1、曹安公路远期交通流量预测以华江支路嘉金高速段为基础学院：交通运输工程学院学号：姓名：目录一、报告概述 .2工作目标 2工作内容 2技术路线 2二、调查道路和交叉口概述 .3三、调查数据处理与现状分析 .33.1 调查数据汇总及标准车换算 33.2 路段流量推算 43.3 AADT 计算 53.4 现状分析 6四、远期流量预测 .74.1 基于弹性系数的远期交通量预测 94.2 基于线性回归的远期交通量预测 104.3 基于人工神经网络为融合基础的远期交通量组合预测 11五、预测结果分析 .13一、报告概述：工作目标根据曹安公路华江支路嘉金高速段历年交通流量数据，综合现场调查结果，预测该段 20
2、202025 年年平均日交通量，并对未来曹安公路道路建设工程提出合理意见。工作内容现场数据采集：收集曹安公路华江支路嘉金高速段两交叉口早晨8：00 9：00 车流量；数据处理与分析：（1）现状与历年流量的差异及差异出现的原因（2）变化趋势与历年趋势的对比，说明影响预测结果的主要影响因素及产生原因（3）预测结果分析技术路线交叉口流量调查标准车换算AADT计算路段流量推算神经网络融合回归模型预测远期流量预测弹性模型预测结果分析二、调查道路和交叉口概述本次调查区段为曹安公路华江支路嘉金高速段，共有两个交叉口，分别是翔江公路交叉口和翔封路交叉口。两交叉口相对位置如下图所示：三、调查数据处理与现状分析3
3、.1 调查数据汇总及标准车换算将实测的分车型交通量转换为标准车流量。换算系数如下：车种 小客、小货 中客 中货 大客、大货 拖挂、集装箱换算系数 1.0 1.4 1.6 2.0 3.0各交叉口流量调查及标准车换算翔封路曹安公路交叉口交通量调查结果车道 拖挂 大货 中货 小货 大客 中客 小客 标准车换算左转 1 号车道 1 0 12 26 1 46 98 212.62 号车道 4 7 46 31 5 87 199西进口直行3 号车道 19 16 36 72 2 55 117 1157.44 号车道 6 1 21 23 22 42 100直行总量 29 24 103 126 29 184 416
4、右转 8 号车道 9 8 10 35 27 51 249 468.45 号车道 0 2 1 6 1 6 606 号车道 4 7 24 59 2 81 3967 号车道 17 14 29 37 5 13 247东进口直行直行总量 21 23 54 102 8 100 7031156.4左转 9 号车道 0 2 3 13 10 12 118 176.6北进口右转 9 号车道 0 1 0 4 0 9 57 75.6翔江公路曹安公路交叉口交通量调查结果车道 当量小汽车 合计 流出统计左转 1 号车道 182.6 182.6 2 号车道 163.8 3 号车道 216.4 直行4 号车道 216.6 5
5、96.8 西进口右转 5 号车道 94.8 94.8 874.2 左转 1 号车道 155.6 155.6 2 号车道 192.0 直行3 号车道 177.2 369.2 南进口右转 3 号车道 219.0 219.0 743.8 左转 1 号车道 420.6 420.6 2 号车道 415.2 3 号车道 364.2 东进口直行4 号车道 326.8 1106.2 右转 5 号车道 384.0 384.0 1910.8 左转 1 号车道 232.2 232.2 2 号车道 224.6 直行3 号车道 126.6 351.2 北进口右转 3 号车道 155.0 155.0738.4 3.2 路
6、段流量推算以采集数据的两个交叉口：翔江公路及翔封路，把华江支路嘉金高速区段划分成三个路段：华江支路翔封路，翔封路翔江公路和翔江公路嘉金高速。采样时间段内（8：009：00）各路段统计交通量如下：路段 调查小组 交通流量（PCU ）（双侧）华江支路翔封路 3 1625 1334翔封路翔江公路 3 1232 1370翔封路翔江公路 4 1911 1048翔江公路嘉金高速 4 1417 874由于两交叉口间存在支路，两组统计到的交通量有一定差异。取调查到的最大交通量作为该路段的高峰小时流量，则各路段交通量如下：路段 交通流量（PCU）华江支路翔封路 2959翔封路翔江公路 2959翔江公路嘉金高速
7、2291考虑到远景交通量预测时，区段道路建设应满足区段内各路段高峰小时的最高交通量，故华江支路嘉金高速区段交通量取最高值为 2959PCU。3.3 AADT 计算利用小时流量比换算日交通量时间 0 1 2 3 4 5 6 7工作日 22390 16089 11198 7359 6923 14415 35753 75040 时间 8 9 10 11 12 13 14 15工作日 76095 75156 74047 70150 67919 75806 74462 72522 时间 16 17 18 19 20 21 22 23 总流量工作日 71603 75950 72368 61122 5831
