（道路与铁道工程专业论文）中小城市道路网规划研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 本文针对中小城市路网的特点，提出了一套中小城市道路网规划的完整实用的方 法。它包括：城市交通需求预测、路网规划设计方法、规划方案评价指标与方法、项 目建设排序等几个方面，本文的重点放在交通需求预测和项目建设排序两方面。 交通需求预测是做规划方案的基础，中小城市正进入新一轮总体规划修编时期， 本文分析了交通与地利用的本质以及交通需求与土地利用之间的内在联系，建立了 土地利用与交通需求生成的相关关系模型，简化了传统方法的预测过程，根据土地利 用情况直接进行交通需求预测。对于路网规划方案设计，提出了针对中小城市路网问 题的建议。考虑到中小城市支路网密度高，等级低的特点及路网功能的发挥，选用了 等级级配和路网通达性指标，正确评价了路网。在最后的建设项目排序过程中，提出 了先采用综合定量比较法确定各个规划期的建设项目然后应用以干道路网总运行时 间为目标的投资优化模型确定近期的干道建设项目，最后结合建设资金和支路建设项 目综合考虑确定近期项目排序。 最后，本文以戚宁市道路网规划为例，采用这种规划方法对成宁市的道路网进行 规划，收到了较好的效果。这对中小城市道路网规划的编制工作，提供了一种参考。 关键词：中小城市路网土地利用交通需求预测评价指标项目排序 华申科技大学硕士学位论文 - = = = 一= = = ! = = = ；= = j = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ； a b s t r a c t i na c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fs m a l la n dm e d i u m - s i z e dc i t yr o a dn e t w o r k ，t h e t h e s i sb r i n g sf o r w a r daw h o l ep r a c t i c a lm e t h o do f p l a n n i n g ，w h i c h i n c l u d e sf o r e c a s t i n go f t r a m cd e m a n d ，n e t w o r kp r o g r a m m i n gd e s i g nm e t h o d ，e v a l u a t i o ni n d e x e sa n dm e t h o d so f s c h e m e ，a n dp r o j e c tp f i o d t yo r d e r t h ee m p h a s i si so l lf o r e c a s t i n go ft r a m cd e m a n da n d p r o j e c tp d o r t y o r d e r f o r e c a s t i n g o f t r a f f i cd e m a n di st h ef o u n d a t i o no f t h ep m g r a m m i n gd e s i g n ，a n ds m a l l a n dm e d i u m - s i z e dc i t i e se n t e rt h ep e r i o do fn e w e m e n d i n g t o t a lp r o g r a m m i n g t h et h e s i s d e s c r i b e st h ee s s e n c eo ft h et r a n s p o r t a t i o na n dl a n du s ea n dt h ei n h e r e n tr e l a t i o n s h i p b e t w e e nt h et r a n s p o r t a t i o na n dl a n du s e t h et h e s i se s t a b l i s h e st h er e l a t i o nm o d e lo f b e t w e e nl a n du s ea n dt h et r a _ f 嚣cd e m a n d ，s i m p l i f i e st r a d i t i o n a lm e t h o dp r o c e s s ，a n dd i r e c t l y f o r e c a s t st h et r a f f i cd e m a n d a c c o r d i n gt h ec i r c u m s t a n c eo f l a n du s e t h es u g g e s t i o n st ot h e p r o b l e m so f s m a l la n dm e d i u m - s i z e dc i t yr o a dn e t w o r ka r