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1、交通需求管理（TDM）理论与方法(Theory and Method for Transportation Demand Management),主讲：晏克非教授,1 交通需求管理概述(Introduction of TDM),1.1 TDM 内涵 1.2“TDM”目标 1.3 国内外实施TDM的实例,1.1 TDM 内涵,1.1.1 TDM定义 TDM是交通规划与治理的一种新的思路与理念，即不单是从满足需求去考虑，而是强调理智地使用道路资源，克制滥用道路，引导人们（车辆）的出行从无秩到有秩，强调人们减少低效率的私人车辆出行，转变为高效的公共交通出行。TDM是一种对交通需求（包括交通生成分布方
2、式分配）全面实施控制与正确引导的科学方法，以达到交通需求和交通供应的适度平衡（供需均衡）。,1.1.2 TDM内涵 TDM理论与方法是基于交通需求与供应的关系研究而产生的，TDM研究不能忽视以下三个内禀特性：第一：交通的需求不仅是客流还包括货流，交通需求不仅是出行的生成（产生与吸引），还包括出行方式及其在空间与路网上的分布；第二：交通发展始终受到交通设施供应与空间约束，而交通需求总是趋于超过交通供给（BRAESS悖论）；第三：交通运输需求与供应涉及到规划、建设、管理的全过程，涉及到社会学、行为学、经济学的方方面面。,TDM的理论与方法研究，TDM内涵描述为以下三个“优化”：1.优化土地利用模式
3、（消除不合理的需求，消除效率低下的需求，以提高道路的使用效率和经济效率）；2.优化出行结构（改善交通行为，寻求新的出行替代）；3.优化交通流配置：l 单向交通组织 l 信号科学控制 l 区域许可证 l 小汽车使用制度（拥有与使用）,1.1.3 TDM背景 1 美国的的小汽车泛滥之教训，说明缓解交通拥挤不能光靠扩建交通设施（供应扩容）,还需对无休止的交通需求进行控制与管理，使交通增长限制在城市路网、社会经济发展能承受的范围之内。2 Braess饽论,说明交通运输市场存在供需的不平衡性。3 1995年，北京宣言“中国城市交通发展战略”，提出“五项原则”、“四项标准”、“八项行动”，以提高运输效率、
4、提高城市交通管理地位、制定交通需求管理政策作来未来交通发展之战略。4“中国21世纪议程”指出在适度控制下，对交通需求进行管理就可以缓堵、改善环境等。5.我国大城市的交通设施基础和经济水平基础。6.结论 从我国的国情、市情出发，“既要扩大供给，又要重视TDM技术，建管并举，互为补充”。这就是解决交通拥挤与发展问题的基本出发点。,1.1.4 关于“TDM”与“TSM”、“ITS”的关系1.TDM重于对需求的控制与管理，其要点在减少出行生成和改变出行时间与方式，以减少出行过程时空消耗；重点是对机动车拥有与使用的控制，压缩不合理出行。2.TSM（Transportation System Manage
5、ment）交通系统管理，其重点是如何充分利用已有的道路交通设施，供更多的交通有秩使用。而TDM特点是减少出行发生和减少出行过程的时空消耗，美国专家认为：TSM包括增加运输效益、增扩容量、减少局部流量、降低交通需求三方面。3.ITS（智能交通系统）是在一定的道路设施和交通管理与控制比较完备的条件下，旨在将先进的信息技术、通讯技术、电子控制技术与计算机技术综合应用于交通运行管理系统，其重点是出行者信息系统（ATIS）和车辆导航系统（AVNS）。,1.2“TDM”目标,1.以可持续发展的战略思想为指导，通过TDM确保交通系统不同时期、不同区域达到供需的适度平衡。2.提出出行需求从低效的私人车辆出行转
