交通工程规划.doc

第三章 交通与土地利用交通与土地利用互为因果关系，交通设施的建设拉动沿线的土地利用，相反土地利用变化带来人们出行活动的变化，从而诱发交通的生成，促进交通设施的建设。本章作为交通规划的基础，主要讲述交通与土地利用之间的关系、土地的用途决定分析、预测交通小区住宅开发户数的汉森模型、预测交通小区土地利用模式所需的住户及就业者的分布模型 劳瑞模型以及最优化城市开发模型等。 此部分包含以下各节： 第一节概述 第二节城市土地利用的分类 第三节土地利用模型 复习思考题 第一节 概述交通设施与土地利用 (Land Uses) 之间的关系可以用系统中的不同组成部分之间的关系来描述。 Peter Hall 与 Fagen(1956) 将系统定义为“相互之间存在关联的一系列组成部分的集合”。因此，土地利用 ( 批发市场、工业、商业、住宅、娱乐设施等 ) 与交通设施 ( 交通网络、枢纽、港口、站场等 ) 都是我们所研究的该特定系统的组成部分，而连接它们的媒体就是交通。 城市土地利用的研究始于 20 世纪 30 年代。 1930 年，瑞利 (Reilly) 通过对来自于城市周边地区的小商品流通调查，进行了若干重要研究。 Christaller 和 L?sch 等于 20 世纪 30 40 年代，进行了理论研究。推动空间影响力模型在城市规划研究中的应用并取得重要进展的是最大熵 (Wilson, 1967, 1970) 理论与效用最大化理论 (Neidercorn and Bechdolt, 1969) 。它们为空间影响力模型提供了坚实的理论基础。 70 与 80 年代的理论研究将这两种方法联系起来，进一步提出了 Logit 形式的影响力模型 (Anas,1983) 。目前大多数应用中的交通与土地利用模型是 20 世纪 60 与 70 年代各种文献中提出的思想和模型。 20 世纪 60 年代以来，对土地利用与交通的理论研究以美国为中心展开。由于道路交通量的持续增长产生了大量不必要的交通拥挤和严重的空气污染问题。交通污染增长的明显结果是城市污染，仅来自公路汽车运输的排放一项即占碳氧化物总量的 70% ，占氮氧化物的 39% ， VOCs 的 30% ， PM-10 的 28%(Curran 等 , 1992) 。 1970 1990 年间，道路车公里数年增长率为 3.2% ，美国道路运输能耗在全部能耗中达 22% ，其中 94% 为石油。它直接导致了 1990 年净化空气修正法案 (CAAA) 和地面联运效率法案 (ISTEA) 的出台。城市机动交通出行量增长的直接效果是石油进口的增加，因此，在城市交通规划中促进出行数量的减少已成为公众关注的焦点。人们讨论最多的政策措施包括鼓励减少出行，缩短出行距离，使出行向利用率高的车辆或非机动出行方面转移，将出行安排在非拥挤时段等。 英国最早对交通与土地利用模型从理论与实践两个方面进行探讨的是利兹大学的 Wilson 和他的同事 (Wilson and et al ， 1977) 以及后来伦敦大学的 Mackett 。 Mackett 在构造及标定利兹一体化交通与土地利用模型包 (LILT) 及基于微观模拟的 MASTER 模型系统方面做了大量工作 (Mackett, 1983, 1990b, 1991a, b) 。后来，剑桥大学的 Echenique 及其同事构造并成功地开发了 MEPLAN 模型系统并使其商业化，该模型被用于西班牙及巴西、委内瑞拉、智利等第三世界国家的部分城市。 澳大利亚在该领域的开创性工作是联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 经过长期不懈的努力后取得的，它很大程度是以 TOPAZ(technique for otimal placement of activities in zones) 模型系统为基础的 (Brotchie,1969) 。 