Nghiên cứu ứng dụng mô hình dự báo nhu cầu 4 bước để dự báo nhu cầu đi lại trong quy hoạch giao thông tỉnh Phú Yên

Bài viết trình bày phương pháp luận về ứng dụng mô hình dự báo nhu cầu 4 bước để dự báo nhu cầu đi lại trong quy hoạch giao thông tỉnh Phú Yên.

THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 94 NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MƠ HÌNH DỰ BÁO NHU CẦU BƢỚC ĐỂ DỰ BÁO NHU CẦU ĐI LẠI TRONG QUY HOẠCH GIAO THÔNG TỈNH PHÚ YÊN ThS Lê Đức Quân Khoa Kỹ thuật H tầng đô thị, tr ng i học X y d ng Miền Trung Tóm tắt: Bài báo trình bày phương pháp luận ứng dụng m hình dự báo nhu cầu bước để dự báo nhu cầu lại qui hoạch giao th ng tỉnh Phú Yên Đặc biệt m hình áp dụng rộng rãi nước phát triển quan hợp tác Nhật Bản (JICA) áp dụng số dự án phát triển giao th ng tổng thể thành phố Hồ Chí Minh ĐẶT VẤN ĐỀ Qúa trình ph n tích d báo nhu cầu l i kh u quan trọng quy trình quy ho ch giao thơng Từ tr ớc đến nay, việc d báo nhu cầu giao thông ph ơng tiện vận tải cho t ơng lai th ng d a số tăng tr ởng bình qu n hàng năm nh mức độ tăng d n số hay tổng sản phẩm quốc nội (GDP) th ng cho kết qủa có độ xác khơng cao Trong báo này, tác giả nghiên cứu ứng dụng mơ hình d báo nhu cầu b ớc để d báo nhu cầu l i q trình quy ho ch giao thơng địa bàn tỉnh Phú n y mơ hình tiên tiến dùng để ph n tích, d báo nhu cầu l i t ơng lai đ ợc áp dụng nhiều n ớc phát triển giới ặc biệt mơ hình đ ợc quan hợp tác Nhật Bản (JICA) áp dụng số d án phát triển giao thơng tổng thể số n ớc có Việt Nam PHƢƠNG PHÁP LUẬN Qui trình d báo nhu cầu giao thơng theo mơ hình (hình 1) gồm b ớc đ ợc khái quát l u đồ d ới đ y: (1) Mơ hình phát sinh thu hút chuyến đi: để tính tổng số l ợng chuyến phát sinh thu thút cho khu v c phân tích (2) Mơ hình ph n bổ chuyến đi: để tính số l ợng chuyến th c khu v c ph n tích (3) Mơ hình tỷ lệ đảm nhận ph ơng thức: để tính số l ợng chuyến th c ph ơng thức vận tải khác khu v c (4) Mơ hình ph n bổ giao thơng: để tính số l ợng chuyến đ ng ứng với ph ơng thức vận tải khác 2.1 Bƣớc 1: 2.1.1 Xây dựng mơ hình phát sinh/Hấp dẫn chuyến đi: Phân vùng: Khu v c nghiên cứu (tỉnh Phú Yên) đ ợc ph n chia thành vùng d a nguyên tắc sau: - Ph n chia vùng theo quản lý hành theo đặc tính ph n bố m ng l ới giao thông vận tải, theo địa hình - ảm bảo vùng có đ ng giao thơng qua, xem nh đ ng trục vùng nối với trung t m thành phố vùng xung quanh THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012 Thu thập, thống kê - xử lý số liệu : Thu thập số liệu b ớc trình th c nghiên cứu Số liệu thu thập đ ợc sở th c b ớc 95 Nội dung công việc thu thập số liệu th ng bao gồm thu thập tài liệu, số liệu sẵn có từ nguồn thu thập số liệu thông qua điều tra khảo sát giao thông BƯỚC Khung KT-XH t i quy ho ch thành phố Mơ hình phát sinh thu hút chuyến Số chuyến phát sinh/ thu hút BƯỚC Khoảng cách l i vùng Ph n bố chuyến Ma trận OD BƯỚC Khoảng cách, th i gian, chi phí, số ph ơng tiện sở hữu Ph n chia ph ơng thức Ma trận OD theo ph ơng thức BƯỚC M ng l ới t ơng lai Ph n bố giao thông L u l ợng giao thông đ ợc ph n bổ Hính Qui trình d báo nhu cầu giao thơng theo mơ hình b ớc Xác định số chuyến phát sinh/hấp dẫn vùng: Q trình khảo sát giao thơng kết hợp với vấn O-D dọc theo tuyến xác định đ ợc l u l ợng giao thông l i vùng 24 gi ể xác định số chuyến phát sinh/hấp dẫn t i vùng, ta phải qui đổi thành số l ợng ng i tham gia giao thông t ơng ứng với lo i ph ơng tiện sử dụng, tức phải nh n kết đếm xe lo i ph ơng tiện với hệ số sử dụng (số ng i sử dụng trung bình lo i xe) Xác định mơ hình Phát sinh thu hút chuyến đi: Trên sở số liệu thống kê, điều tra khảo sát đ ợc, tiến hành x y d ng mơ hình tốn xác định hàm xu phát triển đối t ợng khứ t i để ngo i suy cho t ơng lai Các mơ hình Phát sinh thu hút chuyến đ ợc phát triển có d ng hàm tuyến tính đa biến nh đ ợc trình bày theo ph ơng trình sau đ y: Phát sinh: Gi = akXki + C (1) Thu hút : Ai = bkXkj + D (2) Trong đó: Xki: Biến số giải thích THƠNG BÁO KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ* SỐ 1-2012 vùng i X1i : D n số vùng X2i : Số lao động vùng X3i : Số HS-SV t i tr ng vùng ak, bk: Các tham số; C, D : Hằng số Có thể sử dụng trình Regression ph n tích liệu Data Analysis phần mềm Excel để xác định số tham số mơ hình 2.1.2 Xác định số chuyến phát sinh hấp dẫn cho vùng năm dự báo: Qúa trình ph n tích hồi qui nh nói xác định đ ợc số tham số mơ hình, từ xác định đ ợc mơ hình phát sinh/hấp dẫn chuyến Sau đó, thay biến số X1, X2, X3 ứng với năm d báo vào mơ hình xác định đ ợc số chuyến phát sinh hấp dẫn cho vùng năm d báo 2.2 Bƣớc 2: Ở b ớc 1, ta xác định đ ợc tổng số chuyến (Oi) đến (Dj) vùng năm d báo Trong b ớc xác định số chuyến ph n bổ vùng với (ma trận O-D) Việc xác định số chuyến vùng phụ thuộc vào đặc điểm hấp dẫn điểm đích vùng khác chi phí nh mức độ thuận lợi h n chế việc l i Phương pháp tính tốn : Áp dụng mơ hình hấp dẫn Drew Theo mơ hình, số chuyến hai vùng liên quan tr c tiếp đến ho t động khu v c mà đ ợc thể số chuyến phát sinh quan hệ tỉ lệ nghịch với s ph n chia khu v c đ ợc thể hàm th i gian l i Các ràng buộc sử dụng mơ hình: 96 1. Vij  Oi j 2. Vij  D j j 3. Oi   D j i j Mơ hình hấp dẫn d ng tổng quát: Vij = KijOiDjZ(tij) (3) Trong đó: + Oi: Số chuyến phát sinh từ vùng i + Dj: Số chuyến hấp dẫn đến vùng j + Vij: Số chuyến từ vùng i tới