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.

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

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 về ứng dụng m hình dự báo nhu cầu 4 bước

để dự báo nhu cầu đi lại trong qui hoạch giao th ng tỉnh Phú Yên Đặc biệt m hình này được áp dụng rộng rãi ở các nước phát triển và đang được cơ quan hợp tác Nhật Bản (JICA)

áp dụng ở một số dự án phát triển giao th ng tổng thể tại thành phố Hồ Chí Minh

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Qúa trình ph n tích d báo nhu cầu đi l i

là một kh u quan trọng nhất trong quy trình

quy ho ch giao thông Từ tr ớc đến nay,

việc d báo nhu cầu giao thông và ph ơng

tiện vận tải cho t ơng lai th ng chỉ d a trên

các chỉ số tăng tr ởng bình qu n hàng năm

nh mức độ tăng d n số hay tổng sản phẩm

quốc nội (GDP) và th ng cho kết qủa có độ

chính xác không cao

Trong bài báo này, tác giả nghiên cứu

ứng dụng mô hình d báo nhu cầu 4 b ớc để

d báo nhu cầu đi l i trong quá trình quy

ho ch giao thông trên địa bàn tỉnh Phú Yên

y là mô hình tiên tiến nhất dùng để ph n

tích, d báo nhu cầu đi l i trong t ơng lai đã

đ ợc áp dụng ở nhiều n ớc phát triển trên

thế giới ặc biệt mô hình này đã và đang

đ ợc cơ quan hợp tác Nhật Bản (JICA) áp

dụng ở một số d án phát triển giao thông

tổng thể ở một số n ớc trong đó có Việt

Nam

2 PHƯƠNG PHÁP LUẬN

Qui trình d báo nhu cầu giao thông

theo mô hình (hình 1) gồm 4 b ớc đ ợc khái

quát bằng l u đồ d ới đ y:

(1) Mô hình phát sinh và thu hút

chuyến đi: để tính tổng số l ợng các chuyến

đi phát sinh và thu thút cho từng khu v c phân tích

(2) Mô hình ph n bổ chuyến đi: để tính số l ợng chuyến đi th c hiện giữa các khu v c ph n tích

(3) Mô hình tỷ lệ đảm nhận ph ơng thức: để tính số l ợng chuyến đi th c hiện bằng các ph ơng thức vận tải khác nhau giữa các khu v c

(4) Mô hình ph n bổ giao thông: để tính số l ợng chuyến đi trên đ ng ứng với từng ph ơng thức vận tải khác nhau

2.1 Bước 1:

2.1.1 Xây dựng mô hình phát sinh/Hấp dẫn chuyến đi:

1 Phân vùng:

Khu v c nghiên cứu (tỉnh Phú Yên) đ ợc ph n chia thành các vùng d a trên các nguyên tắc sau:

- Ph n chia vùng theo quản lý hành chính hoặc theo đặc tính về ph n bố m ng

l ới giao thông vận tải, hoặc theo địa hình

- ảm bảo mỗi vùng có một đ ng giao thông chính đi qua, xem nh đ ng trục chính của vùng nối với trung t m thành phố

và các vùng xung quanh

2 Thu thập, thống kê - xử lý số

liệu :

Thu thập số liệu là b ớc đầu tiên

trong quá trình th c hiện nghiên cứu Số liệu

thu thập đ ợc là cơ sở th c hiện các b ớc

tiếp theo Nội dung công việc thu thập số liệu th ng bao gồm thu thập tài liệu, số liệu sẵn có từ các nguồn và thu thập số liệu thông qua điều tra khảo sát giao thông

Hính 1 Qui trình d báo nhu cầu giao thông theo mô hình 4 b ớc

3 Xác định số chuyến đi phát

sinh/hấp dẫn hiện tại của mỗi vùng:

