高速公路城區(qū)段交通量組合預測方法研究

邱永鴻

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518049）

科技研究

高速公路城區(qū)段交通量組合預測方法研究

邱永鴻

（深圳高速工程顧問有限公司，廣東 深圳 518049）

目前高速公路交通預測方法側(cè)重分析跨區(qū)域間的公路交通需求，難以有效反映高速公路進入城市連綿建成區(qū)后，其承擔的城市交通對交通量的影響，既有公路交通量預測方法不大適用于城區(qū)段高速公路交通量預測。對公路交通量預測方法進行改進，建立了適用于城區(qū)段高速交通量預測的傳統(tǒng)公路交通量預測方法和城市交通預測方法相結(jié)合的組合預測方法。組合預測方法以成熟的城市交通預測流程為基礎，交通生成和交通分布階段采用兩種方法分別平行進行預測。在交通分布 /交通方式劃分階段，利用公路交通量預測方法預測所得項目影響區(qū)車輛 OD 矩陣，對城市交通規(guī)劃模型獲得的分車型 OD 矩陣進行校正。最后利用校正后的 OD 矩陣在城市交通規(guī)劃模型中進行分配得到預測結(jié)果。該預測方法已應用于廣深沿江高速沙井互通工程可行性研究交通量預測。

高速公路；交通量；組合預測方法；交通集散點；城市交通功能

0 引言

公路交通量預測是建設項目必要性和可行性的前提和基礎，是決定公路項目效益的核心內(nèi)容之一，也是可行性研究的關鍵部分。交通量預測結(jié)果是決定公路技術等級、建設規(guī)模以及進行國民經(jīng)濟評價的基本依據(jù)[1]。

公路交通量預測方法已經(jīng)較成熟，目前高速公路交通量預測普遍采用《公路建設項目可行性研究報告編制辦法》要求的以汽車出行起訖點矩陣為基礎的“四階段預測法”[2]。關于高速公路交通量預測的研究主要集中在“四階段預測法”的應用及對預測結(jié)果的精度分析及方法完善[3-8]。城區(qū)段高速公路由于沿線一般串聯(lián)城市重要片區(qū)，城區(qū)內(nèi)部的交通出行需求強度往往較大，其交通量構成與普通高速公路區(qū)段有著較大的不同。針對城區(qū)段高速公路，傳統(tǒng)的公路交通量預測方法一般難以有效分析其城區(qū)內(nèi)部交通出行，適用性較差。有學者研究了大都市環(huán)城高速公路交通流特征，分析了城區(qū)段高速公路承擔城市交通，交通需求較大的特點，并建立了與其功能和特點相適應的交通小區(qū)劃分方法和誘增交通量預測方法[9]。但研究主要探討了項目運營期間誘增交通量，還未建立完善的高速公路城區(qū)段的交通量預測方法。

因此，在高速公路前期研究工作中對傳統(tǒng)公路交通量預測方法進行改進，建立與城區(qū)段高速公路所承擔功能相適應的新交通量預測方法就顯得尤為重要。

1 高速公路城區(qū)段交通流特點分析

高速公路城區(qū)段與一般高速公路路段有相似處，也有許多不同的交通特征。由于城區(qū)段高速公路位于城區(qū)內(nèi)的獨特地理位置，所以其服務對象和功能定位較一般高速公路路段有較大不同[9]。其除了承擔一般高速公路路段所承擔的城市間的長距離對外交通聯(lián)系功能外，還要承擔沿線的城市內(nèi)部交通聯(lián)系功能及沿線主要片區(qū)和交通集散點集散功能（集散后轉(zhuǎn)換至其他對外通道往外）。由于多種功能的疊加，高速公路城區(qū)段的交通流量較一般路段更大，部分路段交通量甚至會間歇性接近于通行能力，交通結(jié)構差異性也較大。高速公路城區(qū)段由于承擔了更多的城市交通功能，小汽車比例較高。

