臺中都會區大眾捷運系統烏日文心北屯線運輸需求與運量預測

一、前言

臺中都會區大眾捷運系統烏日文心北屯線運輸需求預測模式建立之主要工作內容包含臺中都會區住訪調查資料、交通補充調查、基本資料蒐集及運輸需求預測分析模式建立等。在資料之蒐集調查、整理及分析方面,已考量各時段(全日、晨峰時段、昏峰時段、離峰時段)及不同預測年(基年、中間年、目標年等)之需求,根據調查及分析資料建立各年期旅次發生模組,並產出各時段之各交通分區之各旅次目的別、車輛持有別之產生量與吸引量,以供後續旅次分布、運具分配及交通量分派模組應用。

本計畫運輸需求預測分析模式提供了臺中都會區現況社經及交通資料檢核彙整、旅次活動特性分析、未來年運輸需求預測及圖形化GIS地理資料庫等分析功能,可做為臺中都會區大型交通建設計畫之運輸需求預測與分析工具,亦具有圖形GIS分析功能,英文名為TaiChung Metropolitan Transportation Planning Model,簡稱TCPM模式。

 

二、運輸需求預測模式

2.1. 模式架構

臺中都會區運輸需求預測分析模式(TCPM)主要採程序性總體需求模式-旅次發生、旅次分佈、運具分配、路網指派等四大步驟,模型流程如圖1

1. 臺中都會區運輸需求預測模式(TCPM)作業流程圖

 

2.2. 作業程序與理論方法

1. 旅次發生模組係進行不同旅次目的別之旅次產生與吸引量分析,探討各交通分區不同家戶類別之產生與吸引數。旅次發生模組中,旅次產生使用類目分析(Category Analysis)法,旅次吸引使用迴歸分析法(Regression Analysis)推導出各交通分區之旅次產生量與吸引量。

2. 旅次分佈模組功能是將旅次發生模組中產生、吸引端的旅次,透過模組建立之關係式,將各交通分區產生與吸引量,轉換為空間分佈型態的PA矩陣。旅次分佈模組應用重力模式(Gravity Model)將交通分區i所產生的旅次數分配到各迄點交通分區j

3. 運具分配模組以住訪調查資料分析各旅次目的之選擇行為,由效用函數求算各個交通分區間不同運具使用的比例,作為模式建構基礎。運具選擇模式在基年資料校估時採多項羅吉特模式(Multinomial Logit Models, MNL)進行分析,在目標年加入新大眾運具時採巢式羅吉特模式(Nested Logit Model, NL)進行校估。

4. 交通量分派(Tarffic Assignment)是指將交通分區間的旅次需求,依據交通流量特性、運輸路網特性以及使用者的選線行為等因素,分派到合理路徑的作業程序。交通量分派模組在大眾運輸路網運量分派係採用最短路徑指派法(Shortest Path),將各大眾運具旅次分別分派至路網上。道路路網交通量分派則採用多重運具均衡分派法(Multi-Modal Equilibrium Assignment),將汽車旅次與機車旅次分別分派至道路路網上。

2.3. 研究範圍與方法

1. 空間範圍

主要包括臺中市全部29個行政區、彰化縣8個行政區(彰化市、和美鎮、鹿港鎮、福興鄉、秀水鄉、花壇鄉、伸港鄉、線西鄉)及南投縣2個行政區(南投市、草屯鎮)共計39個行政區。

2. 時間範圍

基年設定主要係考量相關基礎資料統計、交通量調查與住訪調查主要調查時間,以民國102年為計畫基年,而目標年其設定配合計畫分析需求,訂定本計畫目標年為民國130年,中間年期則訂定中間年為民國110年與民國120年。

2.4. 資料分析型態

1. 旅次目的分類

本計畫在進行原始資料分析時,將旅次目歸類為家工作旅次(HBW)、家學校6-15歲旅次(HBE6-15)、家學校15歲以上旅次(HBE15+)、家其他旅次(HBO)與非家旅次(NHB)5種旅次目的分類。

2. 家戶所得分類

本計畫針對家戶所得區分為5類,A類為家戶年所得低於60萬元者,B類為家戶年所得介於60100萬元者,C類為家戶年所得介於100140萬元者,D類為家戶年所得介於140180萬元者,E類為家戶年所得高於180萬元者。

1 本計畫車輛持有分類方式

車輛持有分類定義

NVA

持有0輛機動運具

IVA

持有1輛機動運具(汽車或機車)

2VA

持有2輛機動運具(汽車加機車總數等於2)