ep u tf o r w a r di nt h ep r o c e s so f n e t w o r k p r o g r a m m i n gd e s i g n i nc o n s i d e r a t i o no fh i g hd e n s i t yo fs p u rt r a c ka n d l o wg r a d e i ns m a l la n dm e d i u m - s i z e dc i t ya n dt h ee x e r t i o no fn e t w o r kf u n c t i o n ，t w ok i n d so fi n d e x e s a b o u tr o a dc a t e g o r ya n dc o n n e c t i o na r ec h o s e nt oe v a l u a t et h en e t w o r ke x a c t l y i nt h el a s t p h a s eo fp r o j e c tp r i o r i t yo r d e r t h et h e s i sp u t sf o r w a r dt oa d o p tq u a n t i t a t i v ec o m p a r i s o n m e t h o d o f s y n t h e s i z i n gt od e t e r m i n e t h ep r o j e c ti ne a c h p e r i o df w s t l y , t h e na p p l y i n v e s t m e n t o p t i m i z a t i o nm o d e lt h a t t a k e st o t a lm o v e m e n tt i m es p e n d i n ga tr o a d sa st h et a r g e tt o d e t e r m i n et h e p r o j e c t6 f t n m kr o a d p r o j e c tp r i o r i t ) ro r d e r i nt h en e a rf u t u r ei sd e t e r m i n e db y c o n s i d e r i n g c o n s t r u c t i o nf u n d sa n dt h ep r o j e c to f s p u rt r a c kt o g e t h e r i nt h ee n d ，t h et h e s i ss e t sx i a n n i n gc i t ya sa ne x a m p l eu s i n gt h i ss e to fp l a n n i n g m e t h o d ，a n dr e c e i v e sg o o de f f e c t ，w h i c hp r o v i d e s t h er e f e r e n c ef o rt h e p l a n n i n g e s t a b l i s h m e n tt os m a l la n dm e d i u m - s i z e d c i t yr o a dn e t w o r k k e y w o r d s ：s m a l la n dm e d i u m - s i z e dc i t yr o a dn e t w o r k ，l a n du s e ，f o r e c a s t i n go ft r a f f i c d e m a n d ，e v a l u a t i o ni n d e x e s ，p r o j e c tp r i o r i t yo r d e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他 个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：陈鹏 日期：z o * - 年歹月9日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在一 本论文属于不保密 ( 请在以上方框内打“”) 年解密后适用本授权书。 学位论文作者签名：i 球鹏指导教师签名： 日期：御年r 月7e t 李多 日期：岛，牟，月穸r 华中科技大学硕士学位论文 1 1 研究的意义 1 绪论 近年来，我国城市化处于高速发展时期，大城市特大城市继续改造与扩张，中小 城市正迅猛发展。城市的规模与结构都处在大变化之中，城市道路规划设计工作显得 更加重要。另一方面随着社会经济发展、人民生活水平的提高，市民对城市生态环境、 生活质量、居住条件、出行要求及城市的空间景观等均产生了新的要求，使城市功能 更加复杂多样，以致对城市道路的功能需求、城市路网规划布局与设计等也提出了更 多、更高的要求，特别是要体现以人为本的思想。