6、化为高效的公共交通方式的出行措施。3.建立规划建设管理一体化的机构体制和政策措施，使有限的交通设施得以有效得利用，使交通时空分布达到优化平衡。,TDM在供求关系平衡上的积极作用如下图11：,其中：D交通需求 S交通供应,1.3 国内外实施TDM的实例,美国的TDM实施 美国的TDM近十年来已渗入到交通运输规划与管理的各个领域，重点可归纳为三个方面：1.应用通讯与信息等高薪技术，扩大服务业的电话上班（Teleworking）和在家工作（SOHOSmall Office Home Office）以减少工作出勤。2.推行各类基地开发建议的TIA评估制度，通过土地开发的交通影响分析，从源头上对交通需求
7、增长进行敏感性评估，以求得土地开发与交通供需之间的平衡。3.采用先进的手段优化交通流时空分布，优化交通信号的控制设计，优化道路与停车场的设计。,美国典型的TDM例子与措施有：【例一】推行HOV（high occupancy vehic）制度【例二】出行替代方式【例三】鼓励实行可变工作时间，消减高峰期间的道路交通量，包括：错开工作时间 压缩工作日 弹性上班制【例四】优先停车和换乘停车【例五】收费调节定价：分时间段利用收费差别来缓和阻塞（美国加利福尼亚州交通部）,新加坡TDM成功模式 1.车辆定额配给制度（Vehicle Quota System）l 90年前政府抑制性财税条令进口关税+注册费+公
8、路税 l 90年后政府引入行政车辆配额计划计划注册指标干预购买行为 2.区域通行证制度（ALSArea Licensing Scheme）3.TDM效果 l大大改善以公共汽车为主的大众交通系统（保障公交专业道设施）l 严格控制小汽车的增长与使用 l 电子化道路价格提供了计算拥挤的方法，保障了控制区域的各类社会经济活动,日本的TDM措施研究日本交通工程研究学会“TDM缓解堵塞智慧袋”，总结了日本多个城市将TDM作为交通规划与治理的一种新思路取得的经验。包括多项成功的TDM技术措施和广泛的群体合作。典型的示例：1.札幌市（日本第三大都市,市区面积1121k，177万人口）。2.长冈市购物巴士券的试
9、行措施。3.东京 汽车排放尾气的资助管理 4.日本巴士协会ITS实证实验系统,我国香港的TDM 70年代以来，香港就出台一系列TDM措施。30多年来比世界其他大城市以极少的投入取得较大的总体效益。1 香港三次全市性总体交通研究确立交通政策基本原则，都强调了“对道路的使用进行需求管理”（政策白皮书,第三原则）不超过道路系统能承受的容量水平。2 车辆与驾驶员的发照制度，限制车辆或驾驶员的数量，达到控制交通需求或防止昂贵的交通投资，通过准许使用成本效益更高的交通工具，利于优化道路路面使用，TDM的措施表现在大幅度提高小汽车税率。3 1997年开始的电子道路收费系统ERP（Electronic Roa
10、d Pricing）从“用者自付”理论出发，有效、公平、灵活管理交通运输及道路使用。4 香港建立了比较完善的TIA交通影响评估制度，为香港的道路交通整体规划奠定了良好的基础。,国内其他城市的TDM研究与应用1广州市于2000年12月完成了交通需求管理的整体研究。2.上海市九十年代以来，提出了交通发展战略和交通设施、运行、管理的政策与规划。其中关于改善中心城区的干道路网、轨道交通网络规划，按区域差别的停车设施建设、提高公共交通服务水平、客货运输经营与组织、收费与定价管理、交通环境改善等均体现了TDM“三个优化”的思想。,2 交通需求特性(Transportation Demand Charact
11、eristics),2.1各类出行方式的时空消耗特点 2.2土地开发对出行需求的影响特点 2.3经济增长对交通需求的影响 2.4交通出行的替代性,2.1 各类出行方式的时空消耗特点,2.1.1 时空消耗概念 定义：交通主体（人或车辆）在一定出行时间占有的空间或一定空间上使用的时间。其度量：当车辆行驶时采用“动的净空”在一定时间内占有的“公里小时”数来度量；当车辆停放时采用车辆主体在停车泊位上停放的“泊位小时”度量。,2.1.2 不同交通方式时空消耗的比较与计算,表2-2 不同交通方式人均时空消耗的计算14,当小汽车载客数分别为1、2、3、4时，各种交通方式时空消耗的顺序为：表2-3 各种交通方