Monash 大学的 Young 和他的同事研究了基于博奕模拟的土地模型 (Gu et al, 1992) ，提出了 PIMMS(Pricing and Investment Model for Multi-Modal Systems) 模型 (Hensher,1993) 。 加拿大在一体化的交通土地利用模型方面最初的工作是在 Hamilton 都市区完成的，研究的重点是模拟汽车燃料消耗及排放。 日本一体化都市模型包括 CALUTAS 模型 (computer-aided land use transport analysis system)(Nakamura et al, 1983) 、大阪模型 (Amano et al, 1985) 。 其他地区的交通与土地利用模型包括 Eindhoven 城市地区的 van Est 模型，意大利都林和罗马的模型 (Bertuglia et al,1981) 及瑞典斯德哥尔摩采用的模型等。 中东地区的模型有德黑兰规划与政策模型 (Garnett,1980) ， Martinez(1992a,b) 最近在智利圣地亚哥的应用中标定了他自己提出的交通与土地利用一体化模型。 目前采用的土地利用与交通规划模型重点是在一体化城市分析模型的开发方面。目前的模型可以综合处理最大熵与地区可达性最优间的协调，这也是效用最大化经济合理说明的空间影响理论与消费者选择的基础。数学上，这些模型利用了非线性数学规划方法、区域间投入产出方法，而最近的计量经济学和微观模拟方面的进展可综合解决出行需求、居住、就业、服务和城市用地建模问题。第二节 城市土地利用的分类土地利用这一术语来自农业经济学，最初用来描述一块土地以及它的经济学用途（牧场、农田和采石场等），后来被用于城市规划中 (Chapin, 1976) 。“城市土地利用”的一般意义是城市功能范畴 ( 如居民区、工业、商业区、零售区、政府机关空间及休闲区 ) 中的空间分布或地理类型。传统上，土地利用是指对地面空间的利用 ( 或建筑物内部的空间利用 ) 。 一、我国城市土地的用途分类 我国 1991年3月颁布的国家标准城市用地分类与规划建设用地标准（GBJ137-90）中，将城市用地分为10大类、46中类、73小类。表3.2-1表示了城市用地的大类，每一大类又可分为若干中类，例如居住用地大类分为四中类，即一、二、三、四类居住用地。一类居住用地为市政公共设施齐全，布局完整，环境良好，低层为主的居住用地；二类居住用地为市政公共设施齐全，布局完整，环境较好，中、高层为主的居住用地；三类居住用地为市政公共设施比较齐全，布局不完整，环境一般，或与工业等用地混合交叉的居住用地；四类居住用地为以陋房简屋为主的居住用地。多数中类又分为若干小类,例如公共设施用地大类下的体育用地中类，又分为体育场馆用地及体育训练用地两小类。详细情况可参考上述国家标准。 表 3.2-1 我国城市用地分类表 代码 用地名称 内容 说明 R 居住用地 住宅用地、公共服务设施用地、道路用地、绿地 居住小区、居住街坊、居住组团和单位生活区等各种类型的成片或零星的用地，分有一、二、三、四类居住用地 C 公共设施用地 行政办公用地、商业金融业用地、文化娱乐用地、体育用地、医疗卫生用地、教育科研设计用地、文物古迹用地、其它公共设施用地 居住区及居住区以上的行政、经济、文化、教育、卫生、体育以及科研设计等机构和设施用地，不包括居住用地中的公共服务设施用地 M 工业用地 一类工业用地、二类工业用地、三类工业用地 工矿企业的生产车间、库房及其附属设施 W 仓储用地 普通仓库用地、危险品仓库用地、堆场用地 仓储企业的库房、堆场和包装加工车间及其附属设施等用地 T 对外交通用地 铁路用地、公路用地、管道运输用地、港口用地、机场用地 铁路、公路、管道运输、港口和机场等城市对外运输及其附属设施等用地 S 道路广场用地 道路用地、广场用地、社会停车场用地 市级、区级和居住区级的道路、广场和停车场等用地 U 市政公用设施用地 供应设施用地、交通设施用地、邮电设施用地、环境卫生设施用地、施工与维修设施用地、殡葬设施用地、其它市政公用设施用地 市级、区级和居住区级的市政公共设施用地，包括建筑物、建筑物及管道维修设施等用地 G 绿地 公共绿地、生产防护绿地 市级、区级和居住区级的公共绿地及生产防护绿地，不包括专用绿地、园地和林地 P 特殊用地 军事用地、外事用地、保安用地 特殊性质的用地 E 水域和其它用地 水域、农村用地、闲置地、露天矿用地、自然风景区用地 除以上九大类城市建设用地之外的用地 二、国外城市土地用途分类 每个国家均根据具体情况的不同制定自己国家的城市土地用途分类标准。