System optimization equilibrium model of parking and riding based on road section and parking impedances
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摘要: 为有效合理地选择停车换乘设施, 以路段及停车总阻抗最小为优化目标, 选取路段饱和度及停车换乘设施可用性作为主要影响因素, 提出了一种服务于停车换乘者停车行为的系统优化平衡模型, 利用Hessian矩阵证明了模型解的唯一性, 归纳了模型求解步骤, 求得各个停车换乘设施的分配停车量。通过具体算例, 求解了位于同一区位的3个停车换乘设施的分配停车量分别为259、340及421 veh, 系统优化平衡模型所需数据量较小, 求解步骤简单, 与停车诱导系统联合应用具有较好的实用效果。Abstract: In order to select parking and riding(P&R) establishment effectively and reasonably, road section saturation and parking availability were regarded as two main factors, and a system optimization equilibrium model (SO) aiming at minimizing gross road section and parking impedances was established, which served the users' parking behaviors of the establishment. The solution uniqueness of the model was proved by constructing Hessian matrix, and the steps to solve the model were summarized. Calculation result of an example shows that the parking distribution quantities of three establishments are 259, 340 and 421 veh respectively, the demand of the model is less, its solving steps are simple, and it may gain better practical effect when it is applied with parking guidance information system. 1 tab, 1 fig, 12 refs.
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0. 引言
2006年底, 中国高速公路网络规模居世界第2位, 仅次于美国, 通车里程达到45 339 km(不含港、澳、台地区), 其中4车道38 550 km, 6车道5 917 km, 8车道及以上872 km, 平均车道数在4.34以上。东中部地区中有18省市面积占全国近1/4, 高速公路网的面积密度达到140.86 km·(104 km2)-1, 与2004年英国的143.33 km·(104 km2)-1持平[1]。2001年美国高速公路里程为89 859 km, 其中州际公路为(2006年)74 710 km, 车道里程为341 661 km, 平均车道数为4.57[2]。美国借助人口普查局的经济普查结果, 1993、1997和2002年已经公布3次全美公路网的运输量统计数据, 可以方便地查到诸如公路货运密度分布等运输资料, 供规划和决策部门参考。
中国东中部地区高速公路网在结构性布局方面已基本满足运输要求。尽管在通道路段还需扩容, 工业、人口密集区域网络还需加密, 但可以认为中国已经有了一个可以和发达国家相比拟的高速公路网络。为了与国际接轨, 有必要启动高速公路网络运输量统计工作, 公布相应的高速公路网络运输业绩。
在2004年江苏省高速公路实施货车计重收费后, 长安大学运输科学研究院开始依托收费系统数据平台, 研究与探索高速公路运输量统计和运输分析; 此后, 又先后对京沪高速公路通道和江苏省省域高速公路网试点统计运输量[3-7]; 在2007年, 首次开启了全国高速公路网2006年度运输量统计和运输分析。
1. 数据来源
在实施计重收费省份的高速公路收费数据库中, 可以得到每一辆货车的轴质量和总质量信息[8]。从收费系统数据库中共采集到1.24×109 veh客、货车的信息, 其中有轴质量和总质量信息的货车2.55×108 veh。
同时, 在22个省区市高速公路网中进行了重点调查。部分省区市各个收费车型车辆中客、货车不分, 为此, 采集了1.66×105 veh的数据来统计各个收费车型中客、货车的比例。部分省区市货车按车型收费, 为此采集了3.90×104 veh货车数据来统计各个收费车型货车的轴型构成, 再参照计重收费省份各种轴型货车信息, 推算其载货量。采集工作日的1.19×105 veh客车数据, 用以统计各种收费车型客车的平均载客人数。此前, 交通部规划研究院采集过节假日的多达1.60×106 veh客车数据, 统计了节假日与工作日客车乘坐人数的波动情况[9-10]。经过统计与测算, 各种收费车型客车平均载客人数的极限相对误差约为5%(置信度为95%)。