8、3 56848 47353 34648 189167 根据工作日不同观测时段的交通量，计算观测时段 8：009：00 的小时流量比为 76095/189167=0.0607，则日交通量2959/0.0607=48748PCU。利用周变系数计算周平均流量时间 1 2 3 4 5 6 7 周平均流量工作日 1200320 1221977 1231427 1231118 1257074 1137940 1050599 1190065调查工作日为星期四，故周变系数为 1231118/1190065=1.034,则周平均日流量为 48748/1.034=47145PCU。利用月变系数计算年平均日交通量（
9、AADT）月份 1 2 3 4 5 6流量 1148015 1153300 1233724 1193333 1126300 1175532月份 7 8 9 10 11 12 平均流量 1208448 1180680 1205385 1230393 1163724 1266245 1190423调查月份为 11 月，故月变系数为 1163724/1190423=0.978，则年平均日交通量为 47145/0.978=48206PCU.3.4 现状分析华江支路嘉金高速区段历年流量如下：年份 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997AADT 10503 17350 155
10、87 14860 12507 11176 20069 年份 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2006AADT 18818 18482 20542 21817 26557 35336 40197 年份 2009 2012AADT 45067 48206总体而言，20 年来曹安公路年平均日交通量（AADT）呈上升趋势，20 年来增幅总共达 359%。由图可知，曹安公路平均日交通量历年情况中有两次大的衰退，分别是 19931995 年，交通量一直处于负增长状态，最高减少达15.83%（1995 年） ；19981999 年，比前一年减少 6.23%。通过查阅相关资料可知，
11、1993 1995 年正处沪宁高速开通，导致交通转移增大，曹安公路交通量下降；而 19971998 年，刚好是亚洲金融危机爆发的时期。而随着 2000 后经济形势的好转，国民经济抗风险能力增强，交通量也逐年上升。由于曹安公路不仅是上海市区与郊区工业基地的连接主干道，更是上海与江苏的连接主干道，而上海和江苏皆为中国沿海经济最发达的省市之一，随着经济的不断发展，两省市间的交通流量必然会不断增加。但需注意的是，存在一个增长趋势先快后慢的过程。表明当社会经济增长到一定规模后，交通量受其影响力度减少。四、远期流量预测远景交通量，是确定公路项目建设规模与技术标准的主要依据之一，是提高公路建设项目投资效益的
12、重要环节。因此，在公路建设工程可行性研究阶段，做好建设项目交通需求量预测工作，具有十分重要的现实意义。常用的预测方法有时间序列分析法、回归分析法、灰色模型预测法、弹性系数法、人工神经网络等，但由于历年（19912012 年）交通量数据不连续，缺少 20042005 年，20072008 年，20102011 年数据，传统时间序列、灰色模型 GM(1,1)等预测方法不适用，而其他可行的预测方法各有优缺点，为了将每种预测方法所包含的有用信息都反映在预测结果里，本报告综合运用弹性系数法、回归分析法以及人工神经网络进行 20202025 年交通量预测，建立以人工神经网络模型为融合基础的弹性系数法、回归
13、分析法组合预测模型。可以看到，组合预测模型的相对误差只有 6.8%，比单独使用一种预测方法更好。在区域客运量分析中常用总人口、非农业人口、居民密度、人均旅行次数、人均消费水平、人均国民收入、客车保有量等指标作为相关因素;区域货运量分析中常用总人口、工农业总产值、汽车保有量、人均国民收入、人均消费水平、基建投资额等指标作为相关因素。本报告由于要预测远期（20202025 年）交通量数据，选取的指标本身必须具有较好的预测性。由于常住人口增长率、新增职位数等指标远期变化情况较难预测，故选择国民生产总值（GDP）作为参考指标，根据上海市政府发布的上海市国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要中预计从 2
14、011 年到 2020 年上海国民生产总值年平均增长 8%，且仍假设之后 5 年生产总值年均增长在 8%左右。 上海市 19912012 年 GDP 情况如下：年份 GDP(亿元 ) 年份 GDP(亿元)1991 893.77 2002 5 741.031992 1 114.32 2003 6 694.231993 1 519.23 2004 8 072.831994 1 990.86 2005 9 247.661995 2 499.43 2006 10 572.241996 2 957.55 2007 12 494.011997 3 438.79 2008 14 069.871998 3 8