因此，我们不得不对交通环境、道 路功能、网络结构等作进一步认真的思考n 目前，大城市的交通问题已引起了社会的广泛关注，人们正在研究并制订相应的 解决办法。而中小城市因其自身的规模、性质、功能以及所处的地位的不同，其面临 的交通问题，既有与大城市相同之处，但更多地有其自身的特点 2 1 。一般而言，中小 城市规模较小，城区范围不大，城市道路密度较低，道路宽度相对较窄，等级不高。 公共交通水平低下，公交车辆较少，班车间隔时间较长，居民出行主要依靠步行、自 行车等个人体力交通方式。同时，长期以来，中小城市由于投入资金的限制，加上缺 乏有效而足够的交通管制设施和措旖，交通堵塞、车多路少、出行困难、交通事故频 发等一系列交通问题的矛盾在当前已变得突出起来。随着中小城市的城市化水平及人 民生活水平的提高，城市道路交通将面临更加严峻的挑战。 目前看来，中小城市道路的问题主要表现在：( 1 ) 路网功能级配结构不合理，造成 道路系统功能紊乱( 2 ) 道路总体建设水平偏低，道路网系统性差( 3 ) 规划建设标准不合 理( 4 ) 道路设计功能概念不清，道路安全性较差( 5 ) 路网节点不畅，路段与交叉口通行 能力不匹配( 6 ) 道路网发展造成城市历史文脉的不同程度破坏( 7 ) 道路网规划建设方案 弹性较差，没有很好考虑其防灾功能【3 】。诸多问题导致了城市交通供需的严重失调， 降低了人们的生活条件和生活水平，所以从根本上来把握这些问题本质，解决这些矛 盾是城市交通迫在眉睫的事情。 华中科技大学硕士学位论文 1 2 国内外研究概况 在现有的交通理论研究及其实际应用中，对交通功能研究一般从两个角度来考虑。 第一个角度是基于城市交通线路节点性能，即从单条线路或单个交叉口来考虑。第二 个角度是基于城市交通网络总体性能，即将整个交通路网视为一个整体，以系统的观 点对其结构和功能进行剖析c 4 。 由于刚开始人们对一些交通问题认识局限，大多数研究是从第一个角度来进行的， 由于城市道路的堵塞，人们的初始做法一般是从堵塞的路口或路段进行改造，结果造 成其他路口和路段的拥堵，后来人们才发现这种“头疼医头，脚疼医脚”的做法不能 从系统的角度来考虑城市道路网络问题所以很难解决城市的交通问题，于是在最近 几十年人们才慢慢过渡到第二个角度从系统整体的角度思考交通中出现的一些问题。 在交通规划理论方面大致分为下面几个阶段： ( 1 ) 二次大战末期，发达国家汽车逐渐增多，已有的城市路网的容量上和形态上与 汽车的出行需求之间的矛盾逐渐表现出来。美国就于1 9 4 4 年进行针对交通出行的家庭 访问调查，并作了数据统计分析，这是人类有史以来第一次交通调查。2 0 世纪5 0 年 代，美国还借用系统分析方法对城市道路网的布局进行了分析。其他国家，如日本， 也于1 9 5 0 年在东京进行了机动车出行o d 调查。但这些都只是局部的尝试性的探索。 作为系统的交通规划理论尚未形成，这是交通规划理论的萌芽阶段。 ( 2 ) 四步法阶段。以1 9 6 2 年美国芝加哥市发表的c h i c a g o a r e a t r a n s p o r t a t i o ns t u d y ) ) 、 为标志，交通规划理论得以诞生。1 9 6 2 年美国制定的联邦公路法规定凡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方可得到联邦政府的 公路建设财政补贴。该项法律直接促成交通规划理论的形成和发展。后来，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 四步法( 也叫四阶段法) 理论。后来人们将交通发生划分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。这些都归入四步法。 ( 3 ) 非集计模型阶段。关于非集计模型的研究最早也是始于2 0 世纪6 0 年代后期， 首先用于交通方式划分，2 0 世纪7 0 年代后，一些学者对它作了深入的研究，并推向 华中科技大学硕士学位论文 实用化。非集计模型的分析单位是个人，对调查得到的数据不进行统计处理，而是引 入效用理论、概率论的方法进行直接分析研究的。非集计模型至今仍在发展之中。 ( 4 ) 平衡模型【5 】加计算机技术阶段。自平衡交通分配模型的算法发明以来，人们借 助各种现代的应用数学工具( 神经网络方法、数学规划方法等) 展开了关于平衡问题的 数学模型及其算法研究，迅速发展的计算机技术使得大规模的、复杂的非线性数学规 划模型及其算法得以能够实现。这方面的研究一直是2 0 多年来交通规划的主要研究内 容。 我国的交通规划起步较晚，至今不到2 0 年历史。2 0 世纪8 0 年代初期和中期我国 城市中的交通规划主要是进行一些定性分析，最多也只作一些简单的、局部的定量分 析。2 0 世纪8 0 年代后期国外的交通规划理论才被引进，很快得到了广泛的应用和长 足的发展。我国学者从借鉴研究到与本土研究相结合，取得了大量的成果。 对于路网规划理论，从总体上看，国外主要有集计模型理论和非集计模型理论。 所谓的集计方法，就是以一批出行者作为分析对象，将有关他们的调查数据先作统计 处理，得出平均意义上的量，然后对这些量作进一步的分析和研究。