Quá trình khảo sát giao thông kết

hợp với phỏng vấn O-D dọc theo tuyến sẽ

xác định đ ợc l u l ợng giao thông đi l i

của mỗi vùng trong 24 gi

ể xác định số chuyến đi phát

sinh/hấp dẫn hiện t i của mỗi vùng, ta phải

qui đổi thành số l ợng ng i tham gia giao

thông t ơng ứng với mỗi lo i ph ơng tiện sử

dụng, tức là phải nh n các kết quả đếm xe

của từng lo i ph ơng tiện với một hệ số sử

dụng (số ng i sử dụng trung bình của mỗi

lo i xe)

4 Xác định mô hình Phát sinh và thu hút chuyến đi:

Trên cơ sở các số liệu thống kê, điều tra khảo sát đ ợc, tiến hành x y d ng

mô hình toán xác định hàm xu thế phát triển của đối t ợng trong quá khứ và hiện t i để ngo i suy cho t ơng lai

Các mô hình Phát sinh và thu hút chuyến đi đ ợc phát triển có d ng hàm tuyến tính đa biến nh đ ợc trình bày theo các

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

Khoảng cách đi l i

giữa các vùng Ph n bố chuyến đi Ma trận OD

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

M ng l ới t ơng lai Ph n bố giao thông L u l ợng giao thông

đ ợc ph n bổ

Khung KT-XH hiện

t i và quy ho ch của

thành phố

Mô hình phát sinh và thu hút chuyến đi

Số chuyến đi phát sinh/ thu hút BƯỚC 1

BƯỚC 2

BƯỚC 3

BƯỚC 4

của vùng i

X1i : D n số trong một vùng

X2i : Số lao động trong một vùng

X3i : Số HS-SV t i tr ng trong một vùng

ak, bk: Các tham số; C, D : Hằng số

Có thể sử dụng trình Regression

của bộ ph n tích dữ liệu Data Analysis trong

phần mềm Excel để xác định các hằng số và

tham số của mô hình

2.1.2 Xác định số chuyến đi phát sinh và

hấp dẫn cho từng vùng ở năm dự báo:

Qúa trình ph n tích hồi qui nh nói

trên sẽ xác định đ ợc các hằng số và tham số

của mô hình, từ đó xác định đ ợc mô hình

phát sinh/hấp dẫn chuyến đi Sau đó, thay

các biến số X1, X2, X3 ứng với năm d báo

vào mô hình sẽ xác định đ ợc số chuyến đi

phát sinh và hấp dẫn cho từng vùng ở năm

d báo

2.2 Bước 2:

Ở b ớc 1, ta đã xác định đ ợc tổng số

chuyến đi (Oi) và đến (Dj) của mỗi vùng ở

năm d báo Trong b ớc 2 này sẽ xác định

số chuyến đi ph n bổ giữa các vùng với nhau

(ma trận O-D)

Việc xác định số chuyến đi giữa mỗi

vùng phụ thuộc vào đặc điểm hấp dẫn của

các điểm đích ở các vùng khác và chi phí

cũng nh mức độ thuận lợi và h n chế của

việc đi l i

Phương pháp tính toán : Áp dụng

mô hình hấp dẫn Drew

Theo mô hình, số chuyến đi giữa hai

vùng liên quan tr c tiếp đến các ho t động

trong khu v c mà đ ợc thể hiện bởi số

chuyến đi phát sinh và quan hệ tỉ lệ nghịch

với s ph n chia giữa các khu v c đ ợc thể

hiện bởi hàm th i gian đi l i

Các ràng buộc khi sử dụng mô hình:















j j i

i

j j

ij

i j

ij

D O

D V

O V

3

2

1

Mô hình hấp dẫn d ng tổng quát:

Vij = KijOiDjZ(tij) (3) Trong đó:

+ Oi: Số chuyến đi phát sinh từ vùng i + Dj: Số chuyến đi hấp dẫn đến vùng j + Vij: Số chuyến đi từ vùng i tới vùng j + Z(tij): Nh n tố phản ánh trở ng i đi l i có

d ng Z(tij) = t ijx

+ tij: Th i gian đi l i giữa vùng i và j + x: hệ số phản ánh mục đích đi l i của

ng i d n (0,5≤ x ≤1 với các chuyến đi làm; 2≤ x ≤3 với các chuyến đi còn l i)

+ Kij đ ợc biểu diễn bởi ai và bj (Kij = aibj)

Từ (3), ta có: Vij = aibjOiDj x

ij

t (4) Với:





j

x ij j j i

t D b

a

) / (

1

(5)





i

x ij i i j

t O a

b

) / (

1

(6)

Các b ớc tính toán đ ợc tiến hành

nh sau :

1 Giả thiết tất cả các bj = 1

2 Tính các hệ số ( 1 )

i

a theo công thức:





j

x ij j j i

t D b

a

) / (

1

) 1 (

3 Tính các V ij (1) theo công thức:

V ij (1) = a i (1)bjOiDj x

ij

t (8)

4 Tính các hệ số ( 2 )

j

b theo công thức :





i

x ij i i j

t O a

b

) / (

1

) 1 ( )

2 (

5 Tính các hệ số ( 2 )

i

a theo công thức trên

6 Tính V ij (2):

V ij (2) = a i (2)b j (2)OiDj x

ij

t (10)

7 Tiếp tục cho đến khi:

a i n = a i n-1 ; b i n = b i n-1 ; V ij n = V ij n-1

2.3 Bước 3:

Ở b ớc 2, kết quả đ t đ ợc chính là

số chuyến đi ph n bổ giữa các vùng với nhau

(ma trận O-D) Trên cơ sở đó, ta sẽ tính số

l ợng chuyến đi th c hiện giữa các vùng

bằng các ph ơng thức vận tải khác nhau

Phương pháp tính toán:

ể ph n chia ph ơng tiện giao thông,

có thể áp dụng Mô hình Xác suất l a chọn

ph ơng tiện vận tải của mỗi cá nh n (Logit

Model)

Mô hình đ a ra các biến mô tả tình

hình tr ng thái l a chọn mà cơ sở là d a trên

lý thuyết về hành vi ng i tiêu dùng Mỗi

giải pháp đ ợc mô tả bởi hàm thỏa dụng và

xác suất mà một ng i l a chọn một trong

hàng lo t các giải pháp đ ợc biểu diễn bằng

biểu thức toán học trên quan điểm lợi ích kể

trên

2.3.1 Dạng hàm thỏa dụng (U) cho mỗi

loại phương thức đi lại:

Hàm thỏa dụng xác định mức độ thỏa

mãn của một cá nh n theo s l a chọn của

họ ể xác định một hàm thỏa dụng cần phải

l a chọn các biến và d ng hàm phản ánh

quan hệ liên quan giữa các biến số D ới đ y

là hàm thỏa dụng ứng với một 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 +

a3×x3_bi + a4×x4_bi (13)

Trong đó:

x1: khoảng cách đi l i (km) x2: th i gian đi l i (kể cả trên xe và hao phí, phút)

x3: chi phí đi l i (chi phí cần thiết và chi phí khác, ngàn đồng)

x4: số ph ơng tiện cá nh n sở hữu a1, a2, a3, a4: các tham số đi kèm với các biến số t ơng ứng

a0_bus, a0_mo, a0_bi: các tham số không đi kèm với biến số của các lo i ph ơng tiện

2.3.2 Xác định hàm thỏa dụng cho mỗi loại phương thức đi lại:

ể xác định hàm thỏa dụng cho mỗi

lo i ph ơng thức đi l i, ta cần xác định các

hệ số đi kèm với các biến số (sở hữu ph ơng tiện cá nh n, khoảng cách đi l i, th i gian và chi phí đi l i) Ph ơng pháp đ ợc sử dụng trong ớc l ợng các hệ số cần tìm là

