立體過街設施路網服務水平預測模型

張大力 張馨 陳春燕 喬建剛

摘要 為了解已有的過街設施是否可以滿足未來幾年內日益增長的過街需求，需要對過街設施的服務水平進行探究。首先對影響行人客流預測的三個主要因素土地利用、家庭出行特征、交通阻抗進行分析。基于實地觀測的路網斷面交通量，運用OD反推原理得到北京市現狀路網OD矩陣， 通過TransCAD對道路交通量進行預測得到目標年期望線圖和交通量分布圖，并將立體過街設施服務水平等級分為6級。最后分析過街人流量與主要因素間的相互關系，得出立體過街設施服務水平預測模型，為立體過街設施運營管理提供理論依據。

關 鍵 詞 交通規劃;立體過街設施;客流預測;TransCAD;服務水平模型

中圖分類號 U491.114? ? ?文獻標志碼 A

Abstract In order to know whether the existing cross-street facilities can meet the increasing demand of cross-street in the coming years， it is necessary to analyze the service level of cross-street facilities.Firstly， three main factors including land use， family trip characteristics and traffic impedance are analyzed， which are affecting pedestrian flow forecasting.Secondly，based on the observed traffic volume of the road network section， the OD matrix of Beijing's current road network is obtained by using OD matrix estimation ， and the target annual expectation line and traffic flow distribution map are predicted by TransCAD， and the service level of three-dimensional street crossing facilities is divided into six grades. Finally， through the analysis of the relationship between the flow of pedestrian across the street and the main factors， the service level prediction model of the three-dimensional crossing facilities is obtained， which provides a theoretical basis for the operation and management of the three-dimensional crossing facilities.

Key words traffic planning; three-dimensional crossing facilities; passenger volume forecasting;TransCAD; service level model

0 引言

綠色出行是當前世界城市交通發展的主要潮流，步行是建設節約環保型城市交通體系的有效方式之一。隨著北京市步行交通的倡導和推進，行人過街需求隨之增大，行人過街設施服務水平高低也廣為關注。對于平面過街設施服務水平，國內外學者一方面基于設施本身及周邊環境進行研究，邊楊等[1]基于道路通行能力、機動車等相關因素建立了設施服務等級的多元回歸量化評價模型;另一方面基于過街人群進行研究，李嘉等[2]基于行人滿意度結構方程模型，采用BP神經網絡模型對路側帶行人服務水平進行評價，金光浩等[3]基于行人過街阻力模型對無信號控制人行橫道服務水平進行評價;Petritsch[4]研究了基于行人感受的服務水平;張引[5]結合過街延誤和行人忍受的極限等待時間將低等級公路鎮村段服務水平分為6級;而對立體過街設施的研究成果較缺乏，劉貴謙[6]考慮立體過街設施舒適性、便利性、合理性及協調性建立了基于改進熵值法的過街設施服務水平評價模型。以上主要針對平面或立體過街設施現狀進行評估，立體過街設施未來能否滿足行人過街需求需要做進一步研究，因此本文通過四階段法預測未來立體過街設施客流量，分析影響過街設施行人客流預測的主要因素，得出立體過街設施路網服務水平預測模型。

1 行人過街客流量預測影響因素分析

1.1 土地利用分析

過街設施是行人區域移動的媒介，道路兩側區域土地利用形態影響行人OD出行分布量進而對過街客流產生影響。《城市用地分類與規劃建設用地標準》將土地屬性分為10類，其中居住用地作為城市人群主要聚集地及需求發源地占總建設用地的20%～32%，人口密度達800人/公頃，通過調查分析城區住宅用地、公共設施用地為起訖點或交通的發生源的行人占出行總人的86.17%，圖2顯示由于流動人口數量存在差異，以公共設施主導的區域立體過街設施平均利用率要高于住宅區，與交通場站結合的立體過街設施利用率高達90.2%，因此土地利用情況不同產生不同交通需求，將住宅用地與公共設施用地作為影響行人過街客流預測的主要因素之一。

1.2 家庭人員出行特征

家庭成員的出行特性反映了出行能力和需求，相關研究[7]提出運用四階段法預測時，家庭規模和人員的構成與交通出行生成密切相關，對家庭模型進行研究，可以使交通產生預測更加精確。首先家庭中的每一個有勞動能力的成員都必須進行生計和家務活動， 家庭規模的增大會使出行活動增多，例如當家庭中有無法獨自出行的兒童，家中會有更多的陪同出行任務[8]。除此之外家庭中男性除了通勤、業務外比女性的出行次數要少，調查數據統計18～40歲的人群平均出行比例占76.46%，圖3縱坐標為累積比例，由圖分析可知過街頻次在1～4次的行人更多且男性過街次數在10次以上的要多于女性;圖4顯示41～60歲男性人群人均過街次數最多，而女性人均過街次數最多集中在18歲以下的人群。因此，家庭人員出行特征差異對客流預測有較大影響。