而非集计模型则 是以单个出行者作为分析对象，充分地利用每个调查样本的数据，求出的描述个体行 为的概率值。相对于集计方法，非集计方法有要求样本小、预测精度高、模型复杂的 特点。 集计模型1 6 】通常是以交通分区为研究单位的，以车辆的o d 的调查和交通量调查 为基础，典型研究理论代表为“四阶段模型理论”；而非集计模型以居民出行o d 调查 为基础，最基本的模型是m n l 模型( m u l t i - - n o m i a ll o g rm o d e l ) ，同时适用的模型还 有n l ( n e s t e dl o g i cm o d e l ) 、m n p ( m u l f i - - n o m i a lp r o b i tm o d e l ) 模型等。另外针对交通 调查的复杂性，国外从7 0 年代开始发展了一种利用交通量观测数据进行o d 矩阵推算 的理论。国外有关学者对输入数据的可靠性以及在给定的先验o d 分配结构情况下， 路网中交通观测点的最佳数目和位置等作了研究，提出了o d 覆盖、最大流量比等原 则”j 。有的学者还提出了对基于交通量有效数据的随时间变化的o d 表进行估计的参 数优化方法【8 】d 东南大学的有关学者则分析了有关模型的不足，提出了一区多中心o d 量推算模型，突破了大范围内应用时算法的限制【射。 华中科技大学硕士学位论文 我国常用的路网规划理论方法主要有“四阶段法”和“总量控制法”。“四阶段法” 以o d 调查为基础，在确定路网现状o d 分布的基础上，做未来的o d 分布的推算， 并据此将预测到的o d 流通过标定的模型分配到路网中，对规划方案进行评价。若网 络方案的各项指标满足规划要求，则方案为可行的，否则需重新调整规划方案并重新 进行交通分配、评价，直至方案可行。这种方法技术性较强，思路清晰，在国际上广 泛采用，但其前期的交通量调查内容庞大，不易进行。总量控制法是由长安大学提出 的一种规划方法，它是不从o d 调查着手，充分利用现有的交通调查资料，通过对交 通需求、路网建设资金等多个总量指标的预测，来控制路网建设规模，确定路网的总 布局，并将预测的交通量较好的分解到布局合理的路网上去，并由此安排规划路网建 设序列。这种方法简单易懂，可以节省人力、物力、时间，比较符合我国国情，但由 于侧重宏观上的分析，对交通需求缺乏深入调查分析【i 。 在路网合理发展规模方面，前苏联学者采用多元回归和相关分析法，建立了地方 道路网密度的线性函数；日本学者提出了国土系数理论，认为道路密度与人口平方根 成正比，国道网线路长度与该地区的交通需求成正比，与建设及养护费用成反比，并 提出了各种模型的地区参数，为国道网规划提供了理论基础和计算方法。我国也根据 实践提出了一些模型，但总的来说，在路网合理发展规模方面的研究比较分散，具体 操作中对于模型选取还没有成型的方法。 对于网络设计问题，分为定性方法和定量的方法。定量的交通网络设计问题( d n p - - n e t w o r k d e s i g np r o b l e m ) 是从1 9 7 3 年开始深入研究的，许多学者提出了网络设计的 数学模型和一些相应的算法。n d p 所研究的问题可分两类：对已有路段改进，和添加 新路段。前者被称作“连续型网络设计问题”( c n d p c o n t i n u o u s n d p ) ：后考被称作“离 散型网络设计问题”( d n d p - - d i s c r e t en d p ) 。这里的“连续”是指路段通行能力的增 加是连续的、渐进的，而离散则是指路段的通行能力的增加是跳跃性，例如新修路段， 从无到有。离散型网络设计问题的算法一般都是非常耗费计算时间的，人们研究较多 偏向于连续型网络设计问题，其算法主要有迭代优化算法、h o o k e - - j e e v e s 算法、分解 平衡优化法、模拟退火算法等，近年来还提出了双层规划模型和算法【l ”。对于网络设 计问题除了有名的“b r a e s s 诡异”，有学者提出了新的诡异【1 2 j ，在已有路网增加新的路 华中科技大学硕士学位论文 段有可能减少潜在的路网容量，并提出了避免这种容量诡异发生的方法。定量的网络 设计的模型和算法是以交通分配为基础的。对于交通分配，国内外均进行过较多的研 究，比如处理多起源单目的地问题的动态优化分配模型【l ”，关于平衡道路交通分配问 题的数学运算法则f 1 4 】，适用于拥挤的容量限制路网的动态交通分配模型【巧】、城市路网 的路径选择模型【1 6 喀等。特别是现代数学规划方法、图论方法及计算机技术的发展， 为合理的交通分配模型的研制及应用提供了坚实的基础。总体来说，对于城市道路网 络，还需研究开发节点分流向延误的阻抗函数、相应的交通均衡分配方法、网络设计 模型和算法。 路网综合评价方面，主要涉及技术评价、经济评价和环境评价三个方面。我国在 综合评价方法研究上呈多样性，主要有模糊数学综合模型、系统聚类分析法、层次分 析法m 】、数据包络分析法、层次关联法等。比较有代表的是层次分析法，它是先建立 包括供需平衡状况、社会政治方面、经济方面、技术方面等多方面的综合评价指标体 系后，用层次分析法来确定各指标的重要性权系数，计算各方案的综合分值。