2. 货运统计分析
据15个省市统计(占全国高速公路网的56%), 2006年度高速公路网中行驶的货车交通量占总交通量的36.09%。与欧美国家的高速公路网相比, 中国高速公路网的货车交通量比例要高出很多。在2005年, 在美国州际公路系统农村地区路网(占州际公路系统里程的66.53%, 车道里程的58.30%)中, 重型货车和汽车列车占交通量的20%, 在城市地区网中, 重型货车和汽车列车仅占交通量的10%[11-12]。世行2007年的研讨会文稿——中国高速公路: 连接公众与市场, 实现公平发展中反映了中国私人轿车拥有率和使用率相对较低, 以及铁路和航空部门在长途客运上对公路造成的强有力竞争。货车交通量比例大是中国高速公路网运输的一大特色。
2.1 运力构成
根据12个省份(里程占全国高速公路网的49.27%)的统计, 2006年12省份的运力构成见表 1。
表 1 运力构成Table 1. Structure of transportation capability
在货车交通量中, 汽车列车占18.81%, 单车占81.19%。在完成的货物周转量中, 汽车列车占57.23%, 单车占42.77%。2006年省内和跨省的货车运力构成有区别, 表 2为12省份的货车构成。
表 2 货车运力构成Table 2. Structure of transportation capability for trucks车型 车数比例/% 周转量比例/% 省内 跨省 省内 跨省 2轴单车 68.44 58.26 32.68 17.47 3、4轴单车 13.83 13.21 20.74 21.54 半挂列车 17.73 28.53 46.58 60.99 在货车运力中, 汽车列车的交通量比例明显偏低。2005年美国州际公路系统在农村地区的汽车列车交通量是重型单体货车的4.0倍, 在城市地区, 前者是后者的1.5倍。2006年中国高速公路网中汽车列车交通量仅为重型单体货车交通量的29.57%[12]。
在高速公路网中行驶的汽车列车都是牵引车拖带1节半挂车。牵引车以4×2居多, 近年来, 6×4牵引车陆续增多。半挂车中绝大多数是双联轴和三联轴的。多节车体的汽车列车用于高速公路运输还有争议。2007年全国道路交通事故起数同比下降13.6%, 但汽车列车肇事导致死亡人数却同比上升了25.8%, 因此, 汽车列车安全性尚待改进。同时, 国产大功率发动机的产品也还有待加大供货能力。
在单体货车方面, 自2004年以来, 随着货车计重收费的分步推进和治理超限运输的持续进行, 8×4和6×2的货车数量比例不断提升[13]。在2006年, 8×4和6×2的货车数量已经超过6×4货车, 两者完成的周转量是6×4货车的2倍。8×4和6×2货车都采用双转向桥结构, 以往多用于工地短途运输, 但在中国高速公路网中已经逐渐进入主力车型范畴。
2.2 装载状况
2.2.1 空驶状况
货物流动具有方向性, 同一运输通道2个方向的货运密度可能有差别, 有时甚至相差很大。图 1是2006年山西省高速公路网货运密度分布示意图, 其中线路的宽度表示密度的大小, 可见, 煤炭外运方向的货运密度是反方向的2.75~5.82倍。
货流的方向性导致部分车辆装载不满, 或者空驶。图 2为2006年1~5月江苏省高速公路网空驶吨位分布示意图, 线路的宽度表示空驶吨位的多少。京沪高速公路苏北段向南运输的多为原材料, 向北运输的多为生产成品, 单位体积的质量差别较大, 结果向北空驶和装载不足的情况较多。通过严密运输组织, 可以减少空驶货车数量, 使货车空驶车公里的比例控制在合理的水平上; 可以掌握高速公路网中货车空驶状态, 提升运输组织水平为社会所关注。
在2006年, 12个省份(里程占全国高速公路网的49.27%)的空驶车辆统计结果见表 3、4。表 3为省内和跨省空、重车行驶量的统计结果, 表 4为不同车型空车走行率的统计结果。空车走行率指空车走行公里占重车走行公里的比例。
表 3 空驶车辆统计结果Table 3. Statistical result of empty trucks参数 空车行驶量/(108veh·km) 重车行驶量/(108veh·km) 空车走行率/% 总量 45.119 4 224.042 5 20.13 省(网)内 29.762 6 84.212 9 35.33 跨省(网) 15.356 8 139.829 6 10.97 表 4 各类货车的空车走行率Table 4. Percentages of empty to loaded truck kilometers for different trucks车型 空车走行率/% 省(网)内 跨省(网) 总量 2轴单车 36.01 15.87 26.52 3、4轴单车 32.82 9.38 17.73 半挂列车 35.02 9.28 13.93 结果分析表明高速公路网的空车走行率在20%左右, 省内短途运输的空车走行率较高, 在35%左右, 长途跨省运输的空车走行率为11%左右, 涉及3个省和多于3个省的高速公路运输空车走行率更低, 不到4%, 而资源输出大省——山西省高速公路网空车走行率较高, 达到41%。
各类货车的空车走行率也有所差别, 主要表现在跨省运输中。由于2轴单车, 3、4轴单车和汽车列车的载货量差别很大, 从1 t多到30 t, 有必要用周转量来加权, 才能充分反映高速公路网的空驶状况。表 5是江苏省苏北网2004~2006年的统计结果, 说明高速公路网的空驶状况逐年压缩。