日本的城市规划法规定了居住类、商业类和工业类 3大类、12小类土地用途，如表3.2-2所示。图3.2-1给出了12类土地用途在城市中的布置情况。 表 3.2-2 日本的城市土地用途分类 用地大类 细分类 说明 居住类 1.第一类低层居住专用地 保证良好的低层居住环境的土地 2.第二类低层居住专用地 以保证良好的低层居住环境为主的土地 3.第一类中、高层居住专用地 保护良好的中、高层居住环境的土地 4.第二类中、高层居住专用地 以保护良好的中、高层居住环境为主的土地 5.第一类居住专用地 以保护居住环境的土地 6.第二类居住专用地 以保护居住环境为主的土地 7.准居住地 作为道路的沿道、谋求提高与所在地特性相吻合的业务的方便，同时保护与之相协调的居住环境的土地 商业类 8近邻商业用地 以对附近居民提供日用品为主要业务、供商业和其它业务用途的土地 9商业用地 供以商业为主的业务用途的土地 工业类 10准工业用地 供对环境没有恶化影响的工业为主用途的土地 11工业用地 供工业用途为主的用地 12工业专用地 主要供工业用途的用地 图 3.2-1 12类土地用途在城市中的布置情况 德国的福兰克夫于 1891年、柏林于1892年分别将城市土地分成了居住用地和工业用地两大类；美国土地用途采用分区制 (zoning) 分类并由各州政府制定，国家没有统一的标准。 三、土地利用分析变量 一般地，土地利用模型包含的变量包括：人口、土地利用限制、就业地点政策、零售设施布局、出行费用、特定运输方式的出行速度及其网络结构、运输投资的时序、一般经济环境。 在交通规划研究中，小区活动可以根据它们与交通之间的关系分为三部分： (1) 基本部分。这部分的就业满足非本地需求，它产生货物及服务，可输出到城市外部地区。它产生向心的资金流，流入城市，导致增长及剩余，多数工业部分的就业属于这类。一般认为这部分不太受城市位置问题约束，因为地区市场不是最主要的关心点。这种考虑是劳瑞 (Lowry) 模型的一个外部因素，必须是已知的。 (2) 非基本部分 ( 零售部分 ) 。这部分的就业满足本地需求。它不输出任何货物及服务，且将该地区作为主要的市场地区。它主要考虑零售、货物及建设之类的服务。由于这部分严格服务于本地 / 区域需求，本地是一个重要的焦点。就业水平也可假定与本地人口相关联，这种考虑是劳瑞模型的一个内在因素。 (3) 居住部分。居住的数量与基本部分及零售业就业岗位数量相关，居民区的选择也紧密地关联于工作地。这种考虑也是劳瑞模型的一个内在因素。 这里，“基本部分”指制造出口商品的工业部门，尽管也会有部分本地需求。基本部分的就业影响着人口和服务性就业的空间分布。交通与土地利用之间关系的核心是区域经济预测，它预测并分配基本就业部分的位置。第三节 土地利用模型Clark(1951, 1968, 1982) 可以被认为是最早将科学方法用于研究城市人口密度和区位理论的研究人员之一。第一代模型中，劳瑞 (1964) 模型所取得的突破为第二代模型 (Hutchinson,1974; Batty,1975) 提供了坚实的基础。 土地利用模型是描述地区内部经济活动的选址行为及其作用结果的土地利用空间分布的数学模型，分为预测模型和优化模型。预测模型是在一定的制约条件下，对各种经济主体的选址行动结果的土地利用形态的跟踪模型。 优化模型是在一定的制约条件下，社会效益目标最大化所对应的土地利用状况。 目前交通与土地利用模型很多，多数是在上世纪 60 与 70 年代地理学基础上发展而来的。 