总体来 说，我国开展路网规划评价研究的时间不长，实际应用中还有很多问题，比如社会环 境评价问题、具体规划时指标的选用原则、可持续发展的路网规划评价指标、拥挤的 交通网络对车辆废气排放影响【l8 等要进一步研究、完善。此外，近年来有一些学者提 出从可靠性方面来研究城市路网，因为路网可靠性【1 9 1 将路网拓扑结构和人的选择行为 结合了起来，为实现交通流时空的均匀分布创造了条件，对城市道路状况能更全面的 评价。不过其理论模型和具体计算都需要大量细致而复杂的工作。从国内外研究看， 这一方面主要集中于连通可靠度、运行时间可靠度以及路网容量可靠性，将网络可靠 性分析应用于交通网络分析仍处在研究阶段，还未成熟。 1 3 研究内容 本项目将对中小城市道路网的规划进行研究，研究内容主要有： ( 1 ) 中小城市路网规划的交通需求预测 提出在中小城市路网规划时进行交通量调查采用的方法，以及由路段交通量反推 0 d 的方法，分析城市总体规划与城市路网规划的关系以及城市土地利用与城市交通的 华中科技大学硕士学位论文 关系，建立土地利用与交通需求预测的关系模型，根据中小城市的土地规划情况进行 交通需求的预测。 ( 2 ) 中小城市路网规划设计方法 分析道路交通量分配，城市道路分类及功能结构，各类道路规划原则等问题，提 出在做中小城市路网规划中应考虑到的城市历史风貌及自然生态环境的保护等问题。 ( 3 ) 中小城市路网规划的评价 在对路网的评价中，除了考虑技术评价，还应考虑经济评价和环境评价。提出在 中小城市规划评价中应该考虑的指标和方法等。 ( 4 ) 中小城市路网规划近期实施方案及项目建设排序 目前用于城市交通的资金投入远远不能满足城市交通设施发展所需资金的要求， 交通供给与需求之间的矛盾将长期存在。我们需要合理分配现有的有限资金，使有限 的资金投入产生最大的经济效益、取得最佳的社会效益。提出近期实旖方案的确定原 则和建设项目排序的模型和方法。 华中科技大学硕士学位论文 2 中小城市路网规划交通需求预测 2 1 交通调查与现状交通分布矩阵 交通调查是我们取得实际交通数据的手段。通常我们需要调查的内容有基础资料、 交通需求、交通设施、交通现状。其中基础资料主要包括土地利用情况、社会经济情 况、自然状况。交通现状主要包括主体交通、交通事故、环境影响等。交通需求一般 是指起迄点调查( o d 调查1 。 做城市交通调查需要将调查区域分区，分区过程中需要注意：( 1 ) 小区的划分要充 分利用河流、铁道等天然或人工障碍做边界最好结合行政区划来划分：( 2 ) 考虑到干 道是汇集交通的渠道，因此一般不以干道为分区界线；( 3 ) 对于已做过o d 调查的城市， 最好维持原已划分的小斟2 0 l 。 o d 调查的目的在于得到现状的分布矩阵，而常规的o d 调查方法需要到各个分 区去进行人员、货物或车辆的出行调查及统计工作，这些工作都是非常费时和费力的。 因此探求一种调查量小的求现状出行分布矩阵的方法就显得十分有意义了。特别对于 中小城市而言，由于建设资金的限制，无法投入大量的人力和资金去做常规的o d 调 查，这里我们有选择地直接调查一些路段上的断面车流量就可由它们反推出车辆现状 分布矩阵。 关于反推模型和筹法，从构造问题的目标函数的角度出发，可分为最大似然法和 最小偏差法。一般情况下，使用最小偏差法不会导致不切实际的分布量来，下面简要 的说明该方法。 o d 反推的基本依据是o d 分布量与路段上的流量之间的基本关系式： v a = 瞬) ( 2 一1 ) j ，j 其中a 一表示路段的编号 v 。一路段上的流量 p ：一一分区( i ，j ) 之间的出行选择路段a 酌比率，称为路段的选择率 华中科技大学硕士学位论文 q u 一一分区间的现状出行分布量 为了使推算出的理论交通分布量与实际分布量符合程度最佳，应保证理论的分布 量与实际的分布量的偏差最小。以数学规划问题来描述： 广 2 m i n ：f = l 圪一瞬g ，) i ( 2 - - 2 ) 4 l ， j 式中q i j 一 o 可以将这个带约束的非线性数学规划问题转化为无约束的非线性数学规划问题再 求解。定义惩罚函数： g ( q i j ，r ( s ) ) - f + r ( s ) m i n ( o ，g 口盱( 2 - 3 ) j ， 式中：r ( s ) 一一惩罚因子，迭代时，取r ( 1 ) = i o ，r ( s + 1 ) = 1 0 r ( s ) 惩罚函数的第一项为原目标函数，第二项为惩罚项。在目标函数中加入惩罚项的 目的就是通过对惩罚因子的逐步递增，使分布量满足非负的约束条件。引进惩罚项后， 原问题转化为无约束的非线性数学规划问题： m i n ：g ( q 日，r ( s ) ) = f + r ( s ) r a i n ( 0 , q f ) ( 2 - 4 ) ， 求解这个数学问题，就可以得到现状的o d 分布情况。 2 2 城市交通与土地使用的关系 国外许多研究和实践表明，土地利用和交通有着十分密切的联系，是产生城市交 通需求的根源，决定着人流物流的空间分布；反过来城市的交通的可达性也会影响城 市土地利用。 