表 5 空车走行率比较Table 5. Comparison of percentages of empty to loaded truck kilometers空车走行率/% 2004 2005 2006 2006年与2004年之比/% 路网 14.68 13.84 14.13 96.25 周转量加权的路网 20.14 13.90 12.37 61.42 2.2.2 超限运输的控制
从2004年起, 持续强化治理道路超限运输, 全国公路网中的超限运输车辆比例逐年下降。根据12个省份(里程占全国高速公路网的49.27%)统计, 2006年度高速公路网中超限30%以上的车辆比例在11%左右。这个数字高于全国公路网的水平, 这是因为超限运输车辆在高速公路网中比较集中。随着超限运输治理的长效深入进行, 即使货物周转量水平不变, 高速公路网中车辆交通量和行驶量也将有相当幅度上升。
2.3 货物运距
货物在高速公路网中平均运输距离为171.31 km, 省内与跨省高速公路运输的货物平均运距分别为83.39 km和395.09 km。跨省高速公路运输的货物周转量占31.70%。在跨省高速公路运输的货车中, 除了涉及2个省的邻省运输外, 还有不少是在运输过程中穿越一个或多个省域高速公路网的远程运输。2005年在京沪高速公路上对跨省货车的运距调查结果(13 945 veh)见图 3, 可见跨省运输的货车在高速公路网上的运距超过800 km的占38%, 有的已经达到2 400 km, 甚至更长。
2.4 路面负荷
高速公路的路面负荷主要是货车造成的。表 6列出了2001年美国州际公路系统和2004年中国京沪高速公路苏北段和苏南段的统计结果。可见在中国江苏境内的京沪高速公路和美国州际公路系统97%~98%的路面负荷是由货车造成的。图 4是2006年江苏省高速公路网日均当量轴载分布(路线的宽度表示轴载的大小), 其与货运密度分布是相应的。
表 6 各类型车辆载荷所占比例Table 6. Loads percentages of different vehicles路段 轿车、客车、微卡、轻卡的比例/% 双轴货车的比例/% 3、4轴货车的比例/% 5辆及以上大型多轴列车的比例/% 京沪高速公路苏南段(2004) 2.44 37.86 52.79 6.91 京沪高速公路苏北段(2004) 1.90 20.61 58.71 18.78 美国州际公路农村地区(2001) 2.00 6.00 4.00 89.00 美国州际公路城市地区(2001) 3.00 14.00 5.00 77.00 2006年度中国高速公路网的货运密度和美国州际公路系统1996年货运密度大体持平。而中国高速公路平均车道数又比美国州际公路系统少, 可以估计中国高速公路网平均的车道路面负荷要高于美国州际公路系统。
3. 客运统计分析
3.1 出行划分
目前, 在中国各种运输方式中, 公路是唯一可以为个性化出行提供条件的运输方式。全国高速公路网中旅客出行可以分为个性化出行和群体性出行2大类。表 7是2006年13个省区市(里程占全国高速公路网的45.74%)客运统计, 可见高速公路上个性化出行的旅客周转量已经大致占到30%, 但是群体性出行部分仍然是中国高速公路网旅客周转量中的主体。而美国州际公路系统中绝大多数是个性化出行客运[12, 14]。2005年美国州际公路系统在农村地区大客车车辆数占客运车辆总数的0.47%, 在城市地区仅占客运车辆总数的0.23%。
表 7 客运统计结果Table 7. Statistical result of passenger transportation车型 客车车数比例/% 乘客发送量比例/% 旅客周转量比例/% 小于13座客车 83.36 46.04 30.12 大于等于13座客车 16.64 53.96 69.88 合计 100.00 100.00 100.00 3.2 个性化出行
近年来, 轿车保有量迅速上升, 在中国高速公路网的个性化出行车辆总数中约占80%。由于在大多数省区市收费车型划分中, 不大于7座车辆划分为Ⅰ型车, 所以7座小客车比例也很大, 再次是9座和11座小客车。表 8是2005~2007年对16个省区市(里程占全国高速公路网的52.03%)2.6×104 veh的统计结果, 在京、津、沪三市高速公路网中5座轿车平均乘坐人数为2.12~2.30人·veh-1, 其他省为2.55~2.90人·veh-1。在2005年美国州际公路系统中, 轿车平均乘坐人数为1.58人·veh-1, 其他2轴4胎单车(运动型多用途汽车SUV、有篷货车、轻型货车)平均乘坐人数为1.73人·veh-1[12]。
表 8 5~12座客车统计结果Table 8. Statistical result of passenger cars with 5 to 12 seats座位数 5 6 7 8 9 10 11 12 合计 车辆数比例/% 79.59 1.52 13.71 1.15 1.82 0.28 1.53 0.40 100.00 乘客数比例/% 74.97 1.81 15.45 1.38 2.66 0.46 2.28 0.99 100.00 从2005~2007年对上海市的跟踪调查结果可看出, 轿车平均乘坐人数变化很小, 2005年经高速公路进出上海市的轿车平均乘坐人数为2.215人·veh-1, 2007年为2.199人·veh-1, 年度变化量仅为0.36%。2005年Ⅰ型客车的平均乘坐人数为2.29人·veh-1, 2007年为2.24人·veh-1。2005年Ⅰ型客车中轿车的车辆数比例为81.11%, 2007年为79.75%。在京、津、沪三市, 高速公路网中乘坐1人和2人的轿车比例为65%~70%, 其他省份为50%左右。