“Maximum likehood” Giá trị hệ số ớc

l ợng theo Maximum likehood là giá trị hợp

lý nhất ứng với những mẫu quan sát

Hàm Likehood:











n in

C i

y n N

n

i P

1

*

(14) Trong đó:



n jn in

C j x

x n

e

e i

'

)



(15)

Pn(i): khả năng cá nh n n l a chọn i

yin= 1 nếu đối t ợng khảo sát n chọn l a chọn i, ng ợc l i bằng 0

Giá trị hệ số cần tìm trong hàm thỏa dụng là giá trị mà t i đó hàm Likehood đ t giá trị c c đ i Tuy nhiên, ng i ta th ng

c c đ i logarit của hàm Likehood thay vì

c c đ i chính nó vì hàm logarit th c s là hàm đơn điệu tăng Lấy logarit hàm Likehood “Log-Likehood” ta có:

 









jn

C

x in

in N

n

e x

y

L ( ' ln ' )

1



Giá trị hệ số cần tìm trong hàm thỏa

dụng là giá trị mà t i đó hàm Likehood đ t

giá trị c c đ i

Có thể sử dụng ch ơng trình Hielow

để tính toán xác định các tham số trong hàm

thỏa dụng cho mỗi lo i ph ơng thức đi l i

2.3.3 Mô hình Logit đa nhân tố:

Mô hình Logit đa nh n tố cho phép

xác định phần trăm các cá nh n ứng với từng

ph ơng thức vận tải k:





i Uk

Uk k

e

e P

1

Pk: xác suất cá nh n chọn l a ph ơng thức

vận tải k

Uk: hàm thoả dụng của ph ơng thức vận tải k

n: số ph ơng thức vận tải

2.4 Bước 4:

Sau khi d báo đ ợc số chuyến đi

th c hiện bằng các ph ơng thức khác nhau

giữa các vùng Trên cơ sở m ng l ới giao

thông tỉnh đã đ ợc quy ho ch, ta cần d báo

đ ợc số chuyến đi trên đ ng ứng với từng

ph ơng thức khác nhau y đ ợc xem là

b ớc cuối cùng trong mô hình d báo nhu

cầu 4 b ớc

Phương pháp tính toán:

Việc xác định số chuyến đi ứng với

mỗi ph ơng thức trên từng tuyến nối giữa

hai vùng đi và đến sẽ đ ợc th c hiện theo

nguyên tắc: tất cả các tuyến có thể nối giữa

hai cặp điểm sẽ đ ợc ấn định l u l ợng tùy

thuộc vào mức trở ng i của tuyến, nếu hai

tuyến có cùng mức trở ng i giao thông thì

hai tuyến đó sẽ đ ợc ấn định l u l ợng nh

nhau; nếu tuyến r1 có mức trở ng i giao

thông lớn hơn tuyến r2 thì tuyến r1 sẽ có l u

l ợng nhỏ hơn tuyến r2

Nguyên tắc trên đ ợc diễn đ t theo

d ng bài toán tối u nh sau:

MinZ(t) = t w dw

a

x a

a

) (

0

 (18)

Với ràng buộc là:  0

k

rs

rs

f

Trong đó:

+ Z(t): hàm mục tiêu theo th i gian + 

rs k rs k a

+ rs k a,

 là biến ảo, bằng [1] khi đ ng k giữa cặp OD chứa đ ng nối a hoặc bằng [0] khi

đ ng k không chứa

+ rs k

f : là luồng l u thông trên đ ng k giữa căp OD ( rs  0

k

+ ta(xa): là th i gian trên đ ng nối của

đ ng nối a + Qrs : là các hành trình OD giữa cặp OD

Cách giải bài toán này đ ợc gọi là thuật toán Frank-Wolf nh đ ợc giải thích

d ới đ y:

Bước 0: Khởi đầu: Cho bộ đếm lặp n = 1

Th c hiện lần ph n bổ cho tất cả hoặc không gán gì cả và thu đ ợc kiểu luồng (n)

a

Bước 1: Cập nhật các tổn thất thời gian trên đường nối: C p nhật các tổn thất th i

gian ta( (n)

a

x ) d a trên kiểu luồng (n)

a

x

Bước 2: Tìm hướng: Th c hiện việc gán

tất cả hoặc không gán gì cả d a trên tổn thất

th i gian ta( (n)

a

x ) trên đ ng nối và thu đ ợc kiểu luồng phụ trợ (n)

a

y Tìm h ớng xuôi d(n)

nh hiệu số giữa (n)

a

x và (n)

a

y nh sau: d(n)

=

)

(n

a

a

Bước 3: Tìm tuyến:

Xác định cỡ b ớc  bằng cách giải bài toán sau:

MinZ( (n)

a

x +d(n)) với ràng buộc về  :

0  1

Bước 4: Cập nhật kiểu lưu thông:

Tìm kiểu l u thông mới bằng cách

đặt: (n 1 )

a

x = (n)

a

x + ( (n)

a

y - (n)

a

x )

Bước 5: Kiểm tra tiêu chuẩn hội tụ:

Nếu đ t đ ợc tiêu chuẩn hội tụ thì

dừng l i Ng ợc l i, đặt: n = n+1 rồi bắt đầu

l i vòng lặp Về việc kiểm tra tiêu chuẩn hội

tụ, ta có thể chọn một trong hai tiêu chuẩn 1

và 2 Hai tiêu chuẩn này t ơng ứng đ ợc

diễn đ t bằng hai ph ơng trình sau:

a

n a a x a n

a x t x

x( 1) ( )) ( ( )) 1

2 )

(

) ( ) 1 (

(

max  n 

a

x a n a x

x x

(**)

Ph ơng trình (*) chỉ giới h n của việc

thay đổi đối với hàm mục tiêu; ph ơng trình

(**) chỉ giới h n tối đa của hiệu th ơng số

t ơng đối của luồng trên đ ng nối giữa các

lần lặp

ể giải bài toán theo thuật toán nh

nói trên th ng ng i ta sử dụng ch ơng

trình tính toán bằng máy tính điện tử Hiện

nay ch ơng trình JICA STRADA (Hệ thống

ph n tích nhu cầu giao thông) là đ ợc sử

dụng hơn cả

3 KẾT LUẬN

Việc ph n tích, d báo nhu cầu đi l i

có tầm quan trọng rất lớn đối với quy ho ch giao thông Do đó, quá trình th c hiện cần

đ ợc tiến hành một cách khoa học bằng cách

sử dụng các mô hình d báo giao thông,

đ ợc x y d ng trên những số liệu chính xác,

cụ thể và nó đ ợc coi nh là yếu tố bắt buộc cho các đánh giá liên quan đến giao thông

Hiện nay, ở Việt Nam đã bắt đầu áp dụng mô hình ph n tích nh nói trên trong một số các d án quy ho ch giao thông tổng thể t i thành phố Hồ Chí Minh và Hà Nội ã đến lúc tỉnh Phú Yên nên xem xét việc áp dụng mô hình ph n tích này trong quy ho ch

m ng l ới giao thông trên địa bàn của tỉnh

Nếu chúng ta có một trình t và một

ph ơng pháp đúng đắn khi đánh giá về mặt giao thông, chắc chắn chúng ta sẽ có những bản quy ho ch và thiết kế hợp lý, góp phần

t o ra một hệ thống giao thông thuận tiện, văn minh, hiện đ i trên 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 trên 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 công cộng thành phố Hồ Chí Minh đến năm 2025 Năm 2009

[3] Công ty AlMec Báo cáo Quy ho ch tổng thể và nghiên cứu khả thi về 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