vùng j + Z(tij): Nh n tố phản ánh trở ng i l i có x d ng Z(tij) = t ij + tij: Th i gian l i vùng i j + x: hệ số phản ánh mục đích l i ng i d n (0,5≤ x ≤1 với chuyến làm; 2≤ x ≤3 với chuyến l i) + Kij đ ợc biểu diễn bj (Kij = aibj) Từ (3), ta có: Vij = aibjOiDj t ij x (4) Với:   (b j D j / t ijx ) (5) j bj   (ai Oi / tijx ) (6) i Các b ớc tính tốn đ ợc tiến hành nh sau : Giả thiết tất bj = Tính hệ số ai(1) theo cơng thức: ai(1)   (b j D j / tijx ) (7) j Tính Vij(1) theo cơng thức: Vij(1) = ai(1)bjOiDj t ij x (8) Tính hệ số b (j 2) theo công thức : b(j 2)   (a Oi / tijx ) (1) i (9) i Tính hệ số ai( 2) theo cơng thức THƠNG BÁO KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ* SỐ 1-2012 Tính Vij(2): Vij(2) = ai(2)bj(2)OiDj t ij x (10) Tiếp tục khi: ain = ain-1; bin = bin-1 ; Vijn = Vijn-1 2.3 Bƣớc 3: Ở b ớc 2, kết đ t đ ợc số chuyến ph n bổ vùng với (ma trận O-D) Trên sở đó, ta tính số l ợng chuyến th c vùng ph ơng thức vận tải khác Phương pháp tính tốn: ể ph n chia ph ơng tiện giao thơng, áp dụng Mơ hình Xác suất l a chọn ph ơng tiện vận tải cá nh n (Logit Model) Mơ hình đ a biến mơ tả tình hình tr ng thái l a chọn mà sở d a lý thuyết hành vi ng i tiêu dùng Mỗi giải pháp đ ợc mô tả hàm thỏa dụng xác suất mà ng i l a chọn hàng lo t giải pháp đ ợc biểu diễn biểu thức tốn học quan điểm lợi ích kể 2.3.1 Dạng hàm thỏa dụng (U) cho loại phƣơng thức lại: Hàm thỏa dụng xác định mức độ thỏa mãn cá nh n theo s l a chọn họ ể xác định hàm thỏa dụng cần phải l a chọn biến d ng hàm phản ánh quan hệ liên quan biến số D ới đ y hàm thỏa dụng ứng với số lo i ph ơng thức đ ợc l a chọn: - Hàm thỏa dụng cho xe buýt: Ubus = a0_bus + a1×x1_bus + a2×x2_bus + a3×x3_bus (11) - Hàm thỏa dụng cho xe máy: Umo = a0_mo + a1×x1_mo + a2×x2_mo + a3×x3_mo + a4×x4_mo (12) - Hàm thỏa dụng cho xe đ p: Ubi = a0_bi + a1×x1_bi + a2×x2_bi + 97 a3×x3_bi + a4×x4_bi (13) Trong đó: x1: khoảng cách l i (km) x2: th i gian l i (kể xe hao phí, phút) x3: chi phí l i (chi phí cần thiết chi phí khác, ngàn đồng) x4: số ph ơng tiện cá nh n sở hữu a1, a2, a3, a4: tham số kèm với biến số t ơng ứng a0_bus, a0_mo, a0_bi: tham số không kèm với biến số lo i ph ơng tiện 2.3.2 Xác định hàm thỏa dụng cho loại phƣơng thức lại: ể xác định hàm thỏa dụng cho lo i ph ơng thức l i, ta cần xác định hệ số kèm với biến số (sở hữu ph ơng tiện cá nh n, khoảng cách l i, th i gian chi phí l i) Ph ơng pháp đ ợc sử dụng ớc l ợng hệ số cần tìm “Maximum likehood” Giá trị hệ số ớc l ợng theo Maximum likehood giá trị hợp lý ứng với mẫu quan sát Hàm Likehood: N L*   n 1  P (i) yin n (14) iCn Trong đó: Pn (i)  e  ' xin  jCn e  ' x jn (15) Pn(i): khả cá nh n n l a chọn