一、汉森模型 由以上可知，汉森模型中有两个变量，即可达性 ( Accessibility ) 和开发可能的土地面积。可达性是指表示某小区所具有的、产生与其他小区相互作用机会可能性的度量，可以用式 (3.3-1)表示。 (3.3-1) 式中 i小区对j小区的某活动主体的可达性值； j 小区内某活动主体的规模，例如就业人口等； i 小区与 j 小区之间的时间距离； 参数。因此， i小区的总可达性可以表示为： (3.3-2) 这样，汉森模型研究城市中某小区作为住宅开发时，所具有的可达性对住户数的影响。它将任意时点的两小区之间的住宅开发可能比作为各小区具有的住宅地，定义为利用可能的土地面积比。于是，认为从所在时点到达经过了某一期间的时点，因市总人口的增加所需要的住宅数用该比进行分配。因此，实际分配的小区之间的住宅开发现状比以及由此产生的差异由各小区所具有的可达性来说明。这样，有： 住宅开发率 Dj= 住宅开发现状比住宅开发可能比 (3.3-3) 例如，雇用的可达性与住宅开发率 Dj的关系： (3.3-4) 式中 K 为系数。 假设， 每户的居住面积一定，那么，住宅开发现状比将可能预测。 (3.3-5) 式中 Pi 小区 i 的新增住户数； Pt 全市 t 时点的新增户数； Oi 小区 i 的新增住户可能比； Oj 小区 j 的新增住户可能比。 汉森模型的特征如下： 1. 自区的可达性不能在其所在区考虑； 2. 时间距离不明确； 3. 适用于短期预测。 二、劳瑞模型 1. 劳瑞模型的原型 劳瑞模型是 I. S. Lowry 于 1964 年提出的，它研究封闭城市区域（对象区域与外界不存在人员流动）的前提下，定量描述各土地利用之间的相互作用，是决定住户数和就业人数的分布模型。 住户数和就业人数确定各交通小区的土地利用结构。 在对象区域内，该模型将具有一定目的的土地利用者称为土地利用的活动主体，大致分为基础产业部门 (Basic Sector) 、非基础（服务）产业部门 (Retail Sector) 、住户部门 (Employment 或 Population) 。 基础产业部门包括工业、大型贸易公司、中央政府直属机关、大学等，它们作为模型的已知条件给出，而非由对象城市区域的社会、经济规模决定。 非基础产业部门包括商业、服务业、地方政府机关、中小学等与居民生活密切相关的部分。这些部门吸引顾客到市内，其规模即就业人数等依赖于城市区域的人口、经济状况，其选址亦应考虑居民的出行方便，由模型内部计算确定。 住户部门是指就业于基础和非基础产业部门的住户和人口。 上述活动主体在城市区域内需要获得用地而从事活动，作为其前提，这里采用“单方向作用”的假设，即基础产业部门的就业人数及其配置对非基础产业部门和住户的就业人数及配置产生影响；相反，非基础产业部门和住户对基础产业部门则不产生任何影响。于是，城市区域内的交通系统、土地利用制度作为已知条件给出，用该模型进行将来预测时，需要假设没有大的政策变革和技术革新。 模型的流程示意图如图 3.3-1 所示。一个城市区域可视为区域及国家社会经济体系的子系统。在这样的总系统确定的基础产业部门规模中的就业人数和面积，将根据经验事先分配给城市区域内的几个交通小区。基础产业一旦配置在各交通小区，其从业者的家庭就会相应地分布在基础产业工作单位的周边，以提供劳动力。住户的分布又需要设置日常用品商店、百货店、中小学等维持生活的企业设施，非基础产业部门的就业人员相应于家庭配置在区域内。住户的总量及分布形态因该附加性家庭的分布而发生变化，据此重新分配非基础产业部门的就业人员。 图 3.3-1 劳瑞模型示意图 按如此顺序重复计算下去，直到非基础产业部门就业人数和分布状态以及住户数量和分布状态相互稳定为止。劳瑞模型由以下 14 个联立方程式构成：面积： (3.3-6) 非基础产业部门： (3.3-7) (3.3.