交通的本质是由人或物同空间位置之间相互联系所形成的一种人类活动，是人类 社会最基本的活动内容。人类社会经济活动的空间独占性和关联性，即生产和消费、 供给与需求的普遍存在并在空间上分离，决定了作为空间联系方式之一的交通运输联 系存在的普遍性。即城市活动必然要产生交通，城市土地利用是交通产生的源，正是 交通系统在支持和影响着土地利用及其相关的活动。交通的本质决定了交通规划和土 地规划的内在联系团1 。 华中科技大学硕士学位论文 土地利用是区域的各种联系、交通建设、经济活动和人口在空间上集聚的表现。 城市土地利用一般划分为居住用地、公共设旌用地、工业用地、仓储用地、对外交通 用地、道路广场用地、市政公用设施用地、绿地、特殊用地、水域和其他用地1 0 大类。 各种用地的划分强调了区位因素的差别而引起地租差异。区位因素差异愈大，各种用 地分化趋向愈强，其分布在城市内，形成了一个城市土地利用结构。而城市活动系统 是由人们参与不同场所和不同时间的一系列活动组成，人们是为了特定的目的占用空 间或建筑物。 土地利用与城市交通之间存在着极其复杂的相互影响、相互作用关系，这种关系 构成了“轮转式”的互动机制( 图2 1 ) 。 土地 价值 交通 设旌 土地 利用 交通 需求 图2 1 土地利用与城市交通“轮转式”互动机制 城市交通是土地利用的一个重要影响因素，它的变化会对土地利用模式产生明显 的影响。从图2 1 可以看出，地块的可达性因道路的改善或新建而增强。当地块价值 较低、位置较好及供给短缺时，空置地块将得到开发。通过这一途径，新建交通设施 将会为土地开发打开大片空间。而新区开发。无论是商业、工业还是居住，都能吸引 大量人流，进出这一区域的交通量将剧增，这又为交通市场带来了大量的需求。因交 通日益拥挤，这一区域迫切需要修建交通设施，从而使得地块可达性进一步上升，土 9 断嘤 涿胜留 华中科技大学硕士学位论文 地开发量继续扩大，土地利用与城市交通互动机制进入新一轮的循环【2 2 1 。 从土地利用与城市交通的结合方式来看，二者之间的关系又可称作“源流关系”。 土地是城市社会经济活动的载体，其空间分布相对来说是静态的。各相对独立功能小 区间在人员、货物等方面的交流主要是通过交通这一环节而得以实现。城市用地与内 部交通“源流关系”构成了城市复杂的交通网络，这种网络可用一个简易图形加以表 示( 图2 - - 2 ) 。 图2 2土地利用与城市交通的“源流关系” 总之，城市土地利用和交通运输系统之间的关系是一种循环的作用与反馈关系。 土地利用结构决定市内交通运输需求，道路即交通设施的改善又反过来改变地利用 的强度和模式，其主要矛盾随城市发展阶段的不同而改变。 我国将进入中小城市新一轮总体规模修编的高峰时期，我们必须抓住这一良好的 机遇，摆正城市道路系统规划在城市总体规划中的位置。有些中小城市的总体规划， 仍然热衷于研究城市土地使用布局规划，城市道路交通规划一直未得到应有的重视。 如：随便延伸原有道路，把低级路面改成高级路面，增加一些支路，再规划一条过境 道路等1 2 引。实际上，城市交通规划和土地利用规划是城市规划中两个十分重要的部分， 两者是相互联系、相互作用的。从城市交通的角度来说，不同的土地使用形态决定了 城市交通的发生量和吸引量，决定了城市交通的分布状态，在一定程度上决定了城市 交通的结构。城市土地使用状态不合理或土地开发强度过高，将会导致城市交通的容 量无法满足交通需求。从城市土地使用的角度来说，城市交通的发展改变了城市结构 和土地使用状态，使得城市中心区的过密人口向城市周围疏散，城市商业中心更加集 华中科技大学硕士学位论文 中，规模加大，土地使用的功能划分更加明确。同时，城市交通规划和建设对土地使 用和城市发展具有导向作用，一方面如果城市交通系统或交通政策发生变化，将会改 变对城市土地使用的需求，另一方面城市各地区土地使用的变化反过来会引起各地区 出行的变化。忽略了两者之间的这种相互联系，往往使得城市交通规划与实际有一定 的偏差。因此，我们在制定城市交通规划时即将之与土地使用规划相结合，进行一体 化的综合处理非常重要口4 j 【2 5 】。 我国学者对城市交通系统与土地利用互动关系研究包括三个方面：城市交通系统 与土地利用互动关系的定性研究，城市土地利用与交通系统的定量研究和城市交通系 统与地利用关系协调研究。其中定性研究主要从城市土地利用与交通系统的相互关 系、城市土地利用结构与城市交通系统空间布局关系以及城市土地利用规划和城市交 通规划关系三个角度来研究。协调研究主要包括相关政策和相关技术研究。我国学者 对城市交通系统与土地利用互动关系研究包括三个方面：城市交通系统与土地利用互 动关系的定性研究，城市土地利用与交通系统的定量研究和城市交通系统与土地利用 关系协调研究。其中定性研究主要从城市土地利用与交通系统的相互关系、城市土地 利用结构与城市交通系统空间布局关系以及城市土地利用规划和城市交通规划关系三 个角度来研究。协调研究主要包括相关政策和相关技术研究。定量分析探讨城市交通 与土地利用复杂的互动关系一直是两者关系研究领域的重点、热点和难点【2 6 1 。 2 3 交通需求预泐模型 道路网规划的交通需求发展预测主要包括城市社会经济发展预测、城市交通生成 预测、城市交通出行分布预测和交通分配预测。