重要節(jié)假日期間重慶高速公路交通出行特征與預(yù)測分析

郭良久，王新渝，章 玉

(1.重慶航運(yùn)交易所，重慶 400025； 2.重慶市交通運(yùn)行監(jiān)測與應(yīng)急調(diào)度中心，重慶 401120；3.綜合交通大數(shù)據(jù)應(yīng)用技術(shù)重慶市工程研究中心，重慶 401121)

高速公路作為品質(zhì)出行的重要方式，隨著高速公路重大節(jié)假日免收小型客車通行費(fèi)政策的實(shí)施，節(jié)假日期間選擇高速公路自駕出行量也隨之增加，節(jié)假日期間交通出行量呈高速增長態(tài)勢，給高速公路經(jīng)營者和交通執(zhí)法管理部門交通運(yùn)行管理帶來了一定難度，也對路網(wǎng)安全暢通運(yùn)行帶來了巨大壓力。在居民消費(fèi)水平不斷增長和出行需求不斷增加的情況下，為了應(yīng)對高速公路突發(fā)大交通流量帶來的交通擁堵，保障節(jié)假日高峰期間交通運(yùn)行暢通，有必要通過歷史數(shù)據(jù)分析交通流出行規(guī)律，提前做好交通誘導(dǎo)分流和勤務(wù)部署,進(jìn)一步提高交通管理和服務(wù)水平。相關(guān)學(xué)者針對高速公路交通出行采用不同方法開展了一些研究，主要集中于3個方面：一是針對高速公路交通出行客流特征規(guī)律分析，如王靜[1]分析了北京市高速公路節(jié)假日期間出行特征變化，楊曉萍[2]分析了上海市不同節(jié)假日期間的增長規(guī)律，郭瑞軍等[3]基于收費(fèi)數(shù)據(jù)分析了高速公路的交通流特性，王博彬等[4]采用SP調(diào)查的方法對高速公路免費(fèi)政策實(shí)施后出行行為意愿進(jìn)行了分析，魏廣奇等[5]對高速公路通勤特征進(jìn)行了深度挖掘分析，林小梅等[6]從交通行為的視解分析了交通出行特性；二是對高速公路節(jié)假日期間的出行開展預(yù)測分析，如韓子穎[7]采用信令數(shù)據(jù)對浙江高速公路開展了相關(guān)預(yù)測工作，劉清林等[8]采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對高速公路節(jié)假日擁堵進(jìn)行了預(yù)測分析，趙建東等[9]基于收費(fèi)數(shù)據(jù)預(yù)測了高速公路站間旅行時間，胡佩鋒等[10]和張航等[11]提出了重力模型預(yù)測誘增交通量方法,向前忠等[12]采用生長曲線模型的方法研究了高速公路誘增交通量預(yù)測；三是針對高速公路通行政策的影響和對策分析，如穆霄峰[13]系統(tǒng)分析了高速公路節(jié)假日期間的擁堵情況并提出了相關(guān)建議，曾明等[14]從公共政策的公正性視角分析了價值性，楚瑞鋒[15]分析了高速公路節(jié)假日免費(fèi)政策的影響。

本文利用重慶市歷年高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)，從時間維度重點(diǎn)對五一節(jié)、國慶節(jié)、春運(yùn)等重要節(jié)假日對高速公路交通出行特征進(jìn)行分析，為節(jié)假日期間公眾出行選擇和管理部門提前部署運(yùn)行管理和勤務(wù)保障方案提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于重慶市2014—2019年高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)，記錄了車輛通行的起終點(diǎn)收費(fèi)站信息和通行時間信息等字段，其數(shù)據(jù)源穩(wěn)定、數(shù)據(jù)質(zhì)量高，分析提取的關(guān)鍵字段如表1所示。

表1 高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)關(guān)鍵信息字段

2 年度出行特征分析

以2014—2019年的數(shù)據(jù)為例，重慶高速公路五一、國慶和春運(yùn)期間的日均交通出行量增長情況如圖1所示。由圖1可以看出，節(jié)假日期間的交通量較年平均日交通出行量均有大幅增長，2014—2019年五一節(jié)、國慶節(jié)和春運(yùn)期間的日均出行量平均增長幅度分別為10%、17%和15%，其中國慶節(jié)期間出行量最高，且較年平均日交通量增幅最大，平均增幅為65%，其次為五一節(jié)，增幅為45%，而春運(yùn)期間因統(tǒng)計(jì)周期為40 d，增幅僅為21%。從年度增長趨勢看，2014—2017年的增長速度明顯高于2018—2019年，且有增長放緩的趨勢，說明節(jié)假日期間重慶高速公路交通出行量已基本達(dá)到均衡。

