四阶段法在水运交通量预测中的应用

 张秀侠  孙亭亭  凌中水

 （安庆职业技术学院安庆246003）

摘要  预测水运交通量可以为水运交通的规划、设计和船舶通航管理提供基础性的依据。预测采用的方法很多，但是多数方法只是针对单条航道水运交通量的发展规律进行研究，并没有揭示周边航道对其产生的影响。文中从“四阶段法”的基本思想人手，对船舶货运量生成、分布，航道船型，水运交通量分配4个阶段进行预测分析，得出该方法能较好地解决网络交通量的预测问题。

关键词  四阶段法水运交通量预测

 作为判定水运基础设施建设的主要依据，水运交通量的预测结果是否合理、可靠，将直接关乎到水运工程项目的投资、效益，同时也为制定水运发展战略、如何合理利用资源，以及怎样充分发挥水运设施效益提供重要参考。水运交通量在确定航道基础设施建设规模、航道未来的发展定位以及制定航道管理策略等方面占据不可或缺的一环。

 目前，水运交通量预测方法很多，有时间序列法、弹性系数法、神经网络法、灰色预测法、回归模型、马尔科夫链法等。但是对于一般的预测方法反映的只是单条航道的水运交通量的变化规律，并不能演示周边航道条件变化对其的影响。“四阶段法”是公路交通需求预测中的较为成熟的方法，它能较好地解决网络交通量的预测问题。航道网水运交通量预测与公路网交通需求预测有着极为相似的地方，可将该方法引入到航道网水运交通量预测的研究中来，并根据航道中水运交通量的特点进行具体的分析应用。

1  “四阶段法”的基本思想

 在交通量预测理论的发展过程中，四阶段预测法被认为是最为成熟并且被广泛应用的预测方法。

交通生成、交通分布、交通方式选择和交通分配是四阶段预测法的4个阶段。四阶段法的具体步骤为：①对各小区未来经济社会发展趋势进行预测；②对各小区交通总需求，即交通发生、吸引总量进行预测；③以规划区域内交通OD调查资料为依据，对小区发生、吸引总量在区域间的分布进行预测；④分配小区间的交通量到公路网上，对建设项目的交通量进行预测。四阶段预测法的关键在于，首先要对影响区域进行OD调查，通过OD调查来掌握该路段的出行状况，同时根据修正后的OD表去预测未来的交通分布，并将得到的结果按照相关预测模型分配到当地各个路段的路网中去，最后根据路网中的交通量的大小来确定该路建设的相关技术参数。交通量预测的流程见图1。

 四阶段法是建立在区域经济学分区原理基础上，去预测未来的交通量水平，因为地方经济的发展与航道的交通量存在一定的关系，可将四阶段法运用到航道交通量的预测问题中。

 四阶段预测法在水运交通量预测中的基本步骤为：①依据历年航道交通量的统计资料与经济统计资料间的关系，建立“交通一经济”发展关系模型；②利用水域所处地区的经济发展速度来求得船舶数量的发展速度，并由此推算未来水运交通量的分布；③依据所在水域的经济发展状况和航道状况推测未来的船型；④依据未来交通量分布状况和有关航道网络资料，将船舶分布量分配到未来航道网上，最终得到该拟建项目和其他相关航道的未来水运交通量。

 结合水运交通量的特征和现状，运用四阶段法需要在以下几个方面做适当的调整，包括基础资料的统计、参数的选取以及预测模型的建立等。

1.1研究对象的确定

 对航道交通量进行预测，研究调查的对象为航道上的交通量。OD调查为调查航道所处水域货运量的基础资料，包括货物种类、货物流向以及货物的时段运量等，然后制作成OD调查表，这便是预测的基础数据。

1.2预测4个阶段的确定

 公路路网多并且存在交织，使得公路运输的方式相对灵活。公路运输路线的选择具有随机性且环境依赖性小。然而，区域航道的线路比较单一，外部环境会在很大程度上影响其运输线路的选择，加上航道船型的发展也会影响其水运交通量的预测。依据四阶段法的基本思想，结合航道运输自身的特征，水运交通量预测的步骤如下：船舶货运量生成预测、船舶货运量分布预测、航道船型发展预测以及水运交通量的分配。