3VA

持有3輛機動運具(汽車加機車總數等於3)

MMA

持有4輛以上機動運具(汽車加機車總數4輛以上)

3. 車輛持有分類

本計畫以各家戶之機動運具之總持有數作為分類如表1,共分為6類。

4. 使用運具

(1) 運具選擇資料建立係將自行車獨立處理;運具分配細分為3大類-汽車、機車、大眾運輸。

(2) 貨車模組分為小貨車、大貨車。

(3) 界外模組分為6種-汽車、機車、大客車、台鐵、高鐵、航空。

(4) 大眾路網指派模組分為公車客運(市區公車、公路客運及國道客運)、軌道運輸(臺鐵、其他新運具)、高鐵(界外)

(5) 道路路網指派模組分為汽車(小客車+小貨車)、機車、大貨車。

2.5. 運輸需求預測成果

1.旅次產生率表

不同旅次目的之旅次產生基本單位有所不同,家工作旅次與住戶就業人數有直接關係,而各級學生之家上學旅次與家中各級學生就學人數有直接關係,因此本計畫依前述之30種所得-車輛持有類目,分為各類目住戶之平均住戶就業人數、6-15歲就學及15歲以上的就學人數,與各類目之家戶數求得各類目業別參數。

旅次率在初步計算之後,有部份分類為異常值,可能原因有該類目樣本數不足或無樣本,這些類目大多屬於高收入無車輛持有與低收入多車輛持有分類,對於這些類目旅次率之計算上不宜直接使用,因而本計畫進行修正,修正方式分為兩階段,第一階段為建立一迴歸式,以各類目初步旅次產生率和所得與車輛持有數建立一迴歸式,得到各類目旅次產生率迴歸值。第二階段則進行檢核,檢核方式為判別迴歸值與初步產生率之誤差。

2.旅次吸引率表

本計畫旅次吸引模組分析方式採迴歸分析法,依各旅次目的之特徵分別建構迴歸式。其中家工作旅次、家其他旅次與非家旅次吸引迴歸式因變數包含各級及業人口與公教人員,家上學旅次吸引迴歸式因邊數包含6-15歲及學人口與15+歲及學人口,家上學15+旅次因高中與大學之旅次情況較不一樣,故15+歲以上及學人口另分為高中、大學進行迴歸分析。

3.旅次數表

目標年旅次成長趨勢及旅次產生率如表2所示,各年期之年平均成長率有逐漸趨緩,各目的部分以HBE6-15HBE15+呈現負成長,其餘目的為正成長。學生旅次數減少因受學齡人口減少而導致學生旅次數下降。以整體旅次數分析,由基年至130年之旅次年平均成長率約為0.26%,旅次數呈現逐年緩慢增加之趨勢。旅次產生率呈現逐年增加,130年總旅次產生率含步行部分由基年1.94成長至1.97

 

2   目標年各年期旅次數與產生率彙整表(含步行)

年期

目的

HBW

HBO

HBE6-15

HBE15+

NHB

總計

102

旅次數

2,697,560

2,297,177

643,770

484,419

772,176

6,895,102

產生率

1.51

2.02

1.81

1.73

0.68

1.94

百分比

39.1%

33.3%

9.3%

7.0%

11.2%

100.0%

110

旅次數

2,753,956

2,537,705

581,775

438,313

858,573

7,170,321

產生率

1.52

2.11

1.82

1.74

0.71

1.93

百分比

38.4%

35.4%

8.1%

6.1%

12.0%

100.0%

120

旅次數

2,835,205

2,673,205

564,376

418,362

910,519

7,401,666

產生率

1.53

2.12

1.84

1.75

0.72

1.94

百分比

38.3%

36.1%

7.6%

5.7%

12.3%

100.0%

130

旅次數

2,834,396

2,698,642

552,155

398,182

922,467

7,405,843

產生率

1.54

2.12

1.86

1.77

0.73

1.97

百分比

38.3%

36.4%

7.5%

5.4%

12.5%

100.0%

 

三、模式輸出成果展示

本計畫將把所構建之整體運輸需求預測分析之旅次發生、旅次分佈、運具選擇及交通量分派四大模組資料,建立GIS地理資庫,將各分析模組之分析結果以圖形化方式呈現。資料庫內容包括以下資料:

1. 交通分區圖層與屬性值(如區界、參數資料)

2. 公路路網圖層與屬性值(如區心、節點、節線、參數資料)

3. 大眾運輸路網圖層與屬性值(如路線、站位、參數資料)

4. 交通分區之產生量、吸引量

5. 交通分區之社會經濟資料(如家戶數、人口數、及學人口數、及業人口數)