以廣深沿江高速公路深圳段為例，廣深沿江高速公路北起廣州黃埔 107 國道，南至深港西部通道，為聯(lián)系香港、深圳、東莞、廣州的區(qū)域交通干線公路。其中，深圳段位于深圳的“西部發(fā)展軸”上，除承擔深圳與廣州、東莞、香港等城市的對外交通聯(lián)系，還承擔沿線片區(qū)之間的城市內(nèi)部交通聯(lián)系及沿線主要片區(qū)（前海、大空港、寶寶安區(qū)）和主要交通集散點（寶安機場和西部港區(qū)）對外交通集散功能。

2 公路交通量預測方法

公路交通量預測方法一般采用以汽車出行起訖點矩陣（簡稱 OD 表）為基礎的“四階段預測法”。其是基于運輸通道的交通量預測法，適用范圍較廣。無論是新建還是改擴建公路，無論區(qū)域路網(wǎng)是否有大的變化，都可用此法進行預測。但該預測方法難以完全反映高速公路城區(qū)段交通流特征，存在以下問題。

（1）獲取基礎矩陣調(diào)查方法的特點，決定其難以反映高速公路城區(qū)段承擔的市內(nèi)交通出行。

該預測方法是基于汽車出行起訖點矩陣（基礎 OD 矩陣通過調(diào)查現(xiàn)狀公路交通量后 OD 反推獲得），一般通過公路交通量調(diào)查獲得。公路交通量調(diào)查點一般較稀疏，一條公路只有 1～2 個調(diào)查點，難以調(diào)查到公路沿線片區(qū)之間的交通聯(lián)系，因此傳統(tǒng)的公路交通量預測方法從源頭上就難以反映高速公路進入城區(qū)后由于增加了較多的進出服務節(jié)點所要承擔的大量城市內(nèi)部交通聯(lián)系功能。

（2）預測方法小區(qū)劃分較大，也較難反映沿線內(nèi)部交通出行及集散點的集散交通出行。

由于公路交通量預測方法關注的是跨區(qū)域的交通出行，交通分區(qū)往往較大。如《廣州至深圳沿江高速工程可行性研究》建立的預測模型，整個影響區(qū)共劃分小區(qū) 60 個 （包括 10 個外圍小區(qū)），其中深圳市僅劃分小區(qū)約 15 個，小區(qū)劃分較粗，而四階段預測方法具有難以分析小區(qū)內(nèi)部出行的固有不足。因此，公路交通量預測方法一般難以分析沿線重點片區(qū)所產(chǎn)生的大量交通小區(qū)內(nèi)部交通出行；重要交通集散點（機場、港口 I等大型基礎設施）未獨立分區(qū)，難以反映其大量對外交通集散交通對高速公路交通量的影響。因此，一般不適用于城市交通功能較強或沿線分布有重大基礎設施的高速公路城區(qū)段交通量預測。

（3）出行量預測采用增長率法，難以反映沿線土地開發(fā)的較大變化及對交通量的影響。

公路交通量預測方法在交通出行量預測階段往往難以掌握城市規(guī)劃土地利用指標等信息，一般采用增長率法進行預測，難以反映沿線重點發(fā)展片區(qū)規(guī)劃功能定位提升所引起的成片土地開發(fā)功能及強度的大幅變化，因此公路交通量預測方法一般不適用于沿線布局有新開發(fā)片區(qū)的高速公路交通量預測。

3 城市交通預測方法

常用的城市交通預測模型一般為四階段模型。為了進一步提高預測精度，各個預測階段一般還包括土地利用模型、外部特殊吸引點模型、貨運交通模型等預測模塊。

城市交通預測模型包含土地利用模塊和特殊吸引點模型，可以較好地反映沿線新發(fā)展片區(qū)的開發(fā)建設及機場等重要外部特殊吸引點的變化發(fā)展引起的城區(qū)段高速公路交通量的變化。其小區(qū)劃分較細，也可較好預測城市內(nèi)部出行，重要集散點單獨成小區(qū)，可較好分析其疏解交通量。但是，由于城市交通預測模型跨區(qū)域一般以跨界調(diào)查為基礎，一般僅進行問卷調(diào)查，未進行車輛出行 OD調(diào)查，城市交通預測模型一般僅能反映市域邊界對外出行情況，難以較好分析對外（過境）出行需求及其在城市內(nèi)部分布，因此城市交通預測模型也不能完全取代公路交通量預測模型。

