（市政工程专业论文）城市汽车保有量预测及道路交通经济效果分析.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 本研究从城市交通需求和交通环境容量两方面建立了城市汽车保有量的预测模 型，为可持续发展的城市交通系统提供理论依据和数据依据。从汽车生产给国民经济带 来的经济性和汽车使用引起的外部不经济性，来分析道路交通经济效果。 首先利用人工神经网络技术构建城市小汽车保有量的宏观预测模型。为了模拟汽 车保有量与其影响因素之间的非线性关系，这里分析影响城市汽车保有量的主要因素， 将城市人口密度，人均g d p 数据，公交路网密度，道路网密度，车价，收入，燃油价格 以及外界干扰因素作为模型的自变量，汽车保有量作为输出变量，利用b p 神经网络技 术，建立预测模型。其中，外界干扰因素代表了一组难以量化的变量，用来模拟这种因 素对汽车保有量产生的突变影响。进而以大连市为例，结合实际的数据调查，对该模型 进行了模拟预测，最终得到小汽车保有量的计算关系式。 其次，从城市交通环境负荷的角度出发，开发了在交通环境容量约束下的城市最大 汽车保有量预测模型。目的是为了优化城市道路交通的空间分布，预测在一定的交通环 境负荷上限约束下，城市最大可以容纳的汽车保有量大小。模型采用双重规划的思想， 上层问题以小区的汽车保有量之和最大为目标函数，约束条件是路段上的汽车尾气排放 不超过相应的交通环境容量；下层问题是固定需求的用户平衡分配模型，模拟用户的出 行路径选择行为。为了实现两层模型间的相互反馈，同时求解两个优化问题，我们开发 了一个基于灵敏度分析的优化算法，从下层模型中得到路段流量以及道路交通需求对小 区汽车保有量的偏导数，并把该导数信息代入到上层模型中。经过反复迭代计算得到上 层目标函数中的汽车保有量。最后以一个实例计算对该模型及求解方法进行了验证。 再次，从汽车生产给国民经济带来的贡献以及汽车使用造成的负面经济影响分析 城市道路交通的经济效果。为了计算汽车工业生产带来的正面经济效果，我们利用投入 产出理论及产业关联理论，分析与汽车制造业相关联的上游和下游产业。然后，计算了 由于汽车产量增加带来的直接经济效果、间接经济效果以及各种波及效果，进而对上述 指标进行求和，得到单位汽车生产对国民经济的贡献度。这一研究的另一部分是道路交 通环境污染和交通事故的外部不经济性。以汽车保有量与交通环境负荷、汽车保有量与 交通事故总量之间的发展变化关系为基础，建立宏观预测模型，并把该结果转换成金钱 指标。最后，综合正反两方面的经济效果，分析了汽车交通的道路经济效果。 关键词：汽车保有量；交通环境容量；交通经济效果；灵敏度分析；投入产出分析 塑堂主堡塑型! 墨塑塞塑童塑坌堑 f o r e c a s to fu r b a nc a r e f f e c ta n a l y s i s o w n e r s h i p a n de c o n o m i c o fr o a dt r a f f i c a b s t r a c t t 1 1 i ss t u d ye s t a b l i s h e dt h ef o r e c a s tm o d e lo f u r b a nc a r o w n e r s h i p i nt e r m s o f t r a n s p o r t a t i o n d e m a n da n de n v i r o n m e n tc a p a c i t y ，a n a l y z e dt h ee c o n o m ye f f e c to fr o a dt r a f f i cb a s e do n e c o n o m y a n d d i s e c o n o m ya s p e c t si n d u c e db y c , a ri n d u s t r ya n dc a ru s e r e s p e c t i v e l y ，t op r o v i d e t h e o r y a n d p r a c t i c a lb a s e f o rs u s t a l n a b l e t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m f i r s t l y ，am a c t o - l e v e lf o r e c 埘m o d e io fu r b a nc a ro w n e r s h i pb a s e do na r t i f i c i a ln e u r a l n e t w o r k t e c h n i q u ei sd e v e l o p e d t os i m u l a t et h e n o n - l l n e a r r e l a t i o n s h i pb e t w e e n c a ro w n e r s h i p a n di t se f f e c tf a c t o r s , t h em a i nf a c t o r sa r ea n a l y