12、式时空消耗的顺序 显然，从交通运输对时空资源的消耗上看，不同方式显示出明显的差异，出行者完成同一出行，时空消耗从大到小的顺序为：小汽车自行车步行中巴铰接 小汽车是公共汽车的30倍，自行车是公共汽车的8倍。,2.2土地开发对出行需求的影响特点,土地开发的内涵，包含着城市形态（布局）、功能和开发强度三方面，对交通需求的产生、分布均产生巨大的影响。,土地开发形态布局对交通需求影响 城市形态布局是一个空间的概念（布局结构和空间特征），城市形态的集中与分散对土地开发建设、人口与就业岗位分布产生巨大影响。城市用地形态具有“向心聚集”和“离心扩散的”的特征，这是城市发展的历史现象，是城市经济、地理、和社会多
13、方面复杂因素的结果。,1.形态理论分散主义（“广亩城市”-1932 赖特）集中主义（柯布西埃，“明日的城市”（1922）有机疏散形态理论 赫华德（E.Howard）的“田园城市”理论向心聚集 离心扩散,2.交通发展的“核心圈层”和“节点走廊”格局理论 城市空间发展格局的观点，分别以霍华德“田园城市”中的“核心圈层”形式和马塔“带形城市”（1882）中的“节点走廊”形式为代表。,城市用地功能“分”与“合”对交通需求的影响。城市开发用地的功能组织方式，可分为单一功能和复合功能开发两类。城镇体系的调整布局，将对大都市的出行需求发生重大的变化 不同的功能组织与开发方式对城市交通的影响有显著差异，复合功
14、能较单一功能具有减少交通需求的明显优势：,降低出行发生率(见下图)。调整出行方式结构。均衡出行时空分布(见下图)。减少停车空间需求。,容积率影响出行生成强度（1）容积率影响出行发生强度（2）容积率制约出行方式的变化（3）高强度开发要求增大交通容量,容积率分布影响公交客流组织（1）大容量公交 公共交通较个人交通，具有线网密度小而线路运能大的特点，大容量公交尤其如此。（2）对于大容量公交站点而言，采用人口和就业岗位密度梯度递减的分布形式，即开发强度以站点及其毗邻用地为最高，对减少向站时间、高效组织站点吸引区的客流集散十分有利。,2.3经济增长对交通需求的影响,2.3.1 经济增长是土地开发和交通需
15、求增长的原动力。1)世界主要发达国家小汽车的增长(图2-5)是交通需求增长的基本要素。2）21世纪初，我国大城市如何适应汽车化的发展，必将成为社会矛盾的焦点。,经济增长与交通出行关系 一般的情况 一些经济指标反映了大城市中频繁的物质交换和人口流动，而实现这些交换和流动的主要载体是城市交通。城市规模大，第三产业发达，人均国民生产总值、人均国民收入越高，城市出行水平出现负增长。信息业为代表的第三产业发达,通讯发达与计算机普及，Internet网，信息高速公路，GIS系统，。许多业务、商贸、市场活动可以更便捷不出门完成。,2.4交通出行的替代性,社会经济发展的变化“信息革命”使人类迈入小型化、个体化
16、的第三次浪潮，以机场和高速公路网络为中心和纽带的大规模高新产业的商务园区，构成了新型的产业结构布局，社会活动组织方式，日益由粗放松散型转向集信息、知识和高技术为一体的综合密集型。通讯活动可以替代部分交通出行活动。出行方式替代 小汽车通过P-R换乘与大公交方式衔接，鼓励私车向公共交通转化，改善交通行为。货运出行方式替代：目前已出现的提高货运配运效率的GPS（全球定位系统）、全球“VPS”速递业，依靠信息系统联网、远程通信大大促进货物流通，改变货物出行方式的替代。,3 交通设施供应特性(Transportation Supply Characteristics),3.1 道路设施的属性 3.2 城
17、市道路网络容量(Capacity of Road Network)计算3.3城市停车设施容量（Parking Facility）计算,3.1 道路设施的属性,3.1.1 道路设施“准公用物品”特性 道路设施（包括道路和停车位）是一种社会资源和物质资源。综合现代西方经济学的有关理论，社会资源可分为公用物品（Public Goods）、私用物品（Private Goods）和准公用物品（或称混合用品，Quasi Public goods）三类，从公共性和市场性分析，其特性如下：,1.公用物品（Public Goods），也有的译为公共物品、公共产品、公共商品）。纯粹的公用物品同时具有以下三个特征：