4 組合預測方法簡介

為更準確預測高速公路城區(qū)段承擔的跨區(qū)對外出行交通量和城市內(nèi)部交流交通量兩部分不同的交通需求，擬將傳統(tǒng)公路交通量預測方法和城市交通預測方法結(jié)合，進行組合預測。以城市交通四階段預測方法為基礎，發(fā)揮其交通小區(qū)劃分較細，可較好預測高速公路沿線城區(qū)內(nèi)部出行需求及沿線機場、港口等主要交通集散點的交通需求等優(yōu)點，并充分利用傳統(tǒng)公路交通量預測方法可較好預測公路所承擔的跨區(qū)對外出行交通量的特點。具體的組合預測方法是：首先，分別進行公路交通量預測方法和城市交通預測方法（都是四階段預測方法）的交通生成和交通分布階段前兩個階段預測；其次，利用公路交通量預測方法預測所得的項目影響區(qū)（城市對外及過境）OD 表對城市交通預測方法預測所得的跨界（區(qū)域）交通需求OD 進行校正（鑒于公路交通量預測方法所得是車輛 OD 表，因此一般是城市交通預測方法方式劃分后的跨界交通需求 OD 進行校正）；最后，利用校正后的OD矩陣進行分配得到高速公路城區(qū)段的路段交通量和沿線收費站交通量。組合交通預測方法模型框架如圖1所示。

利用公路交通量預測方法預測所得的項目影響區(qū) OD 表，對城市交通預測方法方式劃分后的跨界交通需求 OD 進行校正，其過程如式 （1） 所示（假定公路預測模型交通小區(qū)恰恰包含若干個城市交通模型小區(qū)）：

圖1 組合預測方法模型框架圖

5 案例分析

組合預測方法已應用于廣深沿江高速沙井互通工程可行性研究交通量預測。廣深沿江高速（深圳段）位于深圳西部發(fā)展軸，沿線經(jīng)過前海、大空港等戰(zhàn)略規(guī)劃區(qū)和機場、港口等重要交通發(fā)生吸引源。為了更準確地分析高速所承擔的深圳西部軸戰(zhàn)略規(guī)劃區(qū)內(nèi)部的交通聯(lián)系，以及沿線機場、港口等重要交通發(fā)生吸引源對外交通集散功能，本次廣深沿江高速（深圳段）沙井互通工程可行性研究交通量預測采用組合交通量預測方法，以深圳市城市交通宏觀模型為基礎，結(jié)合《廣州至深圳沿江高速工程可行性研究》，建立珠三角區(qū)域?qū)用娴暮暧^模型進行組合預測。

5.1 珠三角區(qū)域?qū)用婵缃缃煌ㄐ枨蠓植碱A測

沿江高速與廣深高速為平行道路，沿江高速東起西部通道，西接廣州環(huán)城高速，直接影響的城市是深圳、東莞、廣州、珠海、江門等城市，間接影響區(qū)域為整個珠江三角洲。珠三角區(qū)域宏觀模型交通小區(qū)以廣東省及珠三角地區(qū)各地級市（廣州、深圳、東莞、珠海等）行政區(qū)劃為基礎，劃分為 60個交通小區(qū)。根據(jù)各交通區(qū)不同階段的交通量增長率，結(jié)合基年 OD 調(diào)查得到的各交通小區(qū)基年發(fā)生集中量，采用增長率法預測各交通小區(qū)未來特征年的發(fā)生集中量；根據(jù)珠三角各地交通需求特點、項目歷史資料、珠三角重要發(fā)展區(qū)趨勢，采用彈性系數(shù)法確定未來交通出行量。