z e d ，a n ds e v e n i n p u tv e c t o r s ，s u c ha sp e r - c a p i t a g d p ，t r a n s i tn e t w o r kd e n s i t y , r o a dn e t w o r kd e n s i t y ，e a rp r i e e i n c o m e ，p a t r o lp r i c ea n d e x t e r n a l d i s t u r b i n gf a c t o r s ，a r et a k e na si n d e p e n d e n tv a r i a b l e sa n dc a ro w n e r s h i pi st a k e na so u t p u t v a r i a b l et oe s t a b l i s ht h ef o r e c a s tm o d e lb a s e do nb pn e u r a ln e t w o r kt e c h n i q u e h e r e e x t e r n a l v a r i a b l e , i n c l u d i n gs o m e 缸琵c t b g f a 改o r sw h i c hc o u l dn o tb en l e a s u r e l 土i si n p u tt ot h em o d e lt o s i m u l a t et h es u d d e ne f f e c ti n d u c e db yt h e m f u r t h e i t l l o r e , t ov e r i f yt h em o d e l ，ig o tt h e c a l c d a t i o nf o r m u l ao f c a ro w n e r s h i p t a k i n g d a l j a nd a t aa sac a s e s e c o n d l y , t a k i n g t r a f f i ce n v i r o n m e n tl o a di n t oa c c o u n t , t h em a x i m u mu r b a nc a r o w n e r s h i p m o d e lc o n s t r a i n e db yt r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n tc a p a c i t yi sd e v e l o p e d t h ep u r p o s ei st o o p t i m i z e t h et r a f f i cd i s t r i b u t i o na n d g e t t h em a x i m u mc a r o w n e r s h i p c o n s t r a i n e d b y e n v i r o n m e n t c a p a c i t y ab i l e v e lp r o g r a m m i n gp r o b l e m h a sb e e ne s t a b l i s h e d 1 1 1 e u p p e r l e v e li s ae a ro w n e r s h i pm o d e l i i lw h i c ho b j e c t i v ef u n c t i o ni st om a x i m i z et h et o t a lo fz o n a lc a r o w n e r s h i p sa n dt h ec o n s 怕j n ti st r a 街ce n v i r o n m e n tl o a do n al i n ks h o u l dn o te x c e e dt h ep r e - d e c i d e dc a p a c i t y 1 el o w e rl e v e li saf i x e dd e m a n du s e re q u i l i b r i u ma s s i g n m e n tm o d e l w h i c h s i m u l a t e st h e t r a v e l e r s p a t h c h o i c eb e h a v i o ra n dc a l c m a t e sd i s t r i b u t i o n sa n dr u n n i n g c h a r a c t e r i s t i e so f 自m 街cd e m a n do nr o a dn e t w o r k t or e a l i z et h ef e e d b a c kb e t w e e nt h et w o l e v e l sa n ds o l v et h eo p & n i z a t i o n p r o b l