18、效用的不可分割性（non-divisibility）。消费的非独占性（non-rivalry,或称非竞争性）。受益的“非排他性”（non-excludability）。,2.私用物品（private goods），也有的译为私人物品，私人产品或私用商品）。纯粹的私用品同时具有与上面纯公用物品相对应的三个特性：效用的“可分割性”。消费的“独占性”（或叫争夺性、竞争性）。受益的“排他性”。,3.准公用物品(Quasi Public Goods)“准公用物品”，也称作“半公用物品”、“半私用物品”（或者说“混合物品”或“准私用物品”）。有以下几种类型：公共资源。拥挤性的公用物品。价格排它的公用物品，
19、是指那些同时具有效用的不可分割性和消费的非独占性，但效益可以定价，从而在技术上实现排它的公用物品。混合物品既可由私人部门通过市场提供，也可由政府部门直接提供，或是由政府部门给予补贴的办法通过市场提供，即在混合物品的供给中，市场的因素与政府财政的因素兼而有之，而不单由政府包办。,3.1.2 时空资源特性 道路、泊位是一种典型的时空资源，其供应（容量）的度量不仅是道路长度、面积、车道数、停车泊位面积、泊位数来度量。从使用和服务的功能考虑，用“车道小时”与“车位小时”更贴切地反映时空资源的容量特征。由于“车道”和“车位”都与几何面积（尺寸）相关，所以可以用“公里小时”、“平方米小时”来度量道路和停车
20、场的时空容量。,道路与停车泊位时空资源的特征（1）“时间上不可存储性”（2）“空间上不可运输性”（3）“社会资源的有限性”（4）道路设施使用存在外部费用,3.1.3 我国城市用地资源的短缺状况 我国城市交通、城市绿地的水平均取决于城市建设用地资源。1.20世纪末城市将从94年622个发展到800个，城市化水平达40%，城市化的水平（建设标准）和各项事业（包括交通）的协调发展要走资源短缺条件下城市发展道路（人多地少、城市空间资源有限），走“集中、紧凑发展路子”。2.我国耕地面积只占国土面积的9.91%。近12亿人口的人均耕地面积近1.19亩，为世界人均水平的1/5。我国绝大部分城市人均用地在10
21、5m2以下，我国城市人均道路用地面积上限为15m2，仅为发达国家的50-60%。3.人均用地水平不高决定了人均“城市发展空间”相对短缺，在空间资源短缺条件下，除去规划上开拓地下交通空间与地上交通空间，应当提供公共交通优先的道路网、地下轨道网、适当交通管理以外，通过限制行驶、限制停车、高额收费等控制私人轿车拥有与使用，避免对城市空间的过多占用。,3.2 城市道路网络容量计算,关于路网容量的定义，从交通工程学的观点，自然联想到路段断面流量与通行能力、路段密度与空间容量的关系，对于路网也会考虑到运送量与运送能力问题。流量q断面通行能力cap（道路交通断面单位时间通过的最多车辆数）密度k交通空间容量A
22、c(交通设施在单位空间上能容纳最多车辆数)运送量网络的运送能力（交通网络系统单位时间最大的输送或集散能力）,3.2.1 路网容量定义 时空资源定义法(1)理论路网容量道路路网设施在理想状态下单位服务时间里能容纳的最大车辆数。与道路设施的时空总资源和交通个体时空消耗有关。宏观地讲，所谓理论路网容量就是城市道路设施在理想条件下“单位服务时间里所能容纳的最大车辆数”。可通过下述定义来表达：,定义1：车辆行驶中占有一定的道路净空面积，在一次出行时间内以动态方式只占有一次，每辆车出行使用过的道路面积在单位服务时间里又可提供给其他车辆重复使用。因此，城市道路设施时空总资源TRs（Resource）为：TR
