城市道路交通量預(yù)測(cè)及通行能力分析

謝東

（中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 湖北武漢 430010）

1 工程概況

福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)愛民路，規(guī)劃定義為城市次干路，位于長(zhǎng)樂(lè)區(qū)中心城區(qū)，根據(jù)規(guī)劃紅線走向和寬度布置，該路線起于原愛民路與會(huì)堂路交叉口，自西向東延伸，終于西關(guān)橋與解放路相接處，道路全長(zhǎng)1960m，道路紅線寬度32m。按照城市道路設(shè)計(jì)規(guī)范，該道路預(yù)計(jì)于2020年建成通車，預(yù)測(cè)基準(zhǔn)年為2020年，預(yù)測(cè)特征年定為2020年（近期）、2030年（中期）、2035年（遠(yuǎn)期）。

2 交通規(guī)劃的發(fā)展

交通量預(yù)測(cè)又叫交通規(guī)劃，它是城市道路建設(shè)的前期工作，可以有效節(jié)省工程造價(jià)，避免盲目開發(fā)；它為城市交通建設(shè)項(xiàng)目決策提供理論基礎(chǔ)；它為解決交通擁堵提供全面有效的科學(xué)依據(jù)。

交通量預(yù)測(cè)方法經(jīng)歷了萌芽階段、四步法階段、非集計(jì)模型階段、平衡模型加計(jì)算機(jī)技術(shù)階段。隨著時(shí)代的發(fā)展，交通量預(yù)測(cè)的模型呈現(xiàn)出百花齊放的態(tài)勢(shì)，常見的有TRANSCAD、CUBE、EMME/2、VISUM等。其中TRANSCAD是一款基于GIS的交通規(guī)劃軟件，在道路工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛，效益良好。

3 交通量預(yù)測(cè)的基本流程

交通需求預(yù)測(cè)的本質(zhì)是通過(guò)對(duì)現(xiàn)狀基礎(chǔ)資料的研究，如分析城市土地利用現(xiàn)狀、交通現(xiàn)狀、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件，對(duì)特征年的城市人口分布、就業(yè)崗位分布、居民出行特性進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到特征年城市居民的出行總量，并將研究的道路交通網(wǎng)所在區(qū)域劃分為不同個(gè)交通小區(qū)，在居民出行OD調(diào)查的基礎(chǔ)上對(duì)交通分布、出行方式進(jìn)行預(yù)測(cè)，最后將出行分布量分配到道路路網(wǎng)中，得到每一條道路的預(yù)測(cè)交通量。

交通量預(yù)測(cè)的基本流程是：①收集基礎(chǔ)資料，包含人口就業(yè)分布、機(jī)動(dòng)車保有量、城市公交現(xiàn)狀、道路設(shè)施現(xiàn)狀、土地利用規(guī)劃等，根據(jù)以上資料進(jìn)行現(xiàn)狀交通評(píng)價(jià)；②調(diào)查居民出行、汽車出行、出入口交通的現(xiàn)狀情況；③根據(jù)現(xiàn)狀城市交通存在的問(wèn)題和原因分析，以城市總體規(guī)劃為依據(jù)，確定道路交通的發(fā)展戰(zhàn)略方向；④劃分交通小區(qū)，建立四階段交通預(yù)測(cè)模型；⑤論證交通方案的科學(xué)性和可行性。

4 交通需求分析與預(yù)測(cè)

交通需求分析和預(yù)測(cè)的目的就是要確定現(xiàn)在、近期、中期、遠(yuǎn)期不同年份的交通出行OD矩陣和道路網(wǎng)交通量，交通需求分析與預(yù)測(cè)主要包含兩部分內(nèi)容：①對(duì)工程項(xiàng)目所在地區(qū)進(jìn)行現(xiàn)狀分析，分析現(xiàn)狀的人口、產(chǎn)業(yè)、用地與現(xiàn)狀交通需求之間的關(guān)系，并建立數(shù)學(xué)模型，找出現(xiàn)狀交通存在的問(wèn)題；②在模型的基礎(chǔ)上推演未來(lái)特征年該區(qū)域的交通需求，并預(yù)測(cè)未來(lái)交通量。以上兩個(gè)部分可分解為四個(gè)階段，即交通發(fā)生與吸引、交通分布、方式劃分、交通分配。

4．1 出行總量預(yù)測(cè)

TRANSCAD提供的出行發(fā)生和吸引預(yù)測(cè)方法有類型分析法、交叉分類法、回歸分析法、離散選擇法。本項(xiàng)目所在區(qū)域交通出行總量預(yù)測(cè)采用回歸分析法，以平均交通小區(qū)屬性特征為自變量，以交通小區(qū)家庭人均出行次數(shù)為因變量。根據(jù)長(zhǎng)樂(lè)區(qū)城市總體規(guī)劃，遠(yuǎn)期到2035年，城鎮(zhèn)預(yù)計(jì)就業(yè)人口達(dá)到52.5萬(wàn)。參考國(guó)內(nèi)城市居民出行次數(shù)的變化，可以預(yù)測(cè)未來(lái)基準(zhǔn)年居民出行交通總量。