-8) (3.3-9) (3.3-10) (3.3-11) (3.3-12) 住户部门： (3.3-13) (3.3-14) (3.3-15) (3.3-16) 约束条件： (3.3-17) (3.3-18) (3.3-19)式中 A 面积； B 基础产业部门； D 时间距离； F 就业人口； H 住户部门； N 住户数； R 非基础产业部门； U 非土地利用对象； 住户平均人口； k 组； b ：修正系数； e 人均土地面积； 市场潜能； 住户潜能； m 非基础产业分组总数（ k=1,2,m ）； n 交通小区总数 (i,j=1,2,n) ； x 住户数权值； y 就业人口权值。式 (3.3-6) 表示交通小区 j 的面积 ，它由不可使用面积 、基础产业部门利用面积 、非基础产业部门利用面积 和住户利用面积 组成。 式 (3.3-7) 表示非基础产业部门第 k 组的就业人数 ，可以表达为维持一个家庭的必要人数 ( 人 / 户 ) 与总户数 N 的乘积。 式 (3.3-8) 表示小区 j 的非基础产业部门中 k 组的市场潜能，是表示“作为市场的可能性强弱”的指标。 式 (3.3-8) 中的 是为使潜能满足式 (3.3-9) 而引入的修正系数。小区 i 对小区 j 市场潜能的影响由小区 i 的住户数 、在小区 i 工作的就业人数 、小区 i,j 之间的时间距离 决定。 和 分别为与住户数和总就业人数的相对权重，对所有小区为一定值。 式 (3.3-10) 表示第 j 小区的非基础产业部门中 k 的就业人数 按与此市场潜能成正比的比例分配。 式 (3.3-11) 表示小区 j 的总就业人数可以表示为基础产业部门和非基础产业部门之和。 式 (3.3-12) 表示假设非基础产业部门中 k 的人均土地面积为 时，小区 j 中非基础产业部门的面积 为各组面积的总和。 式 (3.3-13) 表示总住户数 N 可表达为总就业人数的 f 倍。 式 (3.3-14) 和式 (3.3-15) 表示为将总住户数 N 分配到各小区时的潜能户数。小区 j 的潜能住户数随小区 j 中可供住宅开发用面积的增多而增高，小区 i 对小区 j 的潜在住户的影响取决于小区 i 的总就业人数 ，以及 ij 间的时间距离。式 (3.3-14) 中的 g 是为使潜能满足式 (3.3-15) 引入的修正系数。式 (3.3-14) 成立的前提是住户选址由户主的工作地点决定。 式 (3.3-16) 表示住户依据此潜能大小向各小区分配。 根据上述式 (3.3-6) 式 (3.3-16) ，可将非基础产业部门的就业人数和住户数分配到各小区，分配时设定如下约束条件。 首先，当分配给某小区 j 的非基础产业部门 k 的就业人数比事先确定的人数 还少时，则不必给该小区分配 k 组的就业人数。式 (3.3-17) 表达出这一约束条件，这里的 表示最小可能经营规模或土地利用制度等。 对于住户部门的配置，为防止在企事业单位较多的小区，如在中心商务区 CBD 及其周围，即工作出行很方便的小区内发生住宅过密的问题，将允许住户密度设定为住户密度的上限，式 (3.3-18) 表示了该约束条件。 式 (3.3-19) 为小区 j 的面积约束条件，控制计算值不超过实际面积。该约束式中不存在住宅地面积 的原因是：其一，面积 的非负约束；其二，非基础产业部门的选址优先于住户部门。其理由是非基础产业部门与家庭部门在用地获得能力的差异。另外，由于非基础产业部门就业人数的约束条件式 () 中不存在最多就业人数的限制约束，所以即使对于受面积条件约束的小区而言，就业人数采用与潜能市场相应的人数值。这可以考虑为，因小区就业者人均用地面积 变小而欠妥，这种现象可解释为该小区内有高层建筑物的存在。 对上述联立方程式和不等式组进行迭代计算求解的过程如图 3.3-2 所示。 图 3.3-2 劳瑞模型的计算流程框图 2. 嘎琳 劳瑞模型 由上述劳瑞模型的计算流程框图可知，其计算过程比较复杂。为使劳瑞模型迭代计算更方便，嘎琳（ R. A. Garin ）提出了劳瑞模型的矩阵形式。在讲述嘎琳 - 劳瑞模型之前，先学习潜能的概念。 (1) 潜能的概念 1940 年， J.Q. Stawart 和 G.K.Zipf 提出了“连接两城市中心线相互作用力的大小与两城市人口的乘积成正比，与距离的平方成反比”。