i yin= đối t ợng khảo sát n chọn l a chọn i, ng ợc l i Giá trị hệ số cần tìm hàm thỏa dụng giá trị mà t i hàm Likehood đ t giá trị c c đ i Tuy nhiên, ng i ta th ng c c đ i logarit hàm Likehood thay c c đ i hàm logarit th c s hàm đơn điệu tăng Lấy logarit hàm Likehood “Log-Likehood” ta có: THƠNG BÁO KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ* SỐ 1-2012 N L n 1 y iCn in (  ' xin  ln  e jCn  ' x jn ) (16) Giá trị hệ số cần tìm hàm thỏa dụng giá trị mà t i hàm Likehood đ t giá trị c c đ i Có thể sử dụng ch ơng trình Hielow để tính toán xác định tham số hàm thỏa dụng cho lo i ph ơng thức l i 2.3.3 Mơ hình Logit đa nhân tố: Mơ hình Logit đa nh n tố cho phép xác định phần trăm cá nh n ứng với ph ơng thức vận tải k: Pk  eUk n e (17) Uk i 1 Pk: xác suất cá nh n chọn l a ph ơng thức vận tải k Uk: hàm thoả dụng ph ơng thức vận tải k n: số ph ơng thức vận tải 2.4 Bƣớc 4: Sau d báo đ ợc số chuyến th c ph ơng thức khác vùng Trên sở m ng l ới giao thông tỉnh đ ợc quy ho ch, ta cần d báo đ ợc số chuyến đ ng ứng với ph ơng thức khác y đ ợc xem b ớc cuối mơ hình d báo nhu cầu b ớc Phương pháp tính tốn: Việc xác định số chuyến ứng với ph ơng thức tuyến nối hai vùng đến đ ợc th c theo nguyên tắc: tất tuyến nối hai cặp điểm đ ợc ấn định l u l ợng tùy thuộc vào mức trở ng i tuyến, hai tuyến có mức trở ng i giao thơng hai tuyến đ ợc ấn định l u l ợng nh nhau; tuyến r1 có mức trở ng i giao thơng lớn tuyến r2 tuyến r1 có l u 98 l ợng nhỏ tuyến r2 Nguyên tắc đ ợc diễn đ t theo d ng toán tối u nh sau: MinZ(t) =  a xa t a (w)dw (18) rs Với ràng buộc là:  f k  Qrs  k Trong đó: + Z(t): hàm mục tiêu theo th i gian rs rs + xa    a ,k f k k rs +  a,rsk biến ảo, [1] đ ng k cặp OD chứa đ ng nối a [0] đ ng k không chứa + f krs : luồng l u thông đ ng k căp OD ( f krs  ) + ta(xa): th i gian đ ng nối đ ng nối a + Qrs : hành trình OD cặp OD Cách giải toán đ ợc gọi thuật toán Frank-Wolf nh đ ợc giải thích d ới đ y: Bƣớc 0: Khởi đầu: Cho đếm lặp n = Th c lần ph n bổ cho tất khơng gán thu đ ợc kiểu luồng x a(n ) Bƣớc 1: Cập nhật tổn thất thời gian đƣờng nối: C p nhật tổn thất th i gian ta( x a(n ) ) d a kiểu luồng x a(n ) Bƣớc 2: Tìm hƣớng: Th c việc gán tất không gán d a tổn thất th i gian ta( x a(n ) ) đ ng nối thu đ ợc kiểu luồng phụ trợ y a(n ) Tìm h ớng xi d(n) nh hiệu số x a(n ) y a(n ) nh sau: d(n) = y a(n ) - x a(n ) Bƣớc 3: Tìm tuyến: Xác định cỡ b ớc  cách giải toán sau: MinZ( x a(n ) +d(n)) với ràng buộc  : THÔNG BÁO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ* SỐ 1-2012    Bƣớc 4: Cập nhật kiểu lƣu thơng: Tìm kiểu l u thông cách ( n 1) đặt: xa = x a(n ) + ( y a(n ) - x a(n ) ) Bƣớc 5: Kiểm tra