e m ss i m u l t a n e o u s l y , w ed e v e l o p e da no p t i m a la l g o r i t h m b a s e do ns e n s i t i v i t ya n a l y s i s ，n a m e l ya c q u i r ed e r i v a t i v ef u n c t i o no fl i n kv o l u m ea n dt v d f n c d e m a n dw i t hr e s p e c tt oz o n a lc a ro w n e r s h i p , a n df e e d b a c kt h ef u n c t i o ni n t o u p p e rl e v e l p r o g r a m w i m i t e r a t e dc a l c u l a t i o n t h em a x i m l l r f lc a r o w n e r s h i pi nu p p e ro p t i m i z a t i o nc o u l d b e o b t a i n e d i nt h el a s t , t h eb i q e v e lm o d e la n dt h ea l g o r i t h ma r ev e r i f i e dw i t hac a s e s t u d y n e x t , t h ee c o n o m ya n dd i s e c o n o m yv a l u e si n d u c e db yc a ri n d u s t r ya n dc a r1 s ea r e i n t e g r a t e dt oa n a l y z et h ee c o n o m i ce f f e c to fr o a dt r i o t oc a l c u l a t et h ee c o n o m i ce f f e c t u 一 大连理工大学硕士学位论文 b r o u g h tb yc a ri n d u s t r yw i t ht h eg r o w t ho fc a rn u m b e r s ，i n p u t - o u t p u tt h e o r ya n di n d u s t r y a s s o c i a t i o nt h e o r ya r eu s e dt oa n a l y z et h eu p p e ra n dl o w e ri n d u s t r i e sr e l a t e dt oi t t h e nt h e i m m e d i a t ee f f e c t s ，b a c k w a r dm u l t i p l ye f f e c t , f o r w a r dm u l t i p l ye f f e c ta n dc 潞埘em u l t i p l y e f f e c ta r ec a l c u l a t e da n ds u m m e dt og e tt h ec o n t r i b u t i o nt og d p o f p e v c a p i m c a rp r o d u c t i o n ； t h ee x t e r n a l i t i e sj n c l u d eb o t ht r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n d 廿a 伍ca c c i d e n t s t h e o t h e r p a r to f t h i ss t u d yi st h ee x t e r n a ld i s e c o n o m yo fl a f j f i ce n v i r o n m e n t p o l l u t i o na n dt r a f f i c i n c i d e n t s ，b a s e do nt h er e l a t i o nb e t w e e nc a ro w n e r s h i pa n dt r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n tl o a d a n da l s ot h er e l a t i o nb e t w e e nc a ro w n e r s h i pa n dt h en u m b e ro ft r a f 五ci n c i d e n t s ，t h em a p a o f o r e c a s tm o d e l sa r ee s t a b l i s h e d r e s p e c t i v e l y , a n d a l lr e s u l t sa r ec o n v e r s e dt om o n e t a r yv a l u