3.1. 圖形化GIS地理資料庫架構

GIS地理資料庫架構包含2大部分,分別為資料庫系統與運輸需求模式分析系統,其中模型彙整檔包含輸入(Input)與輸出(Output),輸入資料包含道路路網、社經資料、相關參數,而道路路網、社經資料則可透過資料庫系統,進行資料管理與編修,提供模型分析與應用,整體架構如圖2所示。

2. GIS地理資料庫架構示意圖

 

3.2. 自動化視窗操作介面

針對運輸需求模型以程式化方式進行畫整,本次利用GISDK生成巨集,以批次化處理大量運算,設計視窗化功能表介面方便一般使用者使用。

3. 自動化視窗操作介面示意圖

3.3. 圖形化展示與分析

1.資料庫系統圖形展示

針對本計畫圖形化GIS資料庫圖層包括以下3種類型(如圖4:

(1)      點圖層:住戶訪問基地特性圖層、軌道車站位置圖層

(2)      線圖層:高快速道路圖層、省縣道圖層、一般道路圖層、軌道路線圖層、公車路線圖層

(3)      面圖層:縣市範圍圖層、行政區範圍圖層、12大分區範圍圖層、交通分區圖層、水系圖層

4. 資料庫系統圖形展示

2.道路交通量指派結果展示

道路路網交通量分派以多重運具均衡分派(Multi-Modal Equilibrium Assignment)技術,亦即針對道路路網上小汽車、機車及公車三種不同運具之時間價值、行車成本,分別選擇最適路徑。本研究研究範圍之路網進行交通量分派結果如圖5所示。

5道路交通量指派展示示意圖

3.大眾運輸指派結果展示

在大眾運輸指派結果分為路線通過量與車站上下車量資料,大眾運輸量指派模組輸出結果,需與路網資料結合呈現,才能應用,其成果如圖6所示。

6大眾運輸量指派展示示意圖

 

四、捷運文心烏日北屯線預測成果展示

4.1. 車站進出運量

根據模式分析,目標年(民國130) 捷運烏日文心北屯線預估運量約為20.2萬人次/日。各站進出站量資料展示,需先開起大眾運輸路網檔案資料與車站指派結果資料,並將車站stop圖層顯示,使用Join功能,將車站指派結果與大眾路網資料結合,並使用Map\Chart Theme來進行大眾運輸量指派結果展示,如圖7所示。

7. 車站各站進出站量資料展示

4.2. 各站站間通過量資料

開起大眾運輸路網檔案資料與大眾運輸路線指派結果資料,並使用Route System\Linear Reterening\Attach功能來連結大眾運輸指派結果與大眾運輸路網間關係,連結完後,使用Route System\Linear Reterening\Strip chart功能於來進行各路線大眾運輸量通過量指派結果展示,如圖8所示。

8 車站站間通過量資料展示

 

4.3. 捷運車站轉向量資料

大眾運輸車站晨峰小時進出量輸出資料,在本計畫中放置於各年期TCPM\N04Y110_Bas\AM資料夾中,其檔案名稱為TASN_ONOHour.bin,開啟方式為開啟TransCAD軟體功能鍵點選File\Open,選取TCPM\N04Y110_Bas\AM資料夾後,選取TASN_ONOHour.bin就可開啟。

9. 捷運車站進出站轉向資料展示

 

五、結語

本計畫就總體運輸行為中之主要及重點部份,構建符合推理邏輯的模組,加以解釋、預測,故仍有改進的地方,建議後續應持續對模式功能加以檢討更新。本研究針對各模組未來努力之發展方向檢討建議如下:

1.旅次發生模組-本次仍以「住戶特性」為分類,未來可考量以「個人特性」為分類,即旅次鏈的方式進行分析。

2.旅次分佈模組-可朝多核心多分佈模式型態之方向檢討,即臺中市內一分佈模式,彰化縣內另一分佈模式,南投縣內又另一分佈模式,彼此間又構建另外型態之分佈模式。

3.運具分配模式-目前因臺中尚未有捷運系統提供服務,故運具選擇模式構建時以運具選擇之敘述性偏好(SP)問卷調查來校估新運具加入後運具分配模式,未來在捷運烏日文心北屯線通車後可再進行補充調查來調校運具選擇模式。

4.交通量分派模組-目前因部分軌道系統建設計畫尚未有確切路線車站位置與周邊開發之配套措施(如雙港輕軌),未來相關捷運建設路網與車站位置確認後,可重新檢討捷運路網運量分派。