3.3 群体性出行
高速公路上群体性出行的客车主要是班线营运客车, 还有旅游客车。表 9是2004~2007年对16个省区市(里程占全国高速公路网的52.03%)5 070 veh 13~51座的大中型客车的调查统计结果。可见33~40座客车占车辆数的34.82%, 占乘客人数的38.44%, 班线营运客车的载客率为60~70%, 而旅游客车的载客率较高, 达到80%左右, 各省区市还有所差别。
表 9 13~51座客车统计结果Table 9. Statistical result of buses with 13 to 51 seats座位数 17 19 29 30 33 34 35 36 37 车辆数比例/% 3.75 3.82 5.16 11.49 3.63 1.89 5.00 3.92 3.80 乘客数比例/% 1.49 1.87 4.07 10.00 3.42 1.85 4.66 4.24 3.96 座位数 38 39 40 45 47 49 50 其他 合计 车辆数比例/% 5.03 7.88 3.67 8.59 4.95 5.99 1.68 19.75 100.00 乘客数比例/% 6.16 9.20 4.95 10.57 6.03 9.22 2.61 15.70 100.00 3.4 旅客行程
旅客在高速公路网中的行程是其整个旅程的一部分。2006年中国高速公路网中旅客平均行程为113.29 km, 其中省内高速公路旅客行程为69.05 km, 跨省高速公路旅客行程为321.82 km。2006年度跨省高速公路远程旅客周转量占21.87%。高速公路客车行程超过400 km的占跨省市客车数的25%。2005年在京沪高速公路上对跨省客车行程的抽样统计结果见图 5。
中国铁路网2006年度的旅客平均行程达到527.23 km, 承担了大部分中长途客运。但在平均客运密度方面, 中国高速公路是铁路的1.5倍左右。
4. 高速公路网是中国运输的骨干和大动脉
中国高速公路网作为公路网中一个相对独立的系统, 需要一般公路为它集疏客货, 才能完成运输全过程。目前, 高速公路网与铁路网一样, 都是中国陆上运输的骨干和大动脉[15]; 不同的是客货在高速公路与一般公路之间无需换乘和转运。中国高速公路运输与铁路运输之间协调发展和合理分工是主流, 局部也存在竞争。
在客运方面, 高速公路网可以为个性化出行提供快捷服务, 铁路则可发挥中长途客运优势。2006年度铁路行程超过500 km的旅客人数占36.63%, 旅客周转量比例高达79.76%。
在货运方面, 高速公路网运送高货值货物, 铁路运输大宗散货, 货值较低。2005年京沪通道调查结果显示, 各个路段高速公路运送的单位质量货物平均货值大致是铁路的3.41~10.77倍。美国运输部联邦公路局报告——美国货运——运动中的经济(1998年)中提供的数据表明, 运距大于等于160 km的公路货物单价是铁路的8.20倍[16]。近年来, 铁路在集约化和规模化方面进展很快。其中货运方面大力整合运量小和零担业务货运站点。在2005年, 全路日发送货物量不大于137 t的站点占31%, 其发送货物量仅占全路的0.51%。在2006年, 专用线中日均发到量不大于1 veh的占25%。在2006与2007年, 全路已经整合了14%的货运站和9%的专用线, 提升了货物运输组织水平。
在客运方面, 在铁路持续提速的背景下, 2005年与2004年相比, 客运站点减少了13.87%。2007年开行的动车组旅客发送量已经占全路的10.0%。调查表明, 动车组乘客52.4%在企业供职, 70.8%月收入2 000元以上, 74.9%学历在大专以上。将要相继开通的城际列车、客运专线和京沪高速铁路将使大城市、特大城市和都市密集带的客运水平大幅提高。
县乡区域的客货车进入高速公路网后就可以得到与城市区域的客货车平等的快速畅通服务。在铁路网优化整合小站的情况下, 中国高速公路网2006年从县乡区域进网的旅客占全国高速公路旅客发送量的比例达到43.80%, 货物比例达到53.92%。高速公路网在与铁路网实现了协调发展和合理分工的同时, 也为城乡统筹, 和谐发展, 社会主义新农村建设和社会公平做出了贡献。
5. 结语
依托计重收费平台, 通过对中国高速公路网络运输量的调查统计, 本文对中国高速公路网上的运输量进行了统计分析。分析结果表明, 中国高速公路网是综合运输体系的骨干和大动脉, 与铁路网合理分工, 协调发展; 高速公路网为个性化出行提供了快捷畅通的服务, 但群体性出行的旅客周转量是全国高速公路网旅客周转量的主体; 中国高速公路网货物周转量的近60%是由汽车列车完成的, 但其份额还有待提升。
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表 1 停车数量迭代结果
Table 1. Iterative result of parking quantity