由于道路网络方案设计是建立在交通 分配基础上的，我们将在下一章讨论交通分配的问题。 2 3 1 社会经济发展预测 对于城市社会经济发展预测主要可根据已制定的城市发展规划纲要并结合城市总 体规划、城市历年经济发展规律等情况来综合确定城市经济发展指标和人口指标，主 要有工农业生产总值、国内生产总值、总人口等指标。 华中科技大学硕士学位论文 2 3 2 交通生成预测 2 3 2 1 交通运输发展总量预测 交通运输发展预测方法主要有时间序列法、回归分析法及弹性系数法【捌。 时间序列法是利用历年的运输量资料进行趋势分析来预测未来的运输量，一般要 求收集资料的年份超过预测年份，这是一种宏观的趋势分析法，分析简便但精度不高。 回归分析法是利用历史资料建立运输量与影响运输量的各因素( 国民生产总值、人 口、人均生活水平指数等) 之间的相关关系，用回归模型来预测未来的运输量，这种方 法是本质的微观分析法，虽然繁琐但精度较高。 弹性系数法是根据交通运输量增长率与国民经济增长率之比( 即弹性系数) 在一定 时期内相对稳定这一特点来预测运输量，该方法的精度介于前砸两种方法之间。 2 3 2 2 交通生成模型 现行的“四阶段预测法”中对于交通需求产生的预测多采用类型分析法和回归分 析法。出行生成包括出行发生和出行吸引，通常将出行发生和出行吸引分别进行预测。 在预测出行发生量时，如果采用类型分析法，通常会将研究区域的家庭划分为若干类 型，并且需要调查居住用户的人口、收入和车辆拥有量；有些理论中除了考虑家庭因 素外，还考虑了“出行目的”这个决定因素，在城市中有些目的的出行每个单位时间 都是固定次数的( 如上班、上学) ，这与收入和车辆拥有量关系不大，故称之为“固定 出行”，而购物、娱乐及其他目的的出行则受收入等条件的影响较大，称之为“可选择 出行”。总之类型划分越细，需要的样本也就越多，从而调查和统计的工作量也就很大。 如果是采用回归分析法，则会考虑城市的经济发展水平、分区的居民数、平均收入、 平均车辆拥有量、其中各类职业的人口数，分区距市中心的距离、非住宅用地面积等 多个因素。在出行吸引量的预测中，类型分析方法主要用于人员出行的吸引量预测， 而回归分析方法主要用于货物出行的吸引量预测。用类型分析法则以工作岗位为分析 单位，主要考虑的因素为岗位的类型和分区出行条件，或是分区的交通通达程度。如： 交通方便的商店与交通不方便的同规模同类型的商店比较，生意要好些，吸引的出行 量要大些。 长期以来，在传统的交通需求预测中一直比较注重各种出行量与其影响因素之间 华中科技大学硕士学位论文 的关系，使得预测过程过于复杂。在传统方法中，考虑了较多影响因素的定量指标， 这就要求在具体的规划项目中收集大量与之相关的数据，包括小区人口数、平均收入、 平均拥有车辆数、就业就学岗位数等，不仅调查和统计的工作量大，在量化各种相关 因素过程中，很难保证其精度，由此建立出行生成与相关因素值的预测模型，也就很 难保证模型的准确性。 因此，在这里我们从土地利用与交通需求的相互作用的内在关系出发，寻求建立 土地利用与交通需求的直接相关模型，简化规划过程，这对寻求土地利用和交通系统 的最佳结合，提高交通需求预测的效率和精度有着十分重要的现实意义。 一般来说，不同的土地利用布局、不同的土地利用性质和不同的土地利用强度， 对应着不同的交通需求。也就是说，前面提到划分的1 0 大类用地，即居住用地、公共 设施用地、工业用地、仓储用地、对外交通用地、道路广场用地、市政公用设施用地、 绿地、特殊用地、水域和其他用地，单位面积上能够生成的出行量各有差异。对于 一个特定的交通小区而言。其内部各类用地面积的不同，以及土地利用强度的不同， 也就直接决定了该交通小区的交通生成。同时，关于出行产生量和出行吸引量有这样 两个规律：( 1 ) 一个分区中，住宅量越多，产生量就越多，而非住宅建筑越多，吸引量 就越多。( 2 ) 单位时间内，一个分区的产生量不一定等于其吸引量，但对整个对象区域 而言，单位时间的产生总量应严格等于单位时间的吸引总量( 不计“境内外出行”时) ， 或至少应大致相等( 计入“境内外出行”时，但因境内外出行量毕竟较小) 。 因此，在预测各小区交通发生和吸引量时，这里考虑以不同种类用地性质的士地 面积为自变量，交通生成量为因变量，以现状调查数据为基础资料，通过数理统计回归 分析出各类用地与交通生成的关系，继而结合规划年的土地利用，来预测规划年的小 区出行发生和吸引量，从而推算出行生成。其过程如图( 2 - 3 ) 所示： 华中科技大学硕士学位论文 - = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 图2 3 交通出行预铡过程 对于模型的建立有以下步骤： ( 1 ) 出行生成： 根据规划区域的国内生产总值的增长率和道路运输弹性系数可以确定规划期内出 行生成总量的增长率，结合现状的出行生成隋况，可以从宏观上确定规划区域在规划 年份总的出行生成量a ： a = a 。yxe( 2 5 ) 式中，一一现状出行生成总量， y 一一国内生成总值的增长率， e 一一道路运输弹性系数。 ( 2 ) 出行发生： 主要考虑居住用地利用与出行发生量之间的关系模型，i 小区的出行发生量( 标准 小客车曰) 为： f = ( r ，k 月k 。