e s f i n a l l y ，t a k i n ge a rn u m b e r s a sab a s e ，v a r i o u sm o n e t a r yf a c t o r sa r ei n t e g r a t e dt oa n a l y z e t h ee c o n o m i ce f f e c tc a u s e db yr o a dt r a 街c k e y w o r d s ：c a ro w n e r s h i p ；t r a n s p o r t a t i o ne n v i r o n m e n t c a p a c i t y ；t r a n s p o r t a t i o n e c o n o m i c e f f e e t ；s e n s i t i v i t ya n a l y s i s ；i n p u t - o u t p u ta n a l y s i s 1 1 1 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得 大连理工大学或其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢 意。 盔垄望三查塑圭堂焦墼 引言 汽车交通的发展决定了不同导向的城市交通发展模式，抑制城市汽车保有量的增 长，必须结合必要的交通需求管理方法和相应的管理措施，从汽车的购买和使用两个阶 段达到抑制的效果。目前，一大批用于分析城市交通模式与小汽车使用抑制效果的计量 模型被开发出来( 参考文献) ，许多需求管理方法，如c o m p a c tc i t y 、t r a n s m a l l 、p a r k r i d e 、t o d 以及r o a dp r i c i n g 等被提了出来 3 0 ，3 3 ，7 9 。这些研 究的核心是如何促进市民更多地利用公共交通和非机动化交通手段，因此，小汽车保有 量的大小在城市交通模式发展中占有重要地位。 国内的一部分学者大力提倡发展汽车产业以拉动内需，他们认为，汽车的普及不 但可以促进国民经济的发展，而且由汽车化导致的郊区化有利于提高市民的居住水平。 我国政府也明确规定，将汽车产业定位为国民经济的支柱产业。由于城市轨道系统的初 期投入巨大，上个世纪末期我国的大多数城市政府一般都致力于通过道路交通的规划和 建设来解决城市交通拥挤问题，交通工程专家也多进行的是城市道路交通规划的理论和 实践的研究。但是国内外的学者们也一致认为在大中城市，汽车不应成为市民出行的主 要手段，解决大中城市交通问题只能靠快速大运量的城市轨道系统。 西方学者关于抑制汽车使用的研究是小汽车保有量达到饱和状态下进行的，因此 他们几乎没有考虑到汽车产业对国民经济的影响，将汽车公害等小汽车交通的外部不经 济性放在首位。例如在1 1 1 eg r e e n i n go fu r b a nt r a n s p o r t ) ) 一书中收录了大量有关促进 自行车和步行交通的研究，这些研究从减轻环境污染、缓解交通拥挤、减少交通事故等 小汽车交通的外部不经济性的角度定性和定量地分析了绿色交通模式的优点。维多利亚 交通研究所的t o d dl i t m a n 使用了大量的既有数据从机动性和效率性两方面分析计算了 公共交通的产业效益和社会效益。 我国的部分学者却过于片面强调汽车产业对国民经济发展的重要性，迎合小汽车 交通规划城市道路网络，轻视了过度的小汽车交通带来的环境污染期交通事故等外部不 经济，这一点在小城市尤其突出。 本文是在综合汽车保有量的各种影响因素的基础上，建立城市汽车保有量的预测 模型；以道路交通环境容量为约束条件建立最大汽车保有量的预测模型：结合汽车工业 生产对国民经济的贡献度以及交通环境污染和交通事故的外部不经济性，分析道路交通 的综合经济效果。 城市汽车保有量预测及道路交通经济效果分析 1 导论 1 1 背景介绍 在经济和社会发展目新月异的今天，汽车交通，作为城市客、货运输的主要运输方 式，已经成为我国道路交通运输体系的主体，对城市经济的发展起着举足轻重的作用。 汽车作为一种高效的运载工具，不仅给人们的生活带来了方便、快捷和舒适的出行环 境，同时还改变了人们的出行结构，加快了城市化步伐。小汽车数量的增多导致居民出 行手段发生变化，改变了城市居民的出行结构以及土地利用格局。出行的便利增加了居 民的出行次数，丰富了居民出行目的的种类。另外，随着市区住宅土地利用的不断饱 和，城市住宅郊区化，以及在市郊地区的大型商业，娱乐等配套基础设施的建设导致了 居民出行空间分布发生变化。 相比国外发达国家而言，我国城市交通事业起步较晚，交通基础设施的建设相对滞 后。随着经济的快速增长，各种交通问题也日益突显出来，这对城市交通体系的建设提 出了越来越高的要求。总体来说，我国交通系统具有以下几个特点： 1 ) 机动化的进程加快 城市交通的机动化是与城市发展同步进行的。城市经济的繁荣促进了机动车的普 及，而大量机动车的使用反过来也推动了城市经济的发展。回顾过去的几年，我国城市 机动化速度迅猛。1 9 8 5 年至1 9 9 3 年全国的机动车拥有量以年增1 5 的速度增长1 3 6 。 