁灘商圈進行了公交客流及交通需求預測，趙會珍等[3]運用“四階段”法對大型活動下的交通需求做出了預測。由此可見，“四階段”法在需求預測方面已經很成熟，并且得到廣泛應用。因此，本文將采用“四階段”法[4-6]對南岸區的公交客流進行預測，旨在為南岸區的公共交通發展規劃提供依據。

二、南岸區公共交通發展現狀

(一)南岸區概況

南岸區作為重慶市九大主城區之一，是重慶市的“都市功能核心區”和“都市功能拓展區”。南岸區幅員265平方公里，建成區面積81.9平方公里，截至2013年，南岸區轄8個街道、7個鎮。南岸區在1997年以后人口增長較為迅速，2000年以后人口增長較為穩定。截至2013年末，全區總戶數24.6萬戶，戶籍人口達65.1萬人。近年南岸區各項經濟指標的增長速度較快，2013年南岸區實現全區GDP總量532億元，比上年增長13.2%。2000—2013年南岸區人口見表1，2009—2013年南岸區生產總值及比上年增長率見表2。

表1　2000—2013年南岸區戶籍人口統計表

表2　2009—2013年南岸區生產總值統計表　億元

(二)公共交通現狀

南岸區現狀公交線路合計119條，公交主干級通道分布于主要居住、就業和商業密集區，主要集中在騰龍大道、學府大道等道路兩邊。綜合換乘樞紐站有四公里換乘樞紐和江南新城換乘樞紐，為綜合樞紐站；公交樞紐站有南坪公交樞紐，為公交樞紐站。

公交首末站60個，主要分布在南坪、經開區西以及彈子石片區，南山、茶園片區公交首末站偏少。公交中途站點216處，其中港灣式站點65處，劃線站點151處。

2013年南岸區日出行總量為188.5萬人次，日公交總出行量為88.9萬人次，地面公交的分擔比例為43.7%。南岸區現狀公交客流主要分布在南坪片區、經開區西片區以及彈子石片區，茶園片區等客流分布較少。

三、交通小區劃分

(一)劃分原則

為了研究掌握南岸區的空間分布特征，本文將對南岸區進行交通小區劃分。交通小區劃分的原則有：(1)交通小區內部的經濟、社會和土地利用等特性應盡量一致，并且土地利用的特征應盡量簡單，盡量保證保持原有的城市行政區劃分；(2)盡量以天然屏障作為劃分界限，如鐵路和河流等，并盡量避免天然或人為的障礙存在于小區內部；(3)小區應盡可能規則，避免狹長形狀；(4)交通小區的劃分應充分考慮路網的結構，使交通小區的劃分與道路網盡可能協調一致，交通小區的形心與路網的節點重合；(5)干道在通常情況下不作為交通小區的分界線，有利于相關資料的收集和整理。

(二)劃分結果

根據上述劃分原則，結合南岸區的城市特點和用地性質及道路狀況，本文將整個南岸區劃分了16個交通小區，如表3和圖1所示。

表3　2013年南岸區交通小區劃分一覽表

圖1　南岸區交通小區劃分示意圖

四、南岸區公交客流預測

(一)南岸區城市人口及社會經濟預測

1.城市人口預測

本文根據歷年統計的各交通小區人口總數，在人口總數與年份之間進行回歸分析，根據回歸模型確定目標年的人口總量?；貧w預測模型為

y=a+m(x+x0)+n(x-x0)2，

(1)

式中：y為目標年的人口預測值，人；x為目標年年份；x0為起始年份；a、m、n為回歸參數。

2.社會經濟預測

本文根據歷年統計的各交通小區經濟總量進行線性回歸分析，根據線性回歸模型確定目標年各交通小區的經濟總量?；貧w模型為

y=m+nx，

(2)