15、01.09 2009 15 046.451999 4 188.73 2010 17 165.982000 4 771.17 2011 19 195.692001 5 210.12 2012 21115.26数据来源：2012 年上海统计年鉴4.1 基于弹性系数的远期交通量预测弹性系数法是指在对一个因素发展变化预测的基础上，通过弹性系数对另一个因素的发展变化作出预测的一种间接预测方法。弹性系数法适用于两个因素 x， y 之间有指数函数关系的情况。弹性系数被用来表示两个因素各自相对增长率之间的比率。对交通量数据进行对数处理如下：年份 Lny（y 为交通量，单位当辆小车） Lnx（x 为 GDP，单
16、位亿元）1991 9.259416 6.7954481992 9.761348 7.0161993 9.654193 7.3259591994 9.606428 7.5963221995 9.434044 7.8238181996 9.321524 7.9921171997 9.906932 8.1428751998 9.842569 8.2430431999 9.824553 8.3401532000 9.930227 8.4703472001 9.990445 8.5583582002 10.18705 8.6553942003 10.47266 8.8090012006 10.60155
17、 9.2659872009 10.71591 9.6188972012 10.78324 9.957751分析 lny 与 lnx 的相关性，发现两者相关系数达到了 0.89，呈高度相关，满足利用弹性系数法分析的前提条件。由于弹性系数 e=交通量增长率/GDP 增长率，计算得到弹性模型如下：Lny=5.93+0.486lnx；Adjusted R2 =0.78023交通量预测值与真实值差别如下表所示：年份 预测值 真实值 相对误差（%）1991 10205.9538 10503 -2.82821992 11359.92217 17350 -34.52491993 13205.54508 155
18、87 -15.27851994 15058.61817 14860 1.3365961995 16817.90063 12507 34.46791996 18250.3701 11176 63.299661997 19636.84763 20069 -2.153331998 20615.82213 18818 9.5537361999 21611.47497 18482 16.932562000 23022.19642 20542 12.073782001 24027.65261 21817 10.132712002 25187.17684 26557 -5.158052003 27138.1
19、6709 35336 -23.19972006 33882.41683 40197 -15.70912009 40217.51297 45067 -10.76062012 47412.30204 48206 -1.64647平均相对误差：16.2%4.2 基于线性回归的远期交通量预测分析交通量与 GDP 增长之间的相关关系，发现相关系数达到了 0.93，两者高度相关。利用 EXCEL 提供的回归分析功能建立预测模型如下：Y=11892.10892+2.040322743*x; Adjusted R2 =0.85其中 y 为交通量(单位当量小车) ，x 为 GDP（单位亿元）交通量预测值与真实值
20、差别如下表所示：893.771 114.321 519.231 990.862 499.432 957.553 438.793 801.094 188.734 771.175 210.125 741.036 694.2310572.2415046.4521115.260200004000060000Y预 测 YX Variable 1 Line Fit PlotX Variable 1Y年份 预测值 真实值 相对误差（%）1991 10503 13715.69 30.588291992 17350 14165.68 -18.35341993 15587 14991.83 -3.81838199
21、4 14860 15954.11 7.3627581995 12507 16991.75 35.857941996 11176 17926.47 60.401441997 20069 18908.35 -5.78331998 18818 19647.56 4.4083291999 18482 20438.47 10.585812000 20542 21626.84 5.2810612001 21817 22522.44 3.233422002 26557 23605.66 -11.11322003 35336 25550.5 -27.69272006 40197 33462.89 -16.75