用式 (3.3-20) 表示： (3.3-20) 式中 ， 城市 i,j 的人口； 城市 i,j 间的距离； 相互作用力； K 系数。 模仿牛顿万有引力定律，两城市的相互作用能量 可以表示为： (3.3-21) 城市（或小区） i 的能量为 i 与所有城市（或小区） n 的相互作用能量之和。即 (3.3-22) Stawart 引入了人口潜能的概念，作为度量相互作用可能性的尺度。即“城市（或小区） i 中的 1 人因城市 j 的人口诱发的相互作用的可能性随着城市 j 的人口增加而增高，随着 ij 间距离的增加而降低”。因此，他将城市 i 所具有的总人口潜能定义为： (3.3-23) 居住潜能和市场潜能的概念均与 Stawart 的人口潜能的概念相同。 (2) 嘎琳 劳瑞模型 R. A. Garin 于 1966 年改进了劳瑞模型的反复计算，提出了矩阵表达式，被人们称之为嘎琳 劳瑞模型。基础产业就业人口向量： (3.3-24) 基础产业人口向量： (3.3-25) 这里，设 为小区 j 的基础产业部门就业人口， 为居住于小区 j 的基础产业部门人口时， 可以由式 (3.3-26) 表示。 (3.3-26) 式中 (3.3-27) (3.3-28) (3.3-29) 而且， 为在 i 区工作被分布到 j 区的函数， 为居住在小区 j 的基础产业部门人口（为基础产业部门的劳动贡献率）。 其次，非基础产业部门就业人口向量用下式表示： (3.3-30) 式中， ：非基础产业部门的交通分布结构。 (3.3-31) 为小区 i 的人均就业人口。 由式 () 和式 (3.3.30) 可得， (3.3-32) 因此，有， (3.3-33) (3.3-34) 最终，就业人口和总人口可以用下式求得： (3.3-35) (3.3-36) 式 (3.3-35) 和式 (3.3-36) 可以转换为以下简单的逆矩阵形式。 (3.3-37) (3.3-38) 这里，与劳瑞模型中潜能对应的分布函数设定为： (3.3-39) 进而，对于从工作单位赴非基础产业部门的出行，同样可以重新引入矩阵 C 。 (3.3-40) 式 (3.3-37) 和式 (3.3-38) 可以分别改写成下式： (3.3-41) (3.3-42)嘎琳 劳瑞模型形式简单，能够明确描述交通与土地利用之间的关系。三、 ITLUP 模型 ITLUP( 一体化交通与土地利用软件包 ) 是 Putman 提出的，它由非集计居住分配模型 (DRAM) 和就业分配模型 (EMPAL) 组成；这两个模型都是 Lowry 模型的修正形式。 DRAM 采用小区吸引力和一个小区的工作人员到其他小区的就业岗位的可达性来评价各小区家庭分配的主要因素。 EMPAL 根据前一时间的就业和小区的吸引力来分配就业。例如，假定家庭选择在对雇员最有吸引力的地点，而非过去的最吸引雇员的地点。就业岗位将在家庭最易接近的地点，而非过去的最易接近家庭的地点。 1. 非集计居住分配模型 (DRAM) 最初的 DRAM 与 EMPAL 模型已经经过了一些变化，主要是由于数据差异引起的。在目前的应用中，家庭被分配到小区的模型是： （ 3.3-43 ） 式中 小区 i 在时间 t 的家庭估计数； 小区 i 在时间 t 的吸引力测度； 小区 j 到 i 之间高峰期出行时间； 小区 j 到 i 之间非高峰期出行时间； 全区域范围内时间 t 时家庭与雇员之比值； 与 经验衍生参数。 小区本阶段吸引力计算模型如下： （ ） 式中， ：小区 i 在时间 t 的总土地面积； ：小区 i 在时间 t 中收入为 k 级的居民数量； 与 1 4 ：经验参数。家庭按年收入分 4 类，因此上述两个公式共有 4 个版本；而这种一体化的模型中 DRAM 部分就有 28 个参数。 2. 