1.3 交通阻抗分析

美國通行能力手冊（HCM2000）將人均延誤作為人行橫道服務水平分級的標準，錢大琳等[9]基于信號延誤和干擾延誤對行人服務水平進行評價。延誤是四階段法中交通流分配的重要指標，直接影響了路徑的選擇和流量的分配，圖5縱坐標表示立體過街設施與相鄰人行橫道流量差，誤差在110 s時呈上升趨勢，大于110 s有略微下降的趨勢，當過街延誤小于行人極限等待時間時行人更愿意選擇人行橫道;當過街需求大需設置規模較大的立體過街設施，延誤雖大，但由于平面過街環境復雜，行人仍選擇立體過街設施以致流量差值大;當過街延誤過大時，行人過街費力費時，選擇立體過街設施的行人減少。綜上將交通阻抗作為影響客流預測的一項重要指標。

2 行人過街客流量預測

2.1 交通小區的劃分及路網構建

為了降低道路交通網絡的復雜性，進行交通小區劃分能更好地了解出行者、發生源、吸引源、社會經濟指標等與交通小區之間的關系。本文依據行政區將北京市劃分為7個小區如圖6所示。本文以朝陽區、西城區為主要研究對象，選取小區內的立體過街設施作為行人的過街點，建立北京市五環內的區域路網圖如圖7所示。

2.2 OD矩陣反推

用路段觀測交通量來推算OD矩陣，看作是交通分配的逆過程。將小區間的出行阻抗矩陣作為推算種子矩陣，選擇用戶平衡法反推出來的現狀OD矩陣如圖8所示。

根據反推出的OD現狀出行矩陣進行交通分配，將安定路奧體中心天橋進行流量校核，對比實際觀測數據與OD反推矩陣分配的流量值，得到表1。由表1可知，安定路流量相對誤差值在15%以內，滿足精度要求，故可進行下一步的預測分析。

2.3 目標年OD分布的預測及交通流分配

以2018年為基年，2020年為特征年，2023年為目標年，預測未來5年的行人發生與吸引量。依據北京市2011—2018年各年的人口每年的人口增長率，取平均值作為預測未來年的人口增長率。在反推出OD矩陣的基礎上，應用回歸分析法，計算未來的發生、吸引量。其目標年的現狀發生量、吸引量、現狀的人口數量與未來的發生量、吸引量、將來人口數量見圖9。

由于增長系數法中Fratar法需要的交通數據簡單易調查，運算收斂速度快，因此選擇福萊特法分別預測出目標年的OD矩陣，目標年的OD出行矩陣及期望線如圖10、圖11所示。

在已有的路網和未來年份OD分布矩陣的基礎上，選擇用戶平衡原理將未來年份的OD矩陣的出行量分配到路網上，并基于實際交通狀況進行相應的修正，得到目標年的流量分配圖如圖12所示。將TransCAD自動生成流量分配結果（一個顏色對應一個等級）按照V/C并結合2000年美國公路容量手冊中道路及人行道服務水平標準得到立體過街設施服務水平等級閾值如表2所示。

由圖12及表2可看出，大部分路段的服務水平在C級以上，較擁堵的路段有西二環及二環內的西單北大街、復興門內大街、復興門大街、宣武門東大街、前門大街、崇文門西大街等，其服務水平為D級。

3 立體過街設施服務水平模型

3.1 客流量與土地利用的關系模型

將住宅用地的總面積記為[s1]，公共設施用地的總面積記為[s2]，以被調查的立體過街設施為中心，半徑R為250 m作為過街設施的服務范圍，計算得到各調查地點的住宅用地面積與公共設施用地面積的詳細信息見表3。

通過Origin軟件分別建立住宅用地面積及公共設施用地面積與2023年的行人過街流量之間的關系如圖13、圖14所示，過街客流量對數與不同類型用地面積的關系模型如式（1）、式（2）所示。

當過街設施所在道路兩側無住宅小區但過街客流量仍然很大時，公共設施面積基本都大于10公頃;而公共設施用地與住宅用地相差較小且小于10公頃時，客流量普遍不大;當過街設施周邊以居住用途主導，公共用地優勢不突出時隨住宅面積增大，客流需求也隨之增大。由此看出客流量同時受住宅面積和公共設施面積影響，為便于計算進行多因素非線性曲線擬合得到客流量與土地利用關系模型如式（3）：

4 結論

1）結合交通需求四階段法預測的主要影響因素及平面交叉口行人過街服務水平評價指標提出影響過街設施交通量預測的3個因素為土地利用、家庭人員構成及交通阻抗，初步分析可得公共設施用地更有利于出行發生和吸引，中青年平均過街次數更多且集中在1～4次。

2）利用TransCAD構建了北京市五環內的步行路網，預測立體過街設施未來5年人流量，并通過目標年的交通量分配圖將立體過街設施服務水平分為A～F級，以此找出北京市過街設施服務水平較低的路段，可為立體過街設施運營維護提供指導。

3）建立以土地利用、家庭人員構成及交通阻抗共同作用的立體過街設施服務水平綜合模型，利用此模型可快速預測未來過街設施的服務水平，有利于步行環境的優化，但模型的建立基于實時交通量，仍需大范圍長時間的實地調查，進而探討更簡單準確的模型。

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