式中：y為目標年經濟預測總量，元；x為年份；m、n為回歸參數。

目標年各交通小區人口及經濟預測結果如表4所示。

表4　各交通小區人口及經濟預測表

(二)南岸區出行生成預測

出行生成預測是對南岸區各交通小區內的交通出行發生量和吸引量進行預測。本文選取城市社會經濟和城市人口兩個重要指標，運用回歸分析法對交通發生量和吸引量進行預測。

1.出行發生量預測

本文依據城市社會經濟和城市人口歷年統計數據及各交通小區歷年發生量統計數據，建立多元線性回歸模型，通過回歸模型預測目標年的發生量?；貧w模型為

N=a+∑bi×Xi，

(3)

式中：N為各交通小區的發生量或吸引量，人次；a為回歸模型修正系數；Xi為回歸模型第i種指標：社會經濟(元)、城市人口(人)；bi為回歸模型第i種指標參數。

2.出行吸引量預測

本文對出行吸引量的預測同樣建立多元線性回歸模型，依據回歸模型確定目標年的吸引量?；貧w模型見式(3)。目標年各交通小區發生和吸引量預測結果如表5所示，2013年及2020年各交通小區發生量及吸引量分別如圖2、圖3所示。

圖2　2013年各交通小區交通發生吸引量示意圖

圖3　2020年各交通小區交通發生吸引量示意圖

萬人次

可以看出，2020年各交通小區出行生成總量都有明顯增長，但江南新城組團中茶園新區、峽口鎮聚居區、經開區(迎龍鎮)出行生成總量相對于2013年增長趨勢較大。

(三)南岸區出行方式分擔率預測

居民出行時都愿意選取交通阻抗最小的交通方式出行，而各種交通方式的交通阻抗各不相同，并且其阻抗值的大小不易直觀判斷，故居民選擇的出行方式又存在部分隨機性。結合交通阻抗最小的因素和隨機性的因素，本文將采用改進Logit模型，對南岸區的出行交通分擔率進行預測。預測模型為

(4)式中：yi為第i種交通方式的分擔率，%；Ri為第i種交通方式的交通阻抗，費用：元；R為各種交通方式的平均阻抗值；λ為模型待定參數，本文λ=3.5。

目標年各出行方式分擔率如表6所示。

表6　2020年南岸區居民機動化出行分擔率表

(四)南岸區出行分布預測

出行分布是“四階段”法的一個重要組成部分[7]，居民出行分布是將預測得到的各交通小區的產生量、吸引量轉化為未來各交通小區之間的出行交換量的過程。

根據南岸區城市發展水平、居民出行調查抽樣率的大小，本文選用了雙約束重力模型。將之前預測得到的交通生成預測結果代入交通分布預測模型，進行居民出行分布預測，并結合2020年居民出行方式分擔率，得到2020年南岸區各交通小區公交出行OD分布結果。雙約束重力模型的基本形式為

Tij=KikjPiAj/f(tij) ，

(5)

(6)

(7)

式中：tij為從交通小區i到j的出行量，人次；Pi為交通小區i的出行發生總量，人次；Aj為交通小區j的出行吸引總量，人次；Ki、Kj為平衡系數；f(tij)為阻抗函數。

基于南岸區居民出行的具體情況，可采用以下具體形式的阻抗函數

(8)

其中，模型標定參數α=1.35。根據上述分布模型，得到2020年南岸區各交通小區公交出行OD分布矩陣，結果如表7所示，2020年各交通小區出行期望線如圖4所示。

表7　2020年各交通小區全日公交出行OD分布矩陣　人次/d

圖4　2020年南岸區各交通小區公交出行期望線圖

(五)南岸區公交客流通道客流預測

公交通道客流量預測即公交網絡交通分配。交通分配是“四階段”法中的一個重要步驟[8]，它

是將預測得到的出行分布(OD矩陣)分配到具體的公交道路網絡上，從而得到主要公交路段的客流量。

本文選取南岸區主要干道作為公交運行的通道，采用最短路分配法進行分配。最短路交通分配是一種靜態的交通分配方法，反映了人們都愿意走最短路徑的心理。利用圖論中的“圖”的概念把交通網絡抽象化，把交通網絡中的出行生成點、線路交叉點看作圖的節點，把任意兩個節點之間的交通線路看作圖的邊。在交通網絡圖上標上各個邊的阻抗值，得到帶阻抗的交通網絡圖。根據帶阻抗的交通網絡圖定義阻抗矩陣

