第四节 道路交通调查、分析与预测
道路交通流量预测是交通规划的重要环节，也是道路建设前期研究的重要组成部分。目前越来越多的交通建设项目和政策措施在实施前，对于其交通流量均要进行交通调查、预测和分析，预测的准确与否将直接影响到交通规划方案的制定。
城市道路规划的实践证明，通过对道路交通调查所取得的各种交通数据，进行基于理论模型和地区经验的交通分析，对设计年限和发展区域内的交通需求进行预测，对于制定科学合理的交通规划均具有非常重要的作用。
一、城市道路交通调查
交通调查指的是交通量、车速、交通运行特征、起讫点、交叉口、交通事故、交通环境等调查的统称，是城市道路规划与设计、交通控制与管理、交通安全、交通流理论、交通规划与土地利用、城市规划的重要基础。
通过交通调查与分析，可以全面掌握交通现状、界定交通问题的本质特征、有针对性地提出解决交通问题的方案。我国城市交通调查的方式包括道路使用调查、路面寿命调查、交通量调查和出行调查，其中出行调查包括家庭调查、路边调查、交通方式调查、货运调查和停车场调查等5个方面。
在以上所述的交通调查中，交通量调查、车速调查和道路通行能力调查是交通调查的3个主要内容。
（一）交通量调查
交通量调查指的是一定时间、一定期间或连续期间内，对通过道路其一断面各种类型交通单元数量的观测记录工作。其中包括收集机动车交通量、非机动车交通量和行人交通量数据，并对各种车辆进行合理分类，在计算交通量时按照换算系数折算成小汽车辆数，以便进行道路的设计。
1.交通量调查的作用
交通量是描述交通流特性的最重要的参数之一。交通量调查的目的在于通过长期连续的观测或短期间隙和临时观测，搜集交通量资料，了解交通量在时间、空间上的变化和分布规律，为交通规划、道路建设、交通控制与管理、工程经济分析等提供必要的数据。根据我国城市道路交通量调查实践经验，交通量调查资料根据不同的目的，有着广泛的应用。如果通过调查观测掌握了一定的交通量数据则可作为必不可少的资料应用于下列各项研究。
（1）由同一地点长期连续性观测，掌握交通量的时间分布规律，探求各种与交通量有关的系数，并为交通量预测提供以往长期的可靠资料。
（2）通过众多的间隙性观测调查，可用以了解交通量在地域等空间上的分布规律，为了解全面的交通情况提供数据。
（3）为制定交通规划掌握必要的交通量数据。通过全面了解现状资料，分析交通流量的分配，预测未来的交通量，为确定交通规划、道路网规划、道路技术等级和修建次序及确定规划所需的投资和效益提供依据。
（4）交通设施的修建和改建也离不开交通量的历史发展趋势和现状。有了确切的交通量（目前的和根据目前推算的），就能正确地确定道路等级、几何线形、交叉口类型，平面交叉是否需要改建成立体交叉，就能做出道路设施修建和改建的先后次序。
（5）交通控制的实施，离不开交通量的现状和需求。如果交通控制脱离了交通量流向和流量的实际，则交通控制的效果就会大大降低。设计信号机的配时、线控系统的相位差、区域交通控制系统的各种控制方案，都需要做大量的交通量、车速等的调查。判断设置交通信号灯、交通控制方案的合适性也仍然是以交通量的时间和空间分布为依据的规律。
（6）交通管理工作要真正做到决策有科学依据，必须重视交通量调查。实施单向交通，禁止某种车辆驶入或转弯，设置交通标志和标线，实施交通的渠化，指定车辆通行车道或专用车道，中心线移位以扩大人口引道的车道数，道路施工、维修时禁止车辆通行并指定绕行路线，以及交警警力配备等问题，都需要交通量资料作决策的指导或依据。
（7）为行人交通提供保护。设置步行街，确定人行道、人行横道的宽度，人行天桥和地道的位置及规模，是否设置行人信号灯及其如何配时等，均需要提供行人交通量及其各种特性，使所采取的措施有一定的参考数据。
（8）进行工程的后评估。对各种工程措施、管理措施进行前后对比调查，判断改善交通措施的效果，所需要的前后交通量的资料，应该在其他条件不变的前提下进行交通量调查。
（9）研究交通基本参数如交通量、车速和密度等之间的关系，开展交通流理论的分析，交通量经常是最重要的参数。