机动车保有量的快速增长不仅体现在一些经济发展较快的大城市，也同样出现在一些中 小城市。据统计，2 0 0 0 年至2 0 0 4 年北京市机动车保有量日均增长2 0 0 辆，盘锦市1 9 9 2 年至2 0 0 2 年机动车保有量从1 0 7 9 9 辆增加到5 9 1 0 6 辆【4 】，增长了四倍多；阜新市1 9 9 6 年至2 0 0 2 年汽车保有量从3 1 7 6 0 辆增加到8 5 3 8 6 辆 5 】，增长了1 5 倍。可见，机动化 的进程正在我国全面迅速地展开。 根据国外已有研究，机动车保有量的增长大体上需要经历三个主要时期：缓慢增长 期，高速发展期和平稳变化期。这三个不同发展时期对应了社会发展的不同经济水平。 根据发达国家小汽车发展的经验，当人均g d p 达到1 0 0 0 美元时，小汽车将进入高速发 展期。我国从2 0 0 2 年开始人均g d p 首次超过1 0 0 0 美元，这标志着我国已经进入了汽 车化的高速发展时代。根据我国1 9 9 7 年的汽车产业政策中的规定，汽车工业将被作为 国民经济的支柱产业进行发展，因此可以预见，我国的汽车保有量仍将继续增长，机动 化进程也将继续深入。 2 大连理工大学硕士学位论文 2 1 交通需求与交通供给矛盾突出 城市交通的发展，尤其是汽车交通的发展对城市交通供给提出了严峻的考验。机动 车数量的激增导致交通需求增大，因而使得道路变得拥堵、停车设施紧张，已有的交通 基础设施难以满足快速增长的交通需求，导致交通需求与供给不平衡现象。以我国现阶 段的停车设施建设为例，由于历史和经济发展原因，目前我国大多数城市都存在停车设 施建设滞后、停车泊位紧张的问题 5 3 】。2 0 0 2 年，苏州市市区机动车数量为8 7 5 万辆， 而可以提供的泊位供给约3 6 5 万个，平均o 4 3 泊位车，供给仅占需求的3 1 。根据不 同功能建筑停车场的配建指标以及需求预测结果，苏州市至少还需要4 3 万个停车泊位 才能满足当前的停车需求。 实践经验证明，尽管是由于交通供给不能满足交通需求而导致了各种交通问题，但 是仅仅以不断满足需求的方式来解决交通问题也是不够全面的。著名的“红一蓝b u s ” 问题就充分的说明了这一点 8 3 1 。因此，在制定合理的交通与城市规划方案基础上，制 定明确的城市交通发展方针，合理利用土地，才能真正解决城市交通的供需矛盾问题。 3 ) 道路交通环境污染加剧 道路交通环境负荷指的是汽车尾气污染和躁音污染两种。汽车排放出来的大量尾气 主要有c o ，c 0 2 ，n o 。，h c 以及粉尘等有害物质，破坏了人类的居住环境和生态环 境。在城市中心区以及一些主要交叉口，大量尾气集中排放使得道路两侧污染睛况十分 严重。此外，汽车行驶中发出的噪音也干扰了人们的正常生活秩序。据统计，我国大约 有7 0 以上的人群每天要忍受不同强度的噪声干扰。 为了减小道路交通环境污染量，促进城市的可持续发展，世界各国都在发展本国经 济的同时，投入了相当的精力和资金来治理和改善各种环境问题，这给国家经济的发展 带来沉重负担。例如英国每年对环境治理的投入就占整个国民经济的4 6 【4 7 】。可见， 减少道路交通环境污染对城市乃至整个社会的可持续发展具有举足轻重的作用。 4 ) 可持续发展交通体系建设的要求 可持续发展的城市交通体系要求我们必须同时满足经济可持续、社会可持续以及环 境可持续。随着交通系统的各种负面影响逐渐蔓延，可持续发展的理念也得到更多重 视。事实上，建设可持续发展的城市交通系统需要大量的软、硬件投入，需要城市多个 部门之间的相互协调。当前，我国交通系统的建设正处在繁荣发展时期，各种基础设旌 的建设f t 趋完善，这为我国城市交通体系的可持续发展奠定了基础。 一3 城市汽车保有量预测及道路交通经济效果分析 那么如何在合理的发展和规划城市交通系统的同时，把交通系统各种负面影响降低 到最小的程度，对可持续发展城市交通体系的建设意义非凡。由于城市交通系统是一个 复杂的大系统，要达到可持续发展的三个目标，我们必须坚持不懈地做好多个方面的工 作。本研究就是在这样的一个大背景下进行的一次探索，试图从汽车生产的经济性和汽 车使用的外部不经济性出发，来定量化地分析道路交通经济效果，并通过构建城市汽车 需求预测模型以及可持续发展的最大汽车保有量预测模型，为我国可持续发展交通系统 的建设添砖加瓦。 1 2 研究目的、内容及意义 1 2 1 研究目的 本文的研究目的是从城市交通需求和交通环境容量两方面构建城市汽车保有量预 测模型；通过定量化计算汽车生产的经济性和汽车使用的外部不经济性，分析道路交通 的经济效果，为可持续发展城市交通体系的建立提供数据支持。 1 2 2 研究内容 从出行需求和供给两方面分析并预测城市小汽车保有量的大小 从环境可持续发展的角度预测最大可能的汽车保有量 从汽车产量增加的角度分析汽车工业对国民经济的贡献度 综合汽车产业经济性和汽车使用的外部不经济性，分析道路交通综合经济效果 1 2 3 研究意义 1 ) 预测城市汽车需求，为城市发展和战略交通规划提供依据 汽车交通的发展影响城市交通结构和人的出行行为。随着城市经济水平不断提高， 汽车将会作为一种必需的交通工具越来越多的进入家庭，从而导致居民出行种类的多样 化以及出行空间分布的不均匀。