根據(jù)各交通小區(qū)特征年的發(fā)生、吸引交通量預測結(jié)果，結(jié)合 2011 年《深中通道工程可行性研究》OD 調(diào)查獲得的汽車出行起訖點矩陣（簡稱汽車出行 OD 表），采用 Frator法進行交通量分布計算，預測得到未來各特征年趨勢型 OD 分布量。在此基礎上分別進行誘增交通量和轉(zhuǎn)移交通量預測，疊加后得到珠三角區(qū)域?qū)用婵缃缃煌ㄐ枨蠓植迹ǚ周囆停瑔挝粸檐嚧危?，如圖2 所示。

圖2 特征年（以 2020 年為例）深圳對外分布圖（以客運為例）

5.2 深圳市內(nèi)交通需求分布預測

深圳市城市交通宏觀模型共劃分交通小區(qū)1 114 個，其中普通小區(qū) 1 071 個，特殊交通小區(qū)43個。出行生成和出行分布采用傳統(tǒng)的四階段預測模型進行預測。出行生成預測階段，高速公路沿線重點片區(qū)（前海深港合作區(qū)和大空港片區(qū)）規(guī)劃人口崗位變化較大，采用最新的土地利用規(guī)劃進行更新預測，沿線的機場、港口和口岸單獨劃分小區(qū)，出行生成采用各專業(yè)規(guī)劃確定的總量進行預測。如：根據(jù)《深圳機場總體規(guī)劃》，確定 2020 年和2030 年客運吞吐量分別為 4 500 萬人次和 6 000 萬人次；根據(jù)《深圳港發(fā)展戰(zhàn)略》，2020 年和 2030 年，深圳西部港區(qū)（南山港區(qū)和大鏟灣港區(qū)）吞吐量分別為 1 400～1 500 萬標箱 /a 和 1 700～1 800 萬標箱 /a。預測結(jié)果如圖3 所示，為了便于顯示，以交通大區(qū)的交通分布為例。

圖3 特征年（以 2020 年為例）深圳市內(nèi)交通需求分布示意圖

5.3 組合交通分布預測

為了提高預測準確性，充分利用傳統(tǒng)公路交通量預測方法可較好地預測公路所承擔的跨區(qū)對外（過境）出行交通量的特點，在交通分布階段進行組合交通分布預測。對深圳市城市交通宏觀模型預測的交通分布預測結(jié)果進行方式劃分，得到分車型 OD 分布。在此基礎上，用公路預測方法得到的交通分布預測結(jié)果對深圳對外（過境）交通分布進行調(diào)校，得到最終用于分配的分車型OD分布。在此過程，由于傳統(tǒng)公路交通量預測方法建立的珠三角區(qū)域宏觀模型和深圳市城市交通宏觀模型交通小區(qū)大小存在差異（珠三角區(qū)域宏觀模型較大，一般包括幾個深圳市城市交通宏觀模型交通小區(qū)），本次預測采用珠三角區(qū)域宏觀模型獲得的 OD 總量控制方法，對其對應的深圳市城市交通宏觀模型多個交通小區(qū) OD 進行調(diào)校 （調(diào)校后，多個深圳市城市交通宏觀模型交通小區(qū)涉及的對外或過境 OD 總量與珠三角區(qū)域宏觀模型一致，各交通小區(qū)乘以統(tǒng)一的系數(shù)）。通過預測，本次組合預測的交通分布如圖4所示。為了便于顯示，以交通大區(qū)的交通分布為例。

