第五章交通规划方法论

1第五章交通规划方法论我们把规划方法论界定为哲学层次和科学层次的交通规划方法，而非具体项目层次上所使用的工具或手段，但应指导项目层次上规划工具和手段的选择与应用。交通规划的方法论基础是研究系统行为的现代科学方法论，如系统论、信息论、控制论、协同论、耗散结构理论等。但这些一般系统理论要经过变通之后才能应用于交通规划，包括以下内容：1、将交通系统分解成多维多层次的子单元，分别采用背景变换分析方法这种方法源于复杂系统的层级结构特征和可分解特性、耗散结构理论和自相似理论。首先按时间、空间和物性分解交通运输系统的规划内容，将每一项内容放置于更大的背景中，或说将该层次的交通系统至于环境系统中考虑，只有当系统与环境同构或相似时，系统才具有高度的稳定性，才能更好地适应环境，运行成本才最低。背景变换分析方法要求在交通规划中有国民经济指向与交通运输指向的同构分析、区域发展模式与新的经济增长点分析、上两级地域范围交通网络对所研究的交通网络的驱动和约束分析、地域外部环境对规划地域施加的地缘政治、地缘经济因素分析。其中国民经济指向一般是指由产业形态或生产力形态决定的生产过程中的重要操作对象，运输指向则是交通运输系统瞄准环境系统的要求进行自我调整的行为，如资源密集型产业形态中，生产者为提高经济效益，主要关注的是运输成本的下降，针对经济环境的此种要求，运输系统自然要调整到能大幅度降低成本的运输方式上去，即发展大型运输系统。之所以要做这种同构分析，是因为有什么样的产业经济形态就会有什么样的交通形态。2、通过关注慢变量或支配变量达到规划目标的方法这种方法论源于慢变量支配快变量的协同论原理。根据此原理，复杂系统的每一种特性仅由一种关键要素所支配。也就是说，一种系统要素仅主贡献一种系统特性，这种要素就是支配要素。主贡献意味着这种贡献对系统特性的趋势起着决定性作用，而非主贡献因素只会对系统特性产生波动性影响。支配要素通常是变化速度较慢的结构性变量，它与其主贡献的系统特性之间存在着寿命周期的一致性或准一致性，即支配要素不发生变化，由其决定的系统特性也不会发生结构性的变化。在交通系统中，国民经济和社会发展方式支配交通发展战略，综合交2通发展战略支配各运输方式发展规划，而地理环境、产业布局决定路网几何格局、产业形态决定运输方式选择。由于地理环境、产业形态等支配要素的长寿命周期，决定了交通路网的布局、主要交通方式的选取都是长期规划内容。交通流决定线路技术等级，输送和吸引的总规模决定一定时期路网总规模，资金筹集量决定一定时期建设总规模，来自经济、环境的触发机制决定建设顺序。这些属于中近期的建设规划。从规划角度来看，交通基础设施的供给决定供需均衡，所以交通规划应更加着重分析运输供给。3、结构分析与趋势外推相结合的预测方法规划意味着设计未来，故预测是其中必不可少的内容，而事物可预测的依据是相对稳定的结构。根据皮亚杰在《结构主义》中阐述的观点：当事物的结构或结构法则发生变化时，事物处在动荡之中。从哲学角度讲，事物在发生质的转变，此时预测结果没有准确性可言。随着时间的延长，事物的结构往往会改变，基于历史统计数据进行趋势外推的结果会越来越不准确。所以规划期不同，采用的预测方法也应该不同，较短时期内，可利用历史统计数据外推未来趋势，长期内必须通过分析事物内在结构来把握事物的发展趋势。但不管预测多长，都只能选取与待预测事物相关性大的历史数据。4、近期规划采用主客均衡分析法，长期规划采用本体论分析方法不同时期预测的差异要求不同规划期采用不同的规划方法。长期必须采用本体论的规划方法，短期规划采用本客均衡的方法。本体论的方法立足于交通系统中交通资源的本质特征，对交通运输系统进行结构分析，即通过分析交通系统本身高度稳定的结构性因素来布局交通基础设施以适应环境的快速变化。具体来说，本体论的方法要求按照以下四条原则来完成综合交通网的规划：①交通系统与其运行的自然地理环境同构。交通系统是一个耗散系统，只有最低成本的运行才能保持其长期稳定性。