同时，城市面积的蔓延和土地利用结构的变化，也刺激 了汽车需求发生改变，尤其是住宅的郊区化使得城市居民购买机动车的可能性增加。因 此，合理的控制与发展城市汽车需求对城市发展具有重要意义。 汽车需求的增长给城市交通系统的正常运转也提出了严峻的考验，各种交通问题日 益加剧。道路交通流量的增加使得原有道路变的拥挤不堪：停车设施变得愈加紧缺；居 民出行距离延长等等，这些结果在一定程度上影响了城市居民的出行。以往研究证明， 我们不能通过无休止的满足交通需求来解决城市交通问题而是需要以合理的交通规划 4 一 大连理工大学硕士学位论文 和管理方案为基础，进行有针对性地建设。而进行城市交通规划的主要研究对象就是汽 车保有数量。因此，准确合理的预测城市汽车保有量对城市发展，城市交通规划具有重 要意义。 2 ) 预测环境容量约束下的最大汽车保有量，促进城市交通的可持续发展 城市交通的可持续性是保证交通系统发展，城市不断向前进步的关键指导原则。环 境可持续性、经济可持续性以及社会可持续性缺一不可。在交通环境污染已经成为制约 发展瓶颈因素的当前。保持城市交通的可持续性，减少汽车交通需求是交通规划与管理 的首要发展目标。然而，需求是不断扩张的，如何在既要满足当前出行需求的前提下， 又不破坏当前的环境，是摆在我们面前的一个重要课题。因此，预测环境容量约束下的 最大汽车保有量，符合环境可持续发展的要求，将对城市交通的持续发展做出贡献。 3 ) 分析道路交通经济效果，为建立可持续发展的城市交通体系提供数据支撑 经济可持续发展作为城市交通可持续发展的核心内容，对城市经济的繁荣，交通系 统的建设和完善至关重要。分析交通系统的各种经济效果有利于把握城市交通系统的正 确发展方向。 交通系统经济效果包括正面和负面两种影响，明确各种影响对整个系统的不同贡献 比例，有利于有制定针对性强的规划方案，来指导城市交通系统合理、健康地发展。因 此，对汽车交通带来的正面经济效果和外部不经济效果进行量化分析，可以为城市交通 系统的可持续发展提供数据支撑。 1 3 国内外研究进展 1 | 3 1 关于汽车保有量预测的相关研究 汽车保有量预测是交通规划的一项基础性工作，国外早在2 0 世纪4 0 年代就已经 开始了这方面的研究。最初进行汽车保有量预测主要是基于三方面的问题【6 9 ； 工具制造商和燃油公司为了进行市场调研预测汽车保有量，他们并不关心交通 模型，而主要考虑汽车的体积大小，引擎性能等汽车参数。 政府为了建设一些新的大型交通基础设施，把汽车数量作为一种决策依据。 把汽车保有量预测作为一种战略性交通规划研究问题，使用单一部门或者多个 部门的数据和先进的计量经济学方法进行统计计算。 到目前为止，很多不同的汽车保有量预测模型被开发出来。从模型不同建立方法 的角度来看，可以分为非集计模型和集计模型两种。其中，非集计的预测模型在汽车保 5 城市汽车保有量预测及道路交通经济效果分析 有量预测模型中所占比例较大，这类模型是以出行个体或家庭为单位预测他们购买小汽 车的可能性大小，综合了个人屙陛和社会经济属性来建立效用函数，进而通过效甩值来 确定一个个体是否拥有小汽车或拥有小汽车的数量 7 0 ，8 8 】。在这类模型中，微观经济学 理论及效用选择理论承担了一个重要的角色。例如t o m a s 等人 8 8 】以二维选择模型为基 础，建立了以家庭为单位的动态汽车保有量模型，r i c h 7 0 在他的博士论文中把微观经 济学理论和随机效用选择理论结合，考虑家庭和工作选址与汽车保有量之间的关系，建 立了汽车保有量的微观经济学模型。 集计的汽车保有量模型主要是从城市经济、人口、路网容量、地利用状况以及 停车设施供给条件等宏观因素出发，预测汽车保有数量 7 6 ，7 7 。例如l a m 等人把城市 道路网容量和停车空间作为汽车保有量增长的两个制约性条件，利用双层的数学规划模 型建立了最大可能的汽车保有量预澳4 模型。 国内关于汽车保有量预测的问题也早有一些研究成果。我国目前主要的汽车保有 量预测方法大致可以分为三大类 5 4 ：时间序列预测、回归分析预测以及分析判断预 测。 时间序列预测是利用统计方法进行预测。它是通过对以往汽车保有量的发展变化 趋势进行分析，建立汽车保有量与时间之间的对应关系。模型中的因变量是汽车保有 量，自变量是对应的时间或年份。由于这种方法没有考虑影响汽车保有量变化的诸多因 素，因此预测结果的准确性不高。 回归分析预测是仅仅考虑影响汽车保有的某几种特定因素，根据以往数据建立线 性或非线性回归模型。由于收入是作为影响汽车保有量的最主要因素之一，因此己有的 很多研究中仅考虑汽车保有量与收入之间的对应关系【7 2 ，7 3 】。由于汽车保有量与其影响 因素之间的关系复杂，往往不能通过这种数学模型来准确表达。而且，模型中包含的指 标不能真实地反映出影响汽车保有的诸多因素，给最终的预测结果带来偏差。 分析判断预测并不是一种建立在理论计算基础上的方法，而是根据决策者或有关 专家的经验，分析或讨论后得出的结果，这种方法一般主观性强，结果可信度不高，误 差较大。 除了以上总结的三类传统预测方法之外，国内一些学者还利用神经网络对我国汽 车保有量的预测作了一些尝试。