（10）推算通行能力，预估交通事故率，进行交通环境影响评价，预估收费道路的收入和效益，工程可行性研究等各个方面，在涉及社会效益、经济效益、环境效益时，交通量的大小、预测的正确与否对方案论证往往有举足轻重的作用。
2.交通量调查的步骤
交通量调查的步骤包括以下几项。
（1）根据城市道路近期和远期规划，结合城市发展规模和道路功能，编制路网流量调查计划，为道路交通量调查打下良好的基础。
（2）确定交通量观测方案，即设置流量观测站（如控制测站、辅助测站、补充测站），规划各观测点采用的观测方法，统一的观测方法和时间等。
（3）选择科学合理的观测方法（如人工计测法、埋入式自动计测法、录像摄影法和试验车浮动测定法等）进行正式调查。
（4）对于测定记录的交通量调查资料进行分析，采用当前国内外先进的分析方法，使分析结论符合城市道路的现状和发展实际。
（5）在正确分析交通量调查资料的基础上，向有关部门提交交通量调查报告。
（二）车速调查
车速调查是一项非常重要的基础工作，也是在道路规划设计中不可缺少的技术指标。
1.车速的主要种类
城市道路中的车速主要包括以下几种。①地点车速：车辆通过某一地点时的瞬时车速；②行驶速度：从行驶某一区间所需时间及其区间距离求得的车速；③运行车速：中等技术水平的司机在良好的气候条件、实际道路状况和交通条件下能保持的安全车速；④行程车速：车辆行驶路程与通过该路程所需的总时间之比；⑤临界车速：道路理论通行能力达到最大时的车速；⑥设计车速：在道路交通与气候条件良好的情况下仅受道路物理条件限制时所能保持的最大安全车速。
2.车速调查的目的
城市道路中的车速调查，一般主要是针对地点车速（瞬时车速）和行程车速（路段车速）进行。
（1）地点车速调查目的 地点车速调查目的是：①掌握某地（断面）的车速分布规律；②进行交通控制（如制定限速、设置标志等），确保行车安全；③进行交通事故分析，查找在车速上出现交通事故原因；④评价交通改善措施的有效性；⑤深入研究交通流。
（2）行程车速调查目的 行程车速调查目的是：①掌握道路的交通现状，衡量服务水平，提出交通改善的目标；②确定交通管理措施，计算交叉口信号灯的配时方案；③评价交通改善措施的有效性；④研究交通流特征，特别是流量、速度和密度三者之间的关系。
（三）通行能力调查
道路的通行能力是指在一定的道路交通条件下，单位时间内某一车道或道路某一断面能通过的最大车辆数。通行能力是进行公路和城市道路交通理论研究的基础参数之一，也是道路规划、设计、运行分析以及控制管理过程中不可或缺的重要参数。
通行能力的调查，主要包括路段通行能力调查、交叉口通行能力调查和饱和流量调查。路段通行能力调查一般通过收集车头时距反算流量的方式进行。路段通行能力调查必须充分考虑车道功能与车道特征，如果路边车道设置公共汽车站，还应当调查公共汽车停靠站的通行能力。
二、O-D调查分析
O-D调查是指道路的起讫点的调查，主要调查出行的起点（一次出行的出发地点）和讫点（一次出行的目的地点）的情况，这是城市交通网规划的关键基础工作。出行是指出发地点到目的地点移动的过程，分为个人出行（客流）、车辆出行（车流）和货物出行（货流）。
（一）O-D调查的种类和目的
起讫点均在调查界内的出行称为境内出行，而起讫点均在调查界外的出行称为过境出行。在进行O-D调查时，非常重要的内容是将调查界限内的区域，按照用地性质并结合自然与管理界线，合理地将调查地域划分成各个调查区，如图2-13所示。
图2-13 调查区域的划分示意
起讫点均在调查区内的出行称为区内出行，而起讫点分布在不同调查区内的出行称为区间出行。调查区内交通流的中心点是小区形心，小区形心的连接线反映了出行时期望的距离，故称为期望线。将所有的期望线绘制调查界限范围内，并以期望线的宽度表征出行次数的图形称为期望线图，如图2-14所示。有时为了简化期望线图，将若干条流向相近的期望线合并而成的线路称为主流倾向线。
图2-14 期望线图