降低成本的最好办法就是交通基础设施的布局与具有低成本优势的交通区位线耦合，或说附着在地表的交通基础设施的布局与自然交通资源的地理分布结构相同或近似相同。②交通系统与其服务的经济系统同构。综合交通系统由不同的运输方式构成，每一种运输方式有各自的技术经济特点，有不同的比较优势，我们必须尽可能发挥运输方式3的比较优势才能提高运输效率、降低运输成本。所以提供的运输方式必须与国民经济系统所需要的运输方式相同，即运输方式的结构与产业结构相同。③交通网络的结构层次与行政管理权限的结构层次相似。国家行政管理的目的需要交通条件支持，所以交通系统必须满足行政管理的需要。各国的行政管理权限大体都是由中央、地方、县市逐层往下延伸，每一个层次的政治中心向其管辖的下一级行政中心传递各种管理信息，所以行政管理权限的结构是呈树型展开的，上下级管理层次有自相似性，为其服务的交通系统也应呈树型展开，各个层次的结构自相似。④为了降低成本，必须充分发挥交通系统的网络特性，所以在布局交通基础设施时必须进行网络的优化，以保证网络的完整性、灵活性和机动性。本客均衡的方法是用历史统计数据揭示的一般发展趋势预测并勾画未来。在交通系统中，就是根据近期交通流量的变化来规划交通基础设施建设的规模和建设时序。短时间内之所以能这么做，主要是因为交通流量发生结构性变化的概率较小，预测的准确性高。4第六章综合交通网的规划方法第一节四阶段法四阶段模式或四阶段法（Four-stepMethod）是一种基于交通流量预测的交通规划方法，其主要思想是将交通流预测过程划分为四个相互联系且在时间上继起的四个阶段：即交通量的发生与吸引（第一阶段）、交通分布（第二阶段）、交通方式划分（第三阶段）和交通量分配（第四阶段）。每个阶段中应用不同的模型进行分析预测，预测结果作为下一阶段的输入数据，从而最终可以预测得到路段的交通量，并以此为依据决定交通线路的分布、网络规模和断面结构。一、四阶段规划模式的起源在人们的出行以铁道为中心的时代，交通需求预测方法采用的是“乘车次数法”，即仅预测人口和出行次数，然后利用两者之积计算将来的交通需求。在小汽车尚未进入家庭或保有量很低的机动化初期，交通需求预测主要采用三阶段预测法(交通的生成、交通分布、交通量分配)。随着西方发达国家的居民出行从公共交通方式向家庭小汽车出行方式变化，道路交通与公共交通的竞争关系加强，尤其是城市交通中的道路交通比例增高，完成单位运输需要的交通空间增大，交通规划的主题向道路交通规划倾斜。因此，交通需求预测以汽车交通为中心，汽车出行次数预测法得到了广泛应用。然而，对于城市交通规划而言，人们主张从综合交通的角度进行一体化交通规划，以避免轨道交通和道路的重复投资、协调各种交通方式、提高交通系统效率。于是，在城市范围内，着眼于居民的出行行为，研究其出行时利用的交通方式构成，据此合理规划必要的交通设施的方法论——居民出行法获得了应用。1944年美国开展了第一次大规模的交通O-D调查，建立了最早的四阶段分析模型。该模型于20世纪50年代后逐步得到完善并在很多城市中得到推广应用。1962年美国制定了《联邦公路法》，规定凡5万人口以上城市，必须制定以城市综合交通调查为基础的都市圈交通规划，才可得到联邦政府的公路建设财政补贴。该5项法律直接促成了以交通流预测为核心的交通规划理论的形成和发展，但此时四个阶段还不够明显。20世纪60年代后期，日本广岛都市圈的交通规划首次提出了对不同交通方式进行划分这一新的预测内容。此后，交通规划变成了交通发生、交通分布、交通发生划分和交通分配四个步骤，这就是交通规划的四阶段模式。后来人们将交通发生与其它三个步骤做了不同形式的结合，相应地得出各类预测方法。这些都构成了目前四阶段模式的主要内容。二、四阶段规划模式的基本流程“四阶段模式”把如何解决交通需求作为主线，贯穿于路网规划的全过程。