例如侯志祥等【1 7 人提出了全国汽车保有量的神经网络 预测模型并给出了实例计算。周骞等【5 4 还针对经济因素和人1 ：3 因素两类影响因子构建 了城市汽车保有量的预测模型a 这些模型的一个共同特点就是对影响汽车保有量的因素 分析不足，模型仅考虑了几个方面的影响因素。本研究与以往不同的是综合考虑了影响 6 大连理工大学硕士学位论文 汽车数量变化的人口因素、经济因素、交通供给、汽车价格、燃油价格以及外部政策等 影响集，试图通过神经网络的非线性映射技术来预测未来的汽车保有量，并模拟外界政 策干扰给汽车数量造成的突变影响效果。 1 3 2 关于环境容量约束的最大汽车保有量 关于在环境容量约束下预测最大汽车保有量的问题，国外研究很少见到。这一方 面是由于环境容量的确定是一个难以解决的闯题 1 4 , 3 8 ，而这一数值的确定是能否获得 最大汽车保有量的关键；另一方面，对城市可容纳的最大汽车保有量进行预测，涉及到 很多方面的问题，有环境因素，经济因素以及人为因素等等，需要大量的资金投入和技 术投入，这给该问题的解决增加了一定难度。 国内部分学者对环境容量下的最大汽车数量预测问题进行了一些研究。例如王 炜，陈学武等 4 2 j 人首先把城市交通污染物允许排放总量看作是城市环境容量的一部 分，认为交通系统排放量的分担率决定了允许排放污染物的大小；其次通过确定机动车 排放因子来计算交通系统实际污染指标。刘志硕，申金升等人【2 6 把交通环境承载力分 为交通环境污染承载力和交通环境资源承载力，并分别给出了二者的动态离散计量模 型。此外，刘志硕，申金升等 2 7 】还把城市交通容量划分为微观交通容量和宏观交通容 量，提出了一种新的基于交通环境承载力的城市交通容量的确定方法，并结合实际例子 进行了应用。 尽管城市交通系统环境容量可以通过确定环境负荷上限和机动车排放因子来获 得，但这些参数的标定需要从大量的实际调查和分析中才能获得。另外，出行结构也影 响了机动车污染物排放，不同的城市交通结构对应着不同的城市交通系统环境容量，交 通结构的变化将引起交通环境容量的改变。因此，为了确定城市交通环境容量，不仅需 要投入大量的人力、物力和财力，而且其计算结果的通用性难以保证。为了更好的解决 上述问题，本文尝试利用数学优化模型的方法，考虑公共交通和私人汽车交通两种出行 方式，提出交通环境容量约束下的城市最大汽车保有量预测模型。 1 3 3 关于道路交通的经济效果分析 城市交通是城市经济发展以及人员之间的相互交流派生的产物，为城市经济不断进 步起到至关重要的作用。道路交通的经济效果涵盖了整个交通系统多个方面，不仅有出 行的便利性、时间的节省、系统运行效率的提高，还有交通系统本身引发的各种外部问 题，因此也引发了相应的道路交通经济性和外部不经济性问题。 7 城市汽车保有量预测及道路交通经济效果分析 对道路交通经济效果进行分析是交通经济学的一个子课题，而交通经济学又是经济 学领域的一个派生学科，国外在对交通系统的经济效果进行研究时，主要从经济学的角 度出发来进行研究的。事实上，交通系统的经济效果包含了多种相关因素的经济性问 题，涉及到的方面有交通污染、交通事故、交通拥堵以及能源消耗等。对这一问题的研 究往往局限于某一个具体问题的经济性分析【2 ，8 1 ，9 6 ，而并没有把整个交通系统作为研 究对象来考虑，因而系统性不强。本文试图从汽车产业生产的经济性和汽车使用的外部 不经济性入手，通过量化计算结果对城市道路交通系统经济效果进行分析，以期对这个 问题的研究进行一些有益尝试。 1 4 研究思路与技术创新 1 4 1 研究思路 本研究从供给和需求两个方面分析城市汽车保有量的大小及其发展趋势，从环境可 持续发展的角度分析城市最大的汽车保有量。同时考虑汽车保有量的增加给国民经济带 来的正面经济效益和汽车使用过程中产生的外部不经济性，进行两种影响的金钱指标换 算，分析汽车保有量的变化对道路交通产生的影响效果。论文研究总体思路如图1 - 1 所 示： 城市人| 1l l 城市经济i 交通供给ll 宏观政策jl 收入 经济性 望匿羽擘 1 外部不经济性l 道蹄交通事放ff 出行需求预测 汽牛生产数量l；l 交通环境负荷 正面经济影响负j i 西经济影响fi 负面经济影响 道路交通综合经济效粜分析 图】一1 论文总体思路架构图 1 4 2 研究创新点 1 ) 基于城市土地利用、人口与经济发展、出行结构以及出行方式等诸多方面，研究 了城市发展与汽车交通的互动关系； 一8 大连理工大学硕士学位论文 2 ) 以人工神经网络模型为基础，从城市人口、城市经济、燃油价格以及交通基础设 施的供给等方面出发，建立城市汽车保有量的预测模型，并首次把外界政策等不 易量化的偶然因素考虑到模型中来，模拟外界政策因素对汽车保有量的突交影 响： 3 ) 以交通环境容量为限制城市交通发展的唯一约束条件，借助双重规划模型，建立 可持续发展的最大汽车保有量预测模型，开发了一个基于灵敏度分析的优化算 法，并以大连市的实际数据为例进行了验证； 钔开发了汽车产业的投入产出模型，利用投入产出分析理论和大连市投入产出表， 得到了单位汽车生产给国民经济带来的经济效果； 5 ) 从交通环境污染和道路交通事故两个方面研究了汽车使用的外部不经济性，并分 别进行了相应的金钱指标换算； 6 ) 结合汽车生产的正面经济性和汽车使用的外部不经济性，综合分析了汽车需求变 化引起的道路经济效果； 1 5 论文构成及章节安排 第一章导论 本章首先介绍了论文的研究背景，给出了本文的研究目的、研究内容和研究意义， 分析了国内外相关研究的进展情况，并指出本文的总体研究思路和技术创新点。