就业分配模型 (EMPAL) EMPAL 方程中，将就业分配到小区的模型为： （ 3.3-45 ） 式中 小区 j 在时间 t 相关部分 ( 基本的，零售的与服务的 ) 的就业人口； 小区 i 在时间 t 的家庭数量； 小区 j 在时间 t-1 的吸引力函数； 全区域范围内时间 t 的就业与时间 t-1 的家庭的比率； 全区域范围内时间 t 的就业与时间 t-1 的就业的比率； 经验参数。 小区上一阶段吸引力计算模型为： （ 3.3-46 ） 式中 L j 小区 j 的总图例面积； 1 与 2 经验参数。 根据就业类型可定义 3 部分，因此，方程 4 与方程 5 有 3 个版本，而这种一体化的模型中 EMPAL 部分就有 15 个参数。 DRAM 模型参数用 1997 年美国德克萨斯州奥斯汀地区用家庭及就业数据标定过。当时，家庭根据收入估计被分为 4 类，即年收入 3 万美元以下、 3 万 4.25 万、 4.25 万 5.5 万以及 5.5 万以上者。 EMPAL 的参数用 1997 年的家庭数据及 2007 年的预测就业数据标定过。这些研究中隐含的假定是工作地点第一 ( 先于就业和家庭分配 ) 、家庭第二 ( 相对目前就业分配 ) 。就业分为 3 类：基本就业 (5200 个岗位 ) 、零售业就业 (800 个就业岗位 ) 和服务业就业 (3800 个就业岗位 ) 。 标准的 ITLUP 模型有几个局限性：最重要的是它没有考虑土地利用密度的约束。 ITLUP 模型将就业岗位分配到小区，即使它们没有足够的容纳就业岗位和家庭的能力。目前对这一局限的处理是对小区的这些过量分配实行再分配，使其分到那些有容纳能力的地区。在美国，每公顷居住土地的最大家庭容纳能力一般在 25 户左右，每公顷商用土地的最大岗位容纳能力一般在 100 个位置左右。从 EMPAL 和 DRAM 得到的家庭与工作岗位分配结果首先用来满足小区中的商业和居住面积，如果不够，按比例再分配一些空余土地，如果一个小区不能容纳更多的发展，则该小区就不再发展，将就业与家庭移到其他小区。 ITLUP 模型的第二个局限是 DRAM 与 EMPAL 模型只能顺序使用，忽视了就业岗位与家庭之间作用的相互与同时性。此外， ITLUP 在分配就业岗位与家庭数时没有考虑土地价格与货物流，因此它也很难考虑规划者、政策制订者和公众有兴趣关心的一些重要关系及变量。不过，它的相对简便特性使得可以对其中的不确定性进行比较透明的分析。相对而言， UrbanSim 就需要 1000 余个参数和上万个输入数据，这些要求只有很小的区域才能做到。 除上述模型之外，以劳瑞模型为基础还扩展了其他几种形式，由于篇幅所限，本书不做叙述。 四、最优化模型 以上分别讲述了活动分布和相互作用模型。这里介绍将两者同时考虑、更加一般化的一体化优化模型。该类模型中，最著名的是澳大利亚 Brotchie 和 Sharpe 于 1975 年开发的小区活动最优配置手法TOPAZ(Technique for the Optimal Placement of Activities in Zone) 模型。TOPAZ 模型在划分为 n 个小区的区域、以 m 种土地利用活动为对象，决定寻求区域整体的新开发费用和交通之和最小的活动分布 为目的，其目标函数由下式表示。 Z= 开发费用 + 交通费用 min (3.3-47) 式中 在小区 j 中开发的土地利用活动 k 的单位费用； 在小区 j 中开发的土地利用活动 k 的新开发量。 小区 ij 之间的交通费用； 小区 ij 之间的日出行数。 为了在区域中获得更加现实的出行分布，可以利用将在第六章中讲述的单约束或双约束重力模型计算出行分布量 。 表 3.3-1 中总结了交通与土地利用的一体化模型。