4．2 出行方式劃分與交通分布

居民出行方式可以劃分為步行、自行車、公交車、出租車、小汽車五種方式。以預(yù)測(cè)的交通出行總量為控制，確定各交通分區(qū)小汽車的出行量。

交通分布模型分為重力模型法和增長(zhǎng)系數(shù)法，對(duì)于土地發(fā)展變化較大的交通區(qū)域可以采用重力模型法。

重力分布模型是模擬物理學(xué)中的牛頓萬(wàn)有引力定律，假定交通區(qū)分區(qū)I到交通分區(qū)J的交通分布量與交通區(qū)I的交通量、交通區(qū)J的交通吸引量成正比，與交通區(qū)I和J之間的交通阻抗參數(shù)成反比。重力分布模型又分為無(wú)約束重力模型和烏爾希斯重力模型。

采用TRANSCAD交通規(guī)劃軟件對(duì)本項(xiàng)目建立交通需求預(yù)測(cè)模型，得到2035年交通生成模型和機(jī)動(dòng)車交通分布期望線模型，如圖1、圖2所示。

圖1 交通生成模型

圖2 交通分布模型

4． 3 交通分配

交通分配是根據(jù)交通路線阻抗，將不同的交通分區(qū)分布交通量，分配到不同的道路路線中去，從而得到不同的路線和交叉口的交通量。交通路線阻抗與道路長(zhǎng)路、汽車行駛速度等參數(shù)有關(guān)。

交通量分配模型分為均衡模型與非均衡模型。均衡分配模型是以沃爾卓普原理為基礎(chǔ)，是系統(tǒng)最優(yōu)均衡原理。非均衡分配模采用非優(yōu)化的近似解法，該模型分析方法有容量限制交通分配法、多路徑概率交通分配法和全有全無(wú)交通分配法等。非平衡分配一般采用迭代計(jì)算求解，通過(guò)反復(fù)尋找OD對(duì)的最短路徑，來(lái)分配OD對(duì)之間的交通量。

本項(xiàng)目交通分配選取最優(yōu)路徑，采用隨機(jī)均衡分配模型，宏觀上考慮道路容量的制約因素，該制約因素采用路阻函數(shù)體現(xiàn)。交通分配完得到道路高峰小時(shí)各路段和交叉口流量分布。

5 通行能力分析

5.1 標(biāo)準(zhǔn)路段

城市道路標(biāo)準(zhǔn)段設(shè)計(jì)通行能力一般根據(jù)單車道的理論通行能力進(jìn)行修正，修正系數(shù)包含有車道數(shù)、車道寬度、自行車影響、交叉口影響四個(gè)方面，設(shè)計(jì)通行能力為：

式中：Na-條車道基本通行能力；γ-自行車影響系數(shù)；η-車道寬度影響系數(shù)；C-交叉口影響系數(shù)；n′-車道數(shù)修正系數(shù)。

根據(jù)交通量預(yù)測(cè)，到2035年愛民路標(biāo)準(zhǔn)路段單方向高峰小時(shí)交流流量為1710pcu/h，當(dāng)單方向車道數(shù)分別為1、2、3時(shí)，參考美國(guó)道路通行能力手冊(cè)中關(guān)于城市道路路段服務(wù)水平劃分表，計(jì)算飽和度V/C分別對(duì)應(yīng)1.36、0.75、0.54，對(duì)應(yīng)服務(wù)水平為F級(jí)、C級(jí)、B級(jí)。采用雙向六車道后，遠(yuǎn)期道路單向高峰小時(shí)服務(wù)水平能達(dá)到B級(jí)，滿足遠(yuǎn)期交通量的增長(zhǎng)。

5.2 道路交叉口

根據(jù)城市道路工程設(shè)計(jì)規(guī)范，信號(hào)交叉口服務(wù)水平分級(jí)共分為一、二、三、四四個(gè)等級(jí)，主要由信控延誤、負(fù)荷度、排隊(duì)長(zhǎng)度來(lái)控制。根據(jù)交通量預(yù)測(cè)模型中交叉口各轉(zhuǎn)向交通流量，分別按左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)的綠信比計(jì)算各轉(zhuǎn)向車道的通行能力，最后確定車道數(shù)。通過(guò)計(jì)算得到安民路與主干路交叉口單向進(jìn)口道采用1個(gè)左轉(zhuǎn)、1個(gè)直行、1個(gè)直右轉(zhuǎn)能夠滿足2035年交叉口通行能力要求。

6 結(jié)論

本文以TRANSCAD為載體，通過(guò)采用四階段法對(duì)福州市長(zhǎng)樂(lè)區(qū)愛民路遠(yuǎn)景交通量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，并以此為基礎(chǔ)對(duì)該路的等級(jí)規(guī)模進(jìn)行了分析論證，得出該路按雙向六車道進(jìn)行設(shè)計(jì)，交叉口進(jìn)口道采用左轉(zhuǎn)、直行、直右方式，能夠滿足遠(yuǎn)景特征年路段和交叉口通行能力及服務(wù)水平的需求。

雖然四階段交通量預(yù)測(cè)法應(yīng)用廣泛，但是其理論基礎(chǔ)離不開OD調(diào)查數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的有效性對(duì)交通量的預(yù)測(cè)水平有很大影響。