2水运交通量四阶段预测法

2.1船舶货运量的生成预测

船舶货运量的生成预测是为了预测整个水域所处地区的货运生成量。方法是将整个水域的航道划分出几个航道断面，得出各个航道断面的货运生成量，见图2。

 对货运量生成进行预测方法有生成率法、回归分析法、类别生成率法、GM(1，1)灰色预测方法等。可进行以下归类：第一种是生成率法，该方法是结合收集货运量生成的基本影响因素，依据它们与货运量的关系建立模型进行预测；第二类是使用包括回归分析法和时间序列法，根据历史货运量数据来预测货运生成量；第三类是弹性系数法，是一种定性与定量相结合的分析法，首先研究确定货运增长率与社会经济增长率之间的比例关系，依据社会经济未来的增长情况，预测货运量增长率，进而预测将来的货运生成量。

 不同的航道现状，采用的预测方法也不同。如果要预测已建成多年的航道的货运量，可运用时间序列法；如果要预测新建成的航道的货运量，则要依据调查资料，建立货运产生或吸引与其主要影响因素之间的回归方程预测。具体情况具体分析，通常需要几种预测方法结合使用。

2.2船舶货运量的分布预测

 这一阶段的预测是将生成预测得到的区域航道上单个货运生成量转换成断面间的货运量，即空间的货运OD量，得出相应的OD矩阵。

预测货运量分布的一般方法是采用增长系数法。这种方法假定预测分布形式与现有分布形式相同，在已知目前货运量分布的基础上，研究目标年的OD量。预测模型一般形式为：

式中：q为预测值；qo为基年值；r为确定的增长率；t为预测年限。

 确定增长率），要与实际情况相符合。假若有2007～2013年的数据，可以用2008年和2007年的增长率，计算得到2008年的预测值，由此类推。然后检验预测值和实际值的差异，即模型检验。如果各年的增长率差异非常大，就需要将原始值进行平滑后再进行增长率计算，然后将平滑后的值作为原始值进行预测。通常情况下，原始数据都是平滑后的值，然而一般的增长率，是取各基年增长率的平均值。

2.3航道船型预测

 要想知道未来船型的发展状况，前提是要清楚货物的流量。不同船型的船舶对于相同货运量来说，会产生不同的水运交通量，所以预测船型的发展是相当关键的。所谓交通方式划分船型发展预测，是对未来航道上通行的船型及其在所有船舶数量中的占比进行的划分。确定将来航道上通行船舶的船型和比例是把前两阶段预测的货运量转换成所需要的水运交通量的前提。如何量化船型的发展因素是航道船型发展预测的关键。

船型可以从船舶的种类、吨位、宽度和长度等方面进行分析。对于航道船型发展预测需要定性与定量相结合。把货运量转换为水运交通量，需要用标准船型来消除船型的差异。我国通常采用以安全指数法评估海上交通安全时提出的换算系数，见表1。

 其实标准船舶的尺度也不是一成不变的，不同的水域有具体相应的应用标准。应选择水域通航船舶中占比最大的该种船舶尺度作为标准船型，把该船型的换算系数定为1，其余船型的船舶以其为标准，采用表1当中的换算系数进行计算，而换算系数又与船舶占用的航道面积和时间及运载吨位等因素有关。

2.4水运交通量的分配

 交通量分配预测，指通过公路网上的路线阻抗，把各小区间的分布交通量分配到各条具体路线上，计算过程一般较为复杂。一般采用广义运行费用或时间距离等路网参数来度量公路网上的路线阻抗。

 水运交通量的分配指在分析诸如航道等级，船舶控制方案，航道基础设施等某种特定的外部环境下，航道船舶流量的分配状况。通过把第三阶段所得的水运交通量分配到具体的航道网上，建立模型模拟船舶运输如何选择航道路径。水运交通量的分配过程是定性分析与定量分析相结合的分配过程。应首先从宏观角度出发，将船舶流量分配定性化。再依据航道的等级，航道建设时规定的船型和其所在水域的地理位置等，将有关联的几条航道找出来，将其抽象为航道网络图，并判断有无其他航线可通行。再找出水运交通量分配的影响因素，制定路阻函数，量化分配过程。

3结语

 本文从交通经济的角度出发，对公路交通量的四阶段预测理论在区域航道水运交通量预测中的应用进行了探讨，为能够客观反映水运交通量的变化，制定将来航道发展规划战略、合理利用资源和充分发挥水运设施的效益等提供了重要依据。但是四阶段预测法来自于公路交通理论，对水运交通量更易受经济影响这一特点，在预测过程中还应作更为细致的探索和研究。