23、s=LT(kmh)（3-1）式中：L机动车道总长度（km）（或城市道路设施总面积（m2）。当机动车道宽度标准时，二者均可采用，本文采用前者；T城市道路单位服务时间（h）；,定义2：交通个体一次出行时空消耗TRd为：TRd=hst=lp/c(kmh/pcu)（3-2）式中：hs机动车行驶过程的平均车头间距（km）；t机动车一次出行平均行驶时间（h）；lp机动车一次出行平均行驶距离（km）；c单车道服务交通量(可取单车道通行能力pcu/h)。,定义3：路段单车道理论通行能力是指在一般道路和交通条件下，每条车道以一定速度连续安全行驶每小时能通过的最大车辆数（不包括交叉口影响）。c=3600/(1.2
24、+(8+s制)/v)（3-3）式中：s制汽车制动拖印距离，s制=0.102v2，由我国实测数据回归确定；v汽车路段运行车速（m/s）（3-4）,定义4：理论路网容量Cap=TRs/TRd=TRsC/lp（3-4）当城市道路单位服务时间为小时时，容量量纲为pcu/h;当单位服务时间为天时，容量量纲为pcu/d。本文所指的容量为机动车高峰小时道路网容量。,（2）城市道路网实际容量及其影响因素 理论路网容量是一种物理概念上的容量，是指车流在理想分布状态下的道路容量之代数和，而实际上的路网容量是指单位服务时间里路网所能通过的最大交通量，实际路网容量与路网车流OD分布形态有关。,大城市机动车道路网容量影
25、响系数 影响道路网容量的因素很多，如道路等级因素、区位OD因素、车道长度、车辆结构、交叉口干扰因素等，通过有效车道长度（面积）系数（1）、交叉口利用系数（2）及快速路出入匝道利用系数（3）进行分析。,路网配流不均衡系数：现状的路网可通过调查获得不同等级道路的实际分布流量，确定相应的分布比重；规划路网直接从OD分布及配流模型得到研究范围、各种类型道路流量的分配比例,模型的建立 在进行城市道路交通流调查时，通常将机动车分为客车、货车、摩托车三类，其中客车、货车又细分为大、中、小三类。但只要考察一下我国大城市是即道路交通状况，就不难发现：在交通流车型模型构成中，出租车占有很大比例（一般情况下约占车辆
26、总数的40%以上）。虽然出租车保有量在城市机动车总量中所占的比重不高，但其每日服务车次和行驶里程都很多，是我国大城市道路设施的主要使用者。因此，在大城市道路网供需模型研究中，必须考虑出租车对道路交通的影响，有必要将机动车分为出租车和其他机动车两大类，使模型更符合我国大城市交通流的实际情况。,路网容量的OD定义法 路网容量定义 路网容量表征路网处理运行单元的能力，为交通网络在一定的条件下所能容纳的最大交通量。需要借用数学符号才能对路网容量作准确表述，设节点(i，j)间的OD流量为Xij，总的交通需求为X，则有，。定义路网在确定的的前提下，所能够承担的最大X值，为路网容量。该定义反映的路网容量受特
27、定OD形态的影响。,局域网通过能力 定义路网通过能力为：就给定边界的局部路网，对给定的OD形态，在交通流处于平衡状态下，单位时间内能进入路网的最大车辆数，称为局域网的通过能力。该定义反映的局域网通过能力与车流OD形态有关：当起、讫点都位于路网内部的出行的比重增加时，路网通过能力将减少；当起点在路网外、讫点在路网内的出行的比重增加时，进入路网车辆数与离开路网车辆数的比值将增大；反之，当起点在路网内、讫点在路网外的出行的比重增加时，进入路网车辆数与离开路网车辆数的比值将减小。,局域网输送容量 对给定边界的路网，将单位时间内发生在路网上的车公里数作为衡量路网处理运行单元的另一个指标，称为局域网输送量
28、。相应地，在给定的OD形态下，单位时间内在路网上能够实现的最大“车公里”数称为路网输送能力。为了消除路网规模因素的影响，将路网输送能力除以路网覆盖的土地面积，得到单位土地面积上的路网输送能力，称为路网单位输送能力。通过比较不同路网结构下的路网单位输送能力，可分析路网结构对输送能力的影响。,3.2.2 路网高峰小时实际容量及时空饱和度计算 按照 的时空资源定义法计算：在路网容量理论研究过程中，可将城市道路分为快速路与一般地面道路两大类。,(1)大城市机动车道路网高峰小时实际供应容量 出租车个体时空消耗：TRdt=lt/c（3-5）其他机动车个体时空消耗：TRdo=lp/c（3-6）一般地面道路时