进行O-D调查的目的是收集交通流的基础数据，完善交通路网规划，设计城市道路系统，选择交通运输方式，预测城市远景交通状况和服务水平。O-D调查主要包括客流调查和货流调查两种。客流O-D调查的重点是起讫点分布、出行目的、出行方式、出行时间、出行距离和出行次数等。货流O-D调查的重点是货源点和吸引点的分布、货流分类数量与比重、货运方式分配等数据。
（二）O-D调查的基本步骤
O-D调查的基本步骤如下。
（1）在进行正式调查前，应根据道路的实际和远期发展规划，确定科学合理的调查方案，并制定O-D调查表格样式。
（2）收集客流和货流基本情况，如居民点分布、土地利用现状、停车场、车辆拥有率、居民收入等社会经济统计数据、主要工业及商业网点分布、大型活动场所分布、旅游景点分布、产品产销状况等。
（3）进行划线分区，即根据用地性质并结合自然与管理界线，将调查界限划分成足够多的调查区。
（4）确定调查抽样率，根据各个调查区内的人口规模，根据城市交通调查经验，确定4％～20％的抽样率，人口稀少的区域可进行全样调查。
（5）根据所确定的调查方案、范围和任务大小，抽调有关人员进行专门训练，这是确保O-D调查质量的关键。
（6）根据所确定的调查方案、范围、任务、时间和人员组织，制定具体的O-D调查计划，确定质量和完成时间要求。
（7）为全面高质量地进行O-D调查工作，首先选择有代表性的道路进行典型试验，以便发现问题、及时修正、完善计划。
（8）全面开展O-D调查工作，并对调查资料按规定的方法进行分析，向有关部门提交O-D调查工作报告。
（三）O-D调查的基本方法
国内外常用的O-D调查方法很多，各地区的城市应根据民风习惯和城市特征，合理地选择有效的O-D调查方法，以取得高质量的原始数据。在实际中常用的O-D调查方法有以下几种。
（1）家访调查 即通过对各个调查小区内的居民进行抽样家访，由交通调查员当面了解住户全部成员的出行状况。
（2）路边询问调查 即在主要道路和出入口处设置调查站，在允许和必要的情况下让行驶车辆停下，询问司机及乘客的出行状况。
（3）工作出行调查 即抽样对区内居民的居住地点和工作地点进行调查，以获得工作出行的基本数据。
（4）车辆牌照调查 即通过人工或自动的方法，记录各测点行驶车辆的牌照，进行对比分析从而确定出行状况。
（5）运输集散点调查 即对各个集散点（如机场、火车站、公共汽车站、渡船码头等地点）发给乘客要求收回的调查卡片。
（6）公交路线乘客调查 即对主要道路上的公交路线乘客情况进行调查，如乘客流量的时间分布、方向分布、人员组成等。
（7）境界出入调查 即在调查区的境界上设立调查站，对所有穿越该路线的车辆作统计，在干线路边作询问调查的方法。
（8）其他调查方式 如采用明信片、手机短信、电子邮件、电视、网络视频、问卷等方式进行O-D调查。
三、城市道路的交通预测
交通预测是在交通调查、交通分区和O-D调查的基础上，通过建立一定的模型，选用合理的模型参数，进行交通的预测。在实际中常用的交通预测模型主要包括4个部分：出行生成；出行分布；出行模式；交通量分配。因此，也将这种交通预测模型称为“四阶段模型”。
出行生成是指将调查小区或调查地点的土地利用和人口社会特征与该小区产生的出行量联系起来，从而得出各调查小区产生的总交通出行量。计算出行生成的关键步骤，就是确定哪些土地、人口、社会经济特征与出行量关系最为密切。对于远期交通规划而言，各种社会学模型经常将调查小区可能产生的交通量与该区居民条件、车辆拥有率、经济收入、就业状况、营业额等因素结合在一起。
交通预测研究表明，出行生成与土地利用率（如居住密度、就业率）、土地利用特征（如平均家庭收入、车辆拥有率）、与主要经济活动中心的相对位置（如离市中心距离）这3个要素的关系最为密切。
出行生成的方法有多种，最常用的方法是如下3种。
（1）出行产生率 规划人员通过特别研究确定土地利用性质与出行产生量的关系，城市用地开发项目所生成的出行量，通常利用“出行率”或“出行公式”进行估计。美国交通工程师协会为此专门出版了《出行生成手册》（Trip Generation Handbook）。该手册提供了几乎各类物业设施的出行率。对比较常用的类型，手册给出了出行生成的回归计算公式。因此，只要已知了物业设施的用地开发规模，就可查阅该手册来估计其出行生成量。