表 3.3-1 部分交通与土地利用一体化模型 模型 参考文献 应用案例城市 AMERSFOORT Floor and de Jong(1981) 荷兰阿姆斯福特 ; 英国利兹 CALUTAS Nakamura et al (1983) 日本东京、名古屋、冈山 CATLAS/NYSIM/METROSIM Anas (1983b), Anas & Duann (1986) 美国芝加哥、纽约 DORTMUND Wegener (1982a,b; 1986, 1995a) 德国多特蒙德 KIM Kim (1989) 美国芝加哥 ITLUP Putman (1983, 1991) 美国旧金山、洛杉叽、达拉斯、休斯敦、波特兰等城市 LILT Mackett (1983, 1990a, 1991a,b) 英国利兹、德国多特蒙德、日本东京 MASTER Mackett (1990b, 1990c) 英国利兹 MEPLAN Echenique et al (1985) 西班牙毕尔巴鄂、巴西圣保罗 Hunt & Simmonds (1993) 智利圣地亚哥，意大利那不勒斯 OSAKA Amano et al (1985) 日本大阪 POLIS Prastacos (1986a,b) 旧金山港湾区 PSCOG Watterson (1993) 美国华盛顿 TRANSLOC Boyce & Lundqvist (1987) 瑞典斯德哥尔摩 TOPAZ Brotchie et al (1980) 澳大利亚墨尔本、达尔文 Dickey and Leiner (1983) 美国维吉尼亚威廉王子 Sharpe (1978, 1980, 1982) 其他 HAMILTON Anderson , et al (1994) 加拿大汉密尔顿 TRANUS de la Barra (1989) 委内瑞拉加拉加斯 最后，通过本章的学习可知，其阐述的主要内容是城市交通与城市土地利用关系问题，这也是交通与土地利用问题中表现最为突出的关系。对于其他类型的交通与土地利用的关系问题，建议同时参考相关书籍，例如区位理论等。复习思考题1. 试叙述交通与土地利用研究的主要内容。 2. 试说明汉森模型及其特点。 3. 试说明劳瑞模型的研究背景及其模型的含义。 4. 与本书中介绍的其他模型相比，为什么说 TOPAZ 模型是一个一体化的优化模型。 第四章 交通网络布局规划与设计 交通网络的规划与设计是交通规划的基础工作之一。本章首先讲述交通规划中交通小区的划分，其次讲述交通网络布局，最后，讲述交通网络的数学建模知识与技术，包括交通网络构成的基本要素、各种交通网络的表现法以及公共交通方式相互换乘等复杂的交通网络表现法，为后述各章的学习奠定基础。此部分包含以下各节： 第一节概述 第二节交通小区划分 第三节交通网络与线路布局规划 第四节交通网络的数学建模 复习思考题 第一节 概述 网络作为对运筹学理论及其应用问题中的数学建模非常重要的概念是极其有用的。例如，适合于对时刻表编制问题、最短路搜索问题和网络流等问题的简单明了地表现和高效地处理。交通规划中交通需求预测的目的是预测各种交通设施的利用量、各区间和节点（枢纽）等的利用量。因为交通网络作为交通需求预测的条件也用网络表现，所以网络的概念对解决交通需求预测问题也是极其重要的。 本章第二节讲述交通需求预测作业中交通小区的划分问题，包括划分的必要性、划分的原则等。第三节讲述交通网络与选线布局问题，包括网络结构与城市结构、线路布局原则等。第四节讲述交通网络的数学建模知识与技术，包括交通网络构成的基本要素、各种交通网络的表现法以及公共交通方式相互换乘等复杂的交通网络表现法等。 第二节 交通小区划分在经典的交通需求预测过程中，为了调查统计、预测社会经济指标、生成交通量和分布交通量等，需要按照一定的规则将对象区域划分成适当数量的交通小区。通常，交通小区 分区 (zoning) 遵照以下原则： 1. 现有统计数据采集的方便性 社会经济指标一般是按照行政区域为单位统计、预测的。在我国，最高级行政区域划分为省、直辖市、自治区和特别行政区，其次是地级市、区县、乡镇、村、警察派出所、家属委员会。交通小区划分时，要充分利用这些行政区的划分，以减少不必要的工作量，提高预测的精确度。 2. 均匀性和由中心向外逐渐增大 对于对象区域内部的交通小区，一般应该在面积、人口和发生与吸引交通量等方面，保持适当的均匀性；对于对象区域外部的交通小区，因为要求精度的变低，应该随着距对象区