22、282009 45067 42591.72 -5.492442012 48206 54974.05 14.03985平均相对误差：16.3%4.3 基于人工神经网络为融合基础的远期交通量组合预测组合预测就是对多种不同预测方法的预测结果进行适当组合，充分提取不同预测结果的有价值信息，综合利用各种方法所提供的有用信息，从而尽可能地提高预测精度，更为全面地反映系统的变化规律。其基本思想是采用某种恰当的方法，将不同预测模型的预测结果有机组合起来，相互取长补短，达到提高预测精度和增加预测结果可靠性的效果。组合预测原理表明在某种测度下，组合模型的某种度量要比单一模型优越。一般组合预测模型为目前已知的组合预
23、测方法概括起来有两类:一是权系数组合预测法。它包括最优组合预测法和变权重组合预测法。这类方法的特点是假定参加组合预测的各个预测模型间是一种线性关系。然而，当单个预测方法来源于非线性模型或者所基于的条件期望是信息集合的非线性函数时，各预测方法的线性组合显然就不是最优的。一是非线性组合预测法。目前使用较多的是人工神经网络方法。实验结果表明，这种组合方法在提高拟合精度的同时，也提高了模型预测的可靠性。这是由于神经网络连接权的权重可正可负，亦可为零。当权重大于零时，意味着对输入信息产生兴奋，小于零时，则对输入信息产生抑制，这样，通过这种兴奋与抑制，可以对各种预测结果所提供的信息按照其反映现实的真实程度
24、进行有效的过滤和筛选，从而有效地保存了各种预测方法提供的有用信息，提高组合预测的精度，增强了模型的适用性。以弹性系数法和回归分析法两种预测方法的预测结果(1991 一 2012 年) 为BP 神经网络的输入，以对应各年实际交通量为输出，建立 2 一 5 一 1 的三层神经网络结构，使用 N ew ff 函数生成一个前馈 BP 网络, 将隐层传递函数设定为logsig 函数, 输出层传递函数设定为 Pure line, 以确保整个网络的输出可以取任意值, 采用 Levenberg -M arquardt 算法, 设置 BP 网络反传函数为 tra in lm,这样便可得到一个未经训练的前馈 BP
25、 网络。接下来利用 Tra in 函数对所建立起来的前馈 BP 网络进行训练。经过反复尝试, 设置训练时间为 1000 个单位时间, 训练目标为误差小于 0. 0085, 其他参数仍采用系统默认值, 可得到如图所示的训练过程误差变化曲线。 得到各年交通量预测值如下：年份 预测值 真实值 相对误差（%）1991 10596 10503 0.89%1992 17065 17350 1.64%1993 16125 15587 3.45%1994 13783 14860 7.25%1995 13523 12507 8.12%1996 14318 11176 28.11%1997 15718 20069
26、 21.68%1998 17069 18818 9.29%1999 18767 18482 1.54%2000 21736 20542 5.81%2001 24225 21817 11.04%2002 27391 26557 3.14%2003 32989 35336 6.64%2006 40470 40197 0.68%2009 45123 45067 0.12%2012 48235 48206 0.06%平均相对误差：6.8%可以看到基于组合预测的相对误差只有 6.8%，比单独使用某种预测方法效果更好。因此预测 2020 年2025 年 AADT 如下：年份 预测值 年份 预测值2020
27、56991 2023 591502021 57878 2024 594972022 58604 2025 59627五、预测结果分析若假设月变系数、周变系数、日变系数均不变的话，则曹安公路 20202025 年高峰小时（8：009：00）的交通量将达到如下水平：年份 高峰小时（8：00-9：00 ）交通量(PCU)2020 3861.3622021 3921.4592022 3970.6492023 4007.6422024 4031.1532025 4039.961结合曹安公路车流速度实际水平，根据道路服务水平分级规定：当自由流车速在 45mi/h 时 C 级服务水平的通行能力为 1170pcu/h/ln；再假设当前方向不均衡系数不变（为 1911*2/(1911+1048)=1.29） ，则到 2025 年高峰小时主要交通流方向的交通量将到达 2626pcu,需要双向 3 车道公路，实际上到 2020 年高峰小时主要交通流方向的交通量就已经达到 2509.885pcu, 需要双向 3 车道公路。根据曹安公路现有车道数设计可知，能够满足到 2025 年远景交通需求，但已接近道路服务能力上限。