圖4 特征年（以 2020 年為例）組合預測交通需求分布示意圖

5.4 交通分配

本次預測利用 TransCAD 軟件建立的深圳宏觀交通模型采用逐加載交通分配方法，即將每一個 OD 對分解成部分，然后分次加載到路網(wǎng)上，而且每加載一次，對路阻作相應修正，直到將全部 OD出行分配到路網(wǎng)上。預測到 2020 年，沿江高速主線深圳段高峰小時單向平均路段流量為 4 272 pcu/h；預測 2020～2030 年，隨著機場互通、前?；ネㄔ训赖冉玉g道路及互通立交的建設，沿江高速對周邊地區(qū)的服務將逐步增強，交通量將進入穩(wěn)定增長期；預測到 2030 年，沿江高速主線深圳段高峰小時平均路段流量為 5 479 pcu/h，較 2020 年增長約28%。2030 年以后，隨著前海合作區(qū)及大空港的逐步建成，深圳西部軸帶上各片區(qū)之間及各片區(qū)與羅湖、福田中心之間的交通聯(lián)系將持續(xù)增強。但是，由于城市快速路海濱大道的建成，其將分擔西部軸帶各片區(qū)之間及與羅湖、福田中心之間的城市內(nèi)部交通聯(lián)系，沿江高速功能將發(fā)生變化，將主要承擔西部軸帶各片區(qū)對外交通及珠三角區(qū)域內(nèi)的其他城市利用沿江高速過境深圳的過境交通，基本不再承擔城市內(nèi)部交通聯(lián)系功能。因此，海濱大道開通后，受其分流，沿江高速交通量將有較大幅度的下降，預計 2031 年路段平均流量當年下降幅度達 30%；海濱大道影響穩(wěn)定后，其交通量又將保持較穩(wěn)定的增長，預測到 2037 年，沿江高速主線深圳段高峰小時單向平均路段流量為 5 093 pcu/h，還未完全恢復至 2030 年海濱大道建成前的水平[4]。主要特征年預測路段交通量見表1。

6 結(jié)語

本文探討了適用于城區(qū)段高速公路的交通量組合預測方法，通過公路交通量預測方法與城市交通預測方法結(jié)合的組合預測方法，解決公路交通量預測方法不能有效分析城區(qū)段高速公路所承擔的城區(qū)內(nèi)部交通需求的不足，并避免城市交通預測模型用于預測公路交通量時，城市對外和跨境交通需求預測精度較差的問題?，F(xiàn)狀很多城市均建立了城市交通模型，但建立區(qū)域交通模型的省份往往較少，因此本文探討的交通量組合預測模型適用面較廣，對很多城市進入城區(qū)的高速公路的交通量預測具有一定的指導意義。當然，本文只是對組合預測方法進行了初步探討，預測流程和算法還有待進一步論證,兩個模型交通小區(qū)對應關系復雜時的跨界OD校正算法還有待深入研究。

表1 預測主要路段高峰小時流量表 pcu/h

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科技論文中圖、表的使用規(guī)范

科技期刊為了形象直觀地表述科學思想和技術知識，為了使所表述的內(nèi)容邏輯性和準確性更強，插圖和表格是必不可少的。但論文作者在文章寫作中對圖、表的運用往往存在不規(guī)范的問題，造成文章返修?！冻鞘械罉蚺c防洪》雜志的編輯將日常編輯工作中發(fā)現(xiàn)的常見問題進行了總結(jié)，并根據(jù)問題提出要求，希望對作者投稿有所幫助。

1.文 章 中 出 現(xiàn) 的 插 圖和 表格 在 正 文 中 一 定 要 有 文 字 提 到 ，如“ 見 表1 ”、“ 如 圖2 所 示 ”、“ 表2 為 …… ”。

2.每一張圖、每一個表都必須有圖號和圖名、表號和表名，圖號和圖名放在該圖下方，表號和表名放在該表的上方。

3.圖中如有數(shù)字尺寸，必須在圖名后面標明單位，如“（單位：mm）”。

4.表中如有量，要把量的中文及符號寫出，同時要把量的單位寫出。

5.對圖的要求：（1）圖中各種標識、文字、符號盡量簡潔，不必要的標識一律刪除，標識大小一般為 7 號或小 7 號，必須能看清楚；（2）為節(jié)省篇幅，每篇文章圖表不要太多；（3）本刊不用彩色圖，作者必須對彩色圖先行處理后再投稿；（4）圖中線條必須清晰，不能發(fā)毛、發(fā)虛。

U491.1+4

:A

:1009-7716（2017）05-0247-05

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.05.070

2017-02-20

邱永鴻（1985-），女，福建龍巖人，工程師，主要從事道路設計工作。