但是，该手册给出的出行率和公式是根据在美国和加拿大各地城市收集的数据，经过统计分析得出的，不一定符合我国的实际情况。对此，该手册建议，在使用手册中的出行率或公式时，应有当地的数据作参照。必要时，应进行实地调查，以便统计出当地的实际出行率。
（2）对比类型分析 如果调查区域内具有出行量与社会经济特征之间的关系资料，即可通过计算相应的出行产生率预测出行量。
（3）回归分析 如果出行产生率与社会经济特征指标之间具有高度的相关性，即可通过回归模型预测出行量。很多模型利用最小二乘法进行回归分析，如式（2-9）是某城市采用的一种出行生成回归模型。
Ti=0.34P+0.21DU+0.12A （2-9）
式中 Ti——调查小区i内产生的出行总量；
P——调查小区i内的总人口；
DU——调查小区i内总的居住单元（户数）；
A——调查小区i内的汽车总量。
出行分布主要是研究每个调查分区内产生的出行量，这些出行量的吸引地（目的地）以及区间交换的出行量。出行分布模型就是通过数学模型来模拟出行分布，从而为确定现状分布和预测未来分布奠定基础。出行分布模型常用的有重力模型和增长率模型。增长率模型由弗雷特法（Fratar）于1954年提出，在20世纪中期应用比较广泛的不均匀增长系数方法。目前世界各国应用最多的是重力模型。
重力模型最初是由Voorhees提出的。用于城市交通需求分析之中，主要用于对居民出行分布预测。重力模型基于牛顿的重力法则，它指出出行分布与小区的产生量、吸引量和小区之间的交通方便程度等因素相关。重力模型综合考虑了影响出行分布的区域社会经济增长因素和出行空间、时间阻碍等因素，是国内交通规划中使用最广泛的方法。
关于重力模型的研究表明，出行量的减少与出行时间的关系，比与出行距离的关系更为密切，同时有关系数n（与出行目的有关的系数）不仅与出行目的有关，而且也与出行距离有关。用时间因子Ft来描述系数n的影响，如式（2-10）所示，式中C为常数。
Ft=C/tn （2-10）
目前，在城市道路的交通预测中，推荐应用的重力模型如式（2-11）所示：
（2-11）
式中 Tij——从调查分区i至分区j的出行；
Aj——分区j的出行吸引量；
Ak——分区k的出行吸引量；
Pi——分区i的出行产生量；
Fij——分区i和分区j之间出行的时间因子；
Kij——社会经济调整因子；
m——分区总数。
出行模式选择研究人们为了实现某一出行而倾向选择何种交通方式的比例情况。交通方式包括公共交通（如公共汽车、地铁、轻轨等）、私人交通、自行车交通和步行交通等。现行的出行模式可以从O-D调查资料中得到，远景交通规划中的出行模式选择必须建立预测模型。根据实践经验可知，影响出行模式的主要因素包括：①出行类型，如出行目的、出行时间；②个人特征，如收入、年龄和车辆拥有情况；③道路交通系统特征等。
转移曲线是一种简单直观的交通预测诺模图，主要依据出行者的经济条件、出行目的、相对出行时间、出行费用和非乘车时间等因素预测出行方式，如图2-15所示。
图2-15 转移曲线示意
交通量分配是将各区之间的交通量按照一定模型分配到连接各区的道路或路段中去，因此这是交通预测的最后一步工作。交通量分配的本质特征是“最少时间路径”。常用的出行分配模型有3种：①最短路径模型，也称为全有或全无分配模型；②多路线概率分配模型，也称为随机平衡模型；③通行能力平衡模型。
最短路径模型中将稳定流状态下的行车最短路径作为出行选择路径，所有出行均在最短路径中进行，而不会转移到其他较长的路径中，因此是一个全有或全无模型。这种方法没有考虑到交通流的固有特征。最短路径模型虽然有不足之处，但由于其简单明了，仍然在交通预测中广泛应用。
通行能力平衡模型是对最短路径模型的一种修正，主要是考虑了随着通行能力的饱和，相应路径的出行时间必然会增加，因此就必然会有的出行转移到其他路径中。
随机平衡模型假定起讫点之间的出行会有多条交通线路满足要求，实际发生在各个路段之上的交通量会有各自对出行吸引的概率。虽然随机平衡模型目前还未得到广泛应用，但在将来会借助各种交通仿真软件而不断得到发展应用。