D=[dij]n×n，

(9)

其中：

(10)

本文采用矩陣迭代法計算最短路權矩陣T0。其迭代公式為

(11)

式中：T(n)為第n次迭代后的路權矩陣，T(n-1)為第n-1次迭代后的路權矩陣，T為原路權矩陣，T(n)(i,j)為路權矩陣中的元素，*為運算符號，其運算規則如下

(12)

式中：T(n-1)(i,k)為T(n-1)中的元素，T(k,j)為原路權矩陣T中的元素，m為網絡節點數。

利用上兩式反復迭代，直至T(n)=T(n-1)，那么矩陣T(n)就是最短路權矩陣T0。利用最短路分配方法，把出行分布OD矩陣按照最短路分配到路網上進行累加，得到的結果如圖5所示。

圖5　2020年南岸區公交通道客流分布圖

由圖5可以看出，到2020年，南岸區斷面流量較大的路段是內環快速江南立交至茶園立交段、海峽路到內環快速江南立交入口段、鵝公巖長江大橋和重慶長江大橋。

五、結語

本文在調查南岸區公共交通現狀的基礎上，選用社會經濟和城市人口兩個指標，采用“四階段”法對南岸區公交客流進行預測，通過建立多元線性回歸模型，預測得到居民出行的發生和吸引總量；建立Logit預測模型，得到2020年南岸區出行

方式分擔率；建立雙重力約束模型，預測得到南岸區2020年的公交出行OD分布矩陣；采用最短路分配法將OD分布矩陣分配到路網上，得到公交通道客流分布圖。

[1]竇慶峰.重慶市主城區公交客流預測研究[D].西安:西安建筑科技大學,2007.

[2]孟博翔.基于四階段法的蘭州市雁灘商業圈交通需求預測[J].交通科技與經濟,2014,16(2):27-30.

[3]趙會珍,閆山,謝世滿.大型活動下交通需求預測仿真及實例分析[J].網絡與信息工程,2015(2):87- 88.

[4]李碩,易武.長沙縣公交規劃客流預測與TransCAD應用[J].科學技術與工程,2005(19):1352-1353.

[5]朱東升.宜春市公交需求發展預測研究[J].科技資訊,2014(30):208.

[6]瞿爾仁,潘莉,張乾坤,等.城市公共交通需求預測及應用[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2004 (12):1612-1616.

[7]王瑋,陳學武.交通規劃[M].北京:人民交通出版社,2012:7.

[8]郭嶠楓.淺析交通小區劃分問題[J].黑龍江科技信息,2010(28):270.

(責任編輯：李曉梅)

Forecast of Public Transit Passenger Flow in Nan’an District of Chongqing

REN Qiliang, WANG Beibei

(School of Traffic & Transportation, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China)

Public traffic flow forecast plays an important role in urban public transportation planning and design. The current situation of public transport in the Nan’an District area is investigated. Based on the current situation of public transportation, social economy and urban population, the “four stage” method is used to forecast the traffic volume, travel mode, travel distribution and traffic assignment in the Nan’an District. The distribution matrix of the traffic distribution in the Nan’an District and the traffic flow distribution map of the district in 2020 was obtained, which provided the basis for the development of public transport in Nan’an District and has practical significance.

public transportation; passenger flow forecast; four stage method; OD distribution matrix

2016-03-29

任其亮(1978—)，男，山東萊蕪人，重慶交通大學教授，博士，研究方向：交通運輸規劃與管理。