29、空总资源：TRso=LOT（3-7）快速路时空总资源：TRse=LeT（3-8）因此，城市机动车道路网高峰小时实际容量为上述两类道路、各种车辆实际容量之和:CaprTRse13/TRde+TRso12/TRdo LeCe13/lpe+L0C012/lpo（3-9）,式中：LO、，Le大城市一般地面道路与快速路车道里程（km）；TRdo、TRdo大城市一般地面道路与快速路机动车时空消耗；C0、Ce大城市一般地面道路与快速路单车道理论通行能力（pcu/h）lpe,lpo大城市一般地面道路与快速路机动车平均出行距离（km）（2）城市机动车道路网高峰小时时空饱和度：饱和度定义为大城市机动车高峰小时出行
30、总量与机动车道路网实际容量的比值，即：S=Q0/Capr（3-10）式中：Q0各种机动车路网上的高峰小时出行总量（pcu）,上海“申”字型高架道路路网容量计算实例,分别计算内环高架、南北高架、东西高架及整个高架系统的路网容量。（1）整个高架系统理论路网容量 根据对上海整个高架系统车道总长度L(Km)、计算时间段t(h)、一次出行平均距离Lp、单车道的设计通行能力C(pcu/h)的分析，结合前面有关参数，包括路网配流不均匀系数、车道分布系数、匝道系数等，可计算得高架道路高峰小时实际路网容量cap为66436pcu，也就是说在高峰小时高架上最多能跑66436辆机动车。,（2）内环、南北、东西高架的
31、路网容量 根据有关调查数据，参照整个高架系统路网容量计算过程可得到内环、南北、东西高架的路网容量，见下表。,3.3城市停车设施容量计算：（Parking Facility）,停车设施容量定义3.3.2 停车系统高峰实际容量及时空饱和度计算,停车设施容量定义(3种定义)（1）理论设施容量停车设施（路内、路外）在正常状态下单位服务时间（小时或日）所能容纳的最大车辆数。与城市停车设施的时空总资源（总泊位小时数）和每辆车停放时空消耗有关。定义1：车辆在停放中占有一定的泊位面积，在停放服务过程中占用一定的时间，每个泊位面积在位总服务时间内又可提供其他车辆重复使用。城市停车场时空总资源TPs(resour
32、ce)TPs=ST（M2h）(泊位小时)（3-13）式中：S机动车停车总泊位量（个）或总面积（M2）T城市停车设施单位服务时间,定义2：停车车辆时空消耗TPd TPd=At=A/C(M2h/pcu)（3-14）式中：A单位停车计算面积（M2）t一次停放平均使用时间（h）；C周转率（parking turnover）单位时间（h或d）每停车位平均停放车辆数。定义3：理论停车设施容量Cap.Cap=TPs/TPd=STC/A(pcu/h或d)(3-15),(2)实际停车设施影响因素：停车设施资源及其分布Y1:(各城市规划供应水平设施类别、数量及其分布合理性由于停车设施的不可运输性、不可存储性特征，
33、供应与需求要有一个时空上的适度均衡要求。受制于路内路外的收费政策与人们步行距离（停车行为特征）以及道路通畅条件诱导标志和信号导行加上交通管理的可靠性；停放时间（周转率的影响）Y2 受时间推移和经济、社会变化、区位差异等影响；不同车型及其出行目的 Y3:0.9 交通干扰与影响步行时间、收费等。,3.3.2 停车系统高峰实际容量及时空饱和度计算(1)停车系统高峰实际容量（供应）Capr=TPs/TPdy1y2y3STC/A y1y2y3(3-16)式中：TPs路内外三类停车设施（停车场Lots+停车库 Garages+路边停车Curb）的时空总资源；TPd标准车停放时空消耗；y1规划设施系数或分布不均匀影响系数；y2周转率影响系数；y3交通干扰影响。(2)大城市机动车停车设施高峰时空饱和度定义：大城市停车实际高峰总停放量为qi（高峰累计延停车数parking vehicle-mite），则停车设施高峰时空饱和度为：高峰时段累积停放时空消耗与停车设施实际容量比值。Sat=qiti/Capr（3-17）,