交通需求的预测是以机动车起讫点调查(O-D调查)为基础的，具体工作步骤为：首先，确定一个所研究区域的分区和网络系统，然后收集有关规划模型和模型所需数据，这些数据应该包括每一分区中基期不同类型人口数量、各种经济活动量（如从业人口数，商业中心数，教育及娱乐设施情况）。然后利用这些数据估计出每一分区的出行发生量与出行吸引量的模型（出行生成）。随后构造一个O-D流矩阵，确定整个区域的出行分布情况。接下来就是交通方式分担，将O-D流矩阵中的每项出行分配给不同的交通运输方式。最后将每一种交通运输方式承担的出行量具体分配到运输网络的某一特定径路上。其基本流程见图3-2。图3-1四阶段规划模式流程61、交通的发生与吸引发生交通量与吸引交通量的预测是四阶段规划模式的第一阶段，也是交通需求分析中最基本的组成部分。所谓发生（或吸引）交通量是指研究对象地区内由交通小区（zone）发生（或吸引）的交通量。人们通常把研究对象区域全体的交通总量叫做交通生成量，把研究对象区域各交通小区的交通发生量（tripgeneration）和交通吸引量（tripattraction）称为交通的发生和吸引。影响交通量产生的因素主要有土地利用情况，家庭规模，人口构成、性别、年龄、职业情况，汽车（自行车）拥有率等等。对交通小区的发生、吸引交通量的预测，要考虑到交通发生源的空间布局关系，从而按区域进行发生、吸引交通量的预测。其方法主要有增长率法、原单位法、函数模型法、弹性系数法、移动平均法、指数平滑法以及专家预测法等等。根据预测精度、预测方法的合理性等，很多研究文献均建议采用原单位法。生成量的原单位法，是将每人或每户平均产生的交通量作为原单位，整个研究对象地区的总生成交通量即是此原单位与总人口数或总户数相乘而得到的结果。2、交通分布在交通发生分析阶段主要是预测个交通小区的发生和吸引交通量。而在交通分布阶段，则要预测这些交通从哪里来，到哪里去，即推出各交通小区间的交通分布量。交通分布中最常用的一个基本概念是O-D表，O表示出发地（origin），D表示目的地（destination）。假设共有n个发送地区（或城市）和m个到达地区（或城市），ｘij为i地区到j地区的客货流量,Ｏi为i地区的总发送量,Ｄj为j地区的总到达量,Ｘ为总运输量，则地区间客货运量交流表的基本形式如表3-1所示。表3-1O-D表的基本形式到达地发送地R1R2R3……Rj……Rm发送量合计7R1R2R3…Ri…Rnx11x12x13……x1j……x1mx21x22x23……x2j……x2mx31x32x33……x3j……x3m…………………xi1xi2xi3……xij……xim…………………xn1xn2xn3……xnj……xnmO1O2O3…Oi…On到达量合计D1D2D3……Dj……DmX在发到平衡的情况下，表内流量显然满足下列等式：niOximjij3,2,1,1mjDxjniij3,2,1,1mjniXDOxnijmjinimjij3,2,1;3,2,1,111即第i个发送地区发往各到达地区运量之和应等于该地区的总发送量，所有运到第j个到达地区的运量之和应等于该地区的总到达量，而总运输量应同时等于各地总发送量或各地总到达量的合计。基年O-D表是交通生成预测必备的基础资料，一般在做交通生成预测时，需要进行O-D调查，以得到基年O-D表。但有时由于资金、人力、环境等条件和因素的限制，往往不能进行详细的O-D调查，只能调查部分路段的交通量；这时，为了得到基年O-D表，可以利用部分路段的调查交通量来推算O-D表，即所谓的O-D反推技术。交通分布量的预测方法可以分为三类：增长率法、重力模型法和概率模型法。增长率法完全是基于各小区发生量和吸引量的增长率，用现状的OD表来直接预测未来的O-D表。此法易于理解，运算简便，一般用于区域增长较为均匀的城市，或趋于平衡发展阶段的大城市中心区的出行分布预测。概率分布模型法是将小区的发生量以一定的概率分布到吸引小区的方法。这是一种以出行个体效用最大为目标的非集合优化模型，从理论上讲是一种更为