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[1] 何保红. 城市停车换乘设施规划方法研究[D]. 南京: 东南大学, 2006. [2] Parkhurst G, Stokes G. Park and ride in Oxford and York: report of surveys[R]. London: Economic & Social Research Council, 1994. [3] Faghri A, Lang A. Integrated knowledge-based geographic information system for determining optimal location of park and ride facilities[J]. Journal of Urban Planning and Development, 2002, 128(1): 18-41. doi: 10.1061/(ASCE)0733-9488(2002)128:1(18) [4] Bos I, Heijden R V. The impact of policy measures on P&R choice: simulations based on a P&R choice model[C]//TRB. TRB 2005 Annual Meeting. Washington DC: Transportation Research Board, 2005. [5] Benjamins M, Lindvvld C. Multimodal travel choice modeling: a supernetwork approach[C]//TRB. TRB 2002 Annual Meeting. Washington DC: Transportation Research Board, 2002. [6] 刘春晓. 城市中心区外小汽车与轨道交通换乘研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2002. [7] 裴玉龙, 刘春晓. 停车换乘站位置选择及换乘需求预测[J]. 长安大学学报: 自然科学版, 2005, 25(1): 60-63. doi: 10.3321/j.issn:1671-8879.2005.01.015Pei Yu-long, Liu Chun-xiao. Park and ride station location andits demand predicting[J]. Journal of Chang'an University: Natural Science Edition, 2005, 25(1): 60-63. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1671-8879.2005.01.015 [8] 秦焕美, 关宏志, 李阳. 大城市P&R系统选择行为调查初步分析[J]. 交通运输工程与信息学报, 2004, 2(4): 85-87.Qin Huan-mei, Guan Hong-zhi, Li Yang. Analysis on the choice behavior survey of the P&R system in metropolis[J]. Journal of Transportation Engineering and Information, 2004, 2(4): 85-87. (in Chinese) [9] 严海, 杨晓光, 严宝杰. 特殊活动的停车选择模型研究[J]. 中国公路学报, 2005, 18(2): 90-93. https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL20050200H.htmYan Hai, Yang Xiao-guang, Yan Bao-jie. Parking choice model study for special events[J]. China Journal of Highway and Transport, 2005, 18(2): 90-93. (in Chinese) https://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGGL20050200H.htm [10] 陈峻, 周智勇, 王炜. 城市机动车辆停放选择模型[J]. 交通运输工程学报, 2006, 6(2): 75-79. doi: 10.3321/j.issn:1671-1637.2006.02.017Chen Jun, Zhou Zhi-yong, Wang Wei. Choice model of parking behaviors in urban[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2006, 6(2): 75-79. (in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:1671-1637.2006.02.017 [11] 王炜. 交通工程学[M]. 南京: 东南大学出版社, 2000. [12] 黄海军. 城市交通网络平衡分析理论与实践[M]. 北京: 人民交通出版社, 1994. -
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