最后介 绍了整篇论文的构成以及章节组织。 第二章城市发展与汽车交通需求研究 本章作为后续章节的引导，研究了城市发展与汽车保有量之间的互动关系，分析汽 车交通与城市经济、汽车交通与可持续发展之间的关系。 第三章基于神经网络的城市汽车保有量预测模型 本章在考虑到经济水平、城市形态、交通条件以及汽车拥有政策等各种因素的基础 上，利用b p 神经网络技术，模拟汽车保有量与其主要影响因素之间的非线性关系，构 建城市小汽车保有量的预测模型，并以大连市为例进行了模拟预测。 第四章可持续发展的城市汽车保有量预测模型 9 塑壹壶奎堡耋i 夔塑! 垦塑銮鳖堑墼墨坌堑 在有限的交通基础设施供给条件下，城市汽车保有量的增长幅度是有限的a 从城市 交通环境可持续发展的角度来看，汽车交通引起的环境负荷应该受到交通环境容量的限 制。本章是优化城市道路交通空间分布的同时，在道路交通环境容量约束条件下预测城 市内可容纳的最大汽车保有量。这里建立了双重的数学优化模型，提出了基于灵敏度分 析的优化求解算法，并以大连市的实际数据为例对该模型进行了验证。 第五章城市道路交通经济效果分析 本章从汽车生产的正面经济性和汽车使用的外部不经济性着手，对道路交通经济效 果进行分析。首先利用投入产出法和产业关联分析，研究了汽车工业对国民经济的贡献 度：然后，把道路交通环境污染和道路交通事故作为汽车交通外部不经济性的衡量指 标，进行其负面的金钱指标换算；最后，对汽车使用带来的道路交通综合经济效果进行 了分析。 第六章结论与展望 本章是本篇研究的最后部分，对整篇论文中研究成果进行归纳、分析和整理，提出 未来需要进行深入研究的一点设想。 1 0 大连理工大学硕士学位论文 2 城市发展与汽车交通需求研究 2 1 城市发展与汽车交通的相互影响 2 1 1 汽车交通与城市土地利用的互动关系 以往发达国家的城市发展历史经验表明，城市中心区的高密度开发和城市郊区的 低密度化是城市发展过程中呈现的一个显著特征，而造成这种现象的一个主要原因就是 汽车的普及化。由于汽车作为居民的一种主要出行方式，使得每天往返于城市中心区和 市郊之间的交通流增多；另外，由于城市郊区土地价格相对中心区而言便宜很多，不仅 可以满足各种大型服务设施的开发使用，也可以为大面积住宅的开发提供广阔空间。但 是，汽车化的交通导致城市发展郊区化，这需要以提供大量的土地资源为代价。而郊区 土地大面积开发将造成资源的过度使用以及不必要的浪费，不仅破坏了自然环境和生态 环境，也缩小了城市可持续发展的回旋余地。以美国郊区化为例，1 9 2 0 年美国平均4 0 人拥有1 辆汽车，郊区人口比例为1 4 8 ；到1 9 7 0 年，小汽车拥有水平超过4 0 0 辆，千 人，郊区人口达到3 7 2 左右。城市快速蔓延式扩张，致使周边农业和自然生态环境用 地大幅度减少。小汽车交通发展还直接引发公路铺设的浪潮，到7 0 年代美国高速公路 达到5 万英里以上，占用了大量的国土面积 2 8 】。 交通需求的增长促使城市各类基础设施建设不断完善，也对交通设施本身提出更 高的要求。例如汽车需求的增加引发停车需求增大，为了满足车辆的停放功能，减少道 路占用以及无序停放，需要提供一定的土地空间来满足车辆的基本停车需求和社会停车 需求。因此，这种停车用地的建设改变了原有的土地利用结构，引发新型的土地利用规 划。表2 - 1 是我国( 传统交通结构) 和美国( 基于汽车化交通结构) 各种建筑群体需要 的配置的停车用地，可见，高水平的个体机动化需要配置高标准的停车设施。 表2 - 1中国和美国的路外停车场需求比较 塑塑塑奎堡丝塑型垦鲎堕窒鳖堕墼墨坌堑 百幕蘸_ 07 o8 - t - j o o 平方米建筑面积0 3 5 d 座o - 2 1 2 汽车交通与城市交通发展模式的关系 从汽车交通发展的角度来看，可以把城市发展模式分为两种，即充分发展小汽车 模式和抑制发展小汽车模式。这两种不同的发展模式是与城市自然条件、经济状况、土 地利用格局以及居民的出行特征相适应的。美国是第一种发展模式的主要代表，很多城 市实施鼓励汽车使用的政策，大量建设公路，为满足不断增长的汽车交通出行提供便 利，被称为“长在汽车轮子上的城市”。与此相反，受到城市经济、土地面积、人口以 及自然资源等条件约束，许多国家出于长远考虑采用第二种发展模式，新加坡可以被看 作是一个典型的代表。在控制汽车购买方面，采取了对购买人增加1 0 0 , , - 2 0 0 的税收 政策；在控制小汽车使用方面，不仅有保证交通流畅通的各种政策，也有严厉的惩罚制 度和不同地区的许可通行制度等抑制手段，这在很大程度上限制了私人汽车交通的发展 3 2 。 在限制汽车化发展趋势的对立面是大量的推广和普及城市公共交通的使用。在我 国，人1 ：3 多及土地资源有限的自身条件决定了我们既不能像美国那样，充分发展和普及 小汽车的使用，而以大量的土地开发为代价：也不能像新加坡那样的严格控制私人小汽 车的