+ v ) ( r ，k r k ，+ y ) x a ( 2 6 ) j = l 式中，a 一一出行生成总量f 标准小客车l e t ) ： 华中科技大学硕士学位论文 f i 一- - i 小区的出行发生量； k 一一i 小区的土地利用强度影响系数； r i 一一i 小区内居住用地面积( 公顷) ； k r 一一居住用地对出行发生量的回归系数； v 一一居住用地对出行发生量的回归常数； n - - 一小区划分个数。 ( 3 ) 出行吸引： 本文认为公共设施、工业、仓库和绿地对交通吸引量产生的影响较大，故将对外 交通用地、道路广场用地、市政公用设施用地、特殊用地和水域及其他用地归为其他 类，将其对出行生成的影响归结为常数项。各用地对出行吸引量的权重值由回归模型 得到，i 小区的出行吸引量( 标准小客车，日1 为 x ，：善坠些鱼垒墨型生型丛坐盟。a ( 2 _ 7 ) j 二x c x + m 。k m k l + w 。k ks + g ? k g k | + o ? k o k i 、 i z t 式中，a 一一出行生成总量( 标准小客车日1 ； x 。一一i 小区的出行吸引量； k 一一i 小区的土地利用强度影响系数； c i 、m - 、w i 、g i 、o i 一一i 小区内的公共设施、工业、仓库、绿地和其他用 地的用地面积( 公顷) ； k c 、k m 、k w 、k g 、k o 一公共设施、工业、仓库、绿地和其他用地对出 行吸引量的权重值； n 一一小区划分个数。 - 此外，根据国家土地管理局对土地资源的标准分类，将土地资源分为8 个利用强 度级别【2 9 1 ，如表2 一l 所示： 华中科技大学硕士学位论文 土地利用强度分级赋值表表2 1 强度 等级 a la 2a 3a 4a 5a 6a 8 土地未利用交通居民工 类型 林地牧草地水域耕地园地 土地用地矿用地 强度 标准 12345678 本文考虑到建筑容积率的影响，同时考虑与前面用地分类统一及计算方便，把林 地、牧草地、水域、未利用土地、耕地和交通用地划为其他用地，园地对应于绿地， 居民工矿用地对应于居住用地、公共设施用地、工业用地和仓库用地，其他用地强度 标准统一为( 1 + 2 + 3 + 4 + 5 + 7 ) 6 = 3 6 ，采用下式计算土地利用强度影响系数k i ： 弘业盟簪制糕裂g 岩o 塑丝 ( 2 q ) r + c + m + 形+ + ， 、7 式中k 一一i 小区的土地利用强度影响系数： v i r 、v i c 、v i m 、v i w 一一i 小区内的居住用地、公共设施用地、工业用地、仓库 用地的容积率； r j 、c i 、m 、w i 、g i 、o i 一一居住用地、公共设施用地、工业用地、仓库用地、 绿地和其他用地的面积。 上述模型直接建立了土地利用与交通生成之间的关系，简化了传统预测方法分析 人口情况，就业岗位情况等进行预测的过程，这样可以充分利用城市总体规划与城市 交通规划的共享数据库，减少大规模的交通调查所要耗费的人力、物力和财力。 2 3 3 出行分布预测 出行分布预测模型主要分两大类；增长系数法及重力模型法。 ( 1 ) 增长系数法分布预测 增长系数法需事先给定一个先验的o d 矩阵( 历史的、或抽样调查的、或是按某一 种数学方法计算的) ，并假设预测的o - d 矩阵与先验的o d 矩阵具有基本相同的分布 形式，模型的计算主要是解决了交通需求的增长及交通区之间的平衡。该方法主要有 1 6 华中科技大学硕士学位论文 平均增长系数法模型、f r a t a r 模型和f u r n e s s 模型。这里只介绍f r a t a r 模型，它考虑了 交通区与交通区之间的吸引强度，是一种较好的交通分布预测模型。其计算过程如图 2 4 ： 图中交通发展率为 位置系数为 图2 4 f r a u a r 模型计算过程 式中瓯一一i 区的发生交通量 瓯一一j 区的吸引交通量 碍”) = 反窆彰m ， ，= i g j 椰= 瓯嘶州 叠”) _ 主彰”，窆( 奶m ，q 一，)= 彰刚鼢州q 州) j z j ；1 f 2 - 9 ) ( 2 1o ) ( 2 1 1 ) ( 2 1 2 ) 1 7 m i m 奶 。 铲 = 矽 华中科技大学硕士学位论文 讲“一- - ii r 至l j j 区的交通量 ( 2 ) 重力模型法分布预测 重力模型考虑了两交通区之间的吸引强度与吸引阻力，认为两交通区之间的出行 吸引与两交通区的出行发生、吸引量成正比，与交通区之间的交通阻抗成反比。与增 长系数法相比，重力模型考虑的因素较全面，即使没有完整的o d 表，也能预测o d 矩阵。但是有一个缺点是短程o d 分布偏大，尤其是区内出行。 重力模型有很多形式，目前常用的主要有行程时间模型和双约束重力模型。 行程时间模型 行程时间模型以行程时间作为交通阻抗，其分布预测公式为 r ：篓只( 2 峭) 0 ，式) a ，= f ( f ，_ ，)( 2 1 4 ) p = r ( f ，) ( 2 1 5 ) 式中，a ，一一j 区的现状出行吸引总量 p 一一i 区的未来出行发生总量 s 。