tiêu chuẩn hội tụ: Nếu đ t đ ợc tiêu chuẩn hội tụ dừng l i Ng ợc l i, đặt: n = n+1 bắt đầu l i vòng lặp Về việc kiểm tra tiêu chuẩn hội tụ, ta chọn hai tiêu chuẩn 1 2 Hai tiêu chuẩn t ơng ứng đ ợc diễn đ t hai ph ơng trình sau:  ( xa(n1)  xa( x) )t a ( xa(n) )   (*) a max ( xa( n 1)  xa( x )  2 xa( n ) (**) Ph ơng trình (*) giới h n việc thay đổi hàm mục tiêu; ph ơng trình (**) giới h n tối đa hiệu th ơng số t ơng đối luồng đ ng nối lần lặp ể giải toán theo thuật tốn nh nói th ng ng i ta sử dụng ch ơng trình tính tốn máy tính điện tử Hiện ch ơng trình JICA STRADA (Hệ thống ph n tích nhu cầu giao thơng) đ ợc sử dụng 99 KẾT LUẬN Việc ph n tích, d báo nhu cầu l i có tầm quan trọng lớn quy ho ch giao thơng Do đó, q trình th c cần đ ợc tiến hành cách khoa học cách sử dụng mơ hình d báo giao thơng, đ ợc x y d ng số liệu xác, cụ thể đ ợc coi nh yếu tố bắt buộc cho đánh giá liên quan đến giao thông Hiện nay, Việt Nam bắt đầu áp dụng mơ hình ph n tích nh nói số d án quy ho ch giao thơng tổng thể t i thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội ã đến lúc tỉnh Phú Yên nên xem xét việc áp dụng mơ hình ph n tích quy ho ch m ng l ới giao thông địa bàn tỉnh Nếu có trình t ph ơng pháp đắn đánh giá mặt giao thông, chắn có quy ho ch thiết kế hợp lý, góp phần t o hệ thống giao thông thuận tiện, văn minh, đ i địa bàn toàn tỉnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê ức Qu n Nghiên cứu x y d ng m ng l ới xe buýt địa bàn thành phố Tuy Hòa đến năm 2020 Luận văn th c sĩ khoa học kỹ thuật – i học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Năm 2010 [2] Trung t m T vấn Phát triển Giao thông Vận tải - Tr ng i học Giao thông Vận tải Báo cáo tổng hợp quy ho ch phát triển vận tải hành khách cơng cộng thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2025 Năm 2009 [3] Công ty AlMec Báo cáo Quy ho ch tổng thể nghiên cứu khả thi giao thông vận tải đô thị khu v c thành phố Hồ Chí Minh (Houstrans) Năm 2004 [4] Tom Domencich and Daniel L McFadden Urban Travel Demand North-Holland Publishing Co 1975 ... đến giao thông Hiện nay, Việt Nam bắt đầu áp dụng mơ hình ph n tích nh nói số d án quy ho ch giao thông tổng thể t i thành phố Hồ Chí Minh Hà Nội ã đến lúc tỉnh Phú n nên xem xét việc áp dụng. .. dụng mơ hình ph n tích quy ho ch m ng l ới giao thông địa bàn tỉnh Nếu có trình t ph ơng pháp đắn đánh giá mặt giao thông, chắn có quy ho ch thiết kế hợp lý, góp phần t o hệ thống giao thông thuận... hàm thoả dụng ph ơng thức vận tải k n: số ph ơng thức vận tải 2 .4 Bƣớc 4: Sau d báo đ ợc số chuyến th c ph ơng thức khác vùng Trên sở m ng l ới giao thông tỉnh đ ợc quy ho ch, ta cần d báo đ ợc