圖1 2014—2019年高速公路不同節(jié)假日日均交通量

3 節(jié)假日期間特征分析

以2014—2019年五一節(jié)、國慶節(jié)和春運(yùn)期間為例進(jìn)行分析。

3.1 春運(yùn)期間

2014—2019年春運(yùn)期間，重慶市高速公路日均交通出行量如圖2所示。春運(yùn)期間高速公路日均交通出行量分布呈“幾”字型，春節(jié)前的高速公路交通出行量高于春節(jié)后，且出行行為主要集中于春運(yùn)的第15天(臘月二十八)至第22天(正月初五)并達(dá)到出行量的最高峰值，這幾天也是全國放春節(jié)假的時間段。隨后出行量逐漸下降至正常水平，并圍繞這一水平上下波動。從不同年度的增長特征看，2014—2018年在春節(jié)法定假期前5 d至法定假日后8 d均處于快速增長期，在2018年交通出行量達(dá)到高峰，但2019年高速公路春運(yùn)期間的出行特征與前5年產(chǎn)生了明顯差異，主要表現(xiàn)在春節(jié)前10 d～15 d內(nèi)出現(xiàn)出行高峰，而在法定春節(jié)假期內(nèi)出行量較2017年和2018年均有大幅下降，春節(jié)后出現(xiàn)了3次小幅高峰現(xiàn)象，這說明春節(jié)法定假期雖然為高速公路免費(fèi)通行期，但因?yàn)榇罅扛叻宄鲂袑?dǎo)致高速公路擁堵現(xiàn)象嚴(yán)重，公眾選擇了分散錯峰出行。

圖2 2014—2019年重慶市春運(yùn)期間高速公路日均交通量

3.2 五一節(jié)期間

2014—2019年五一節(jié)期間及假期前后2 d，共7 d的數(shù)據(jù)分析如圖3所示。由圖3可知，五一節(jié)由于是3 d小長假，出行高峰主要發(fā)生在放假第1天和假期最后1天，且3 d假期期間無明顯的高峰現(xiàn)象。從近3年的交通出行量看，2017年五一節(jié)放假期間第1天出現(xiàn)客流高峰無明顯返程高峰，2018年期間3 d出行量均較高，但2019年3 d期間在假期第3天出現(xiàn)客流返程高峰。

圖3 2014—2019年五一節(jié)期間高速公路日均交通量

3.3 國慶節(jié)期間

2014—2019年國慶節(jié)期間及假期前2 d，共9 d的數(shù)據(jù)分析如圖4所示。由圖4可見，與五一節(jié)不同的是國慶黃金周出行高峰從節(jié)前第1天開始出現(xiàn)增長，在國慶節(jié)假期第1天達(dá)到最高峰，但在國慶節(jié)假期最后2 d無明顯返程高峰，說明國慶節(jié)假期返程出現(xiàn)了錯峰出行現(xiàn)象。從歷年時間增長情況看，2014—2017年均出現(xiàn)交通量快速增長，到2018—2019年交通量增長放緩。

4 春運(yùn)出行預(yù)測分析

高速公路歷年交通出行增長之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，為了預(yù)測2020年春運(yùn)期間高速公路總出行量，采用一次指數(shù)平滑法進(jìn)行出行量預(yù)測，一次指數(shù)平滑法的基本公式如下：

注：國慶節(jié)假期為10月1日—10月7日。

圖4 2014—2019年國慶節(jié)期間高速公路日均交通量

Fig.4 Average daily traffic volume of expressway during National Day in 2014-2019

(1)

一次指數(shù)平滑法適用于預(yù)測較為平穩(wěn)的時間序列數(shù)據(jù)，為了預(yù)測2020年的高速公路出行量，需要首先確定平滑常數(shù)?的取值，以2019年的數(shù)據(jù)為測試數(shù)據(jù)，分別取?=0.9、?=0.8、?=0.7、?=0.6進(jìn)行分析，結(jié)果如表2所示。

表2 2019年高速公路交通出行量預(yù)測結(jié)果

以預(yù)測值與真實(shí)值之間的均方誤差(MSE)與均方百分比誤差(MSPE)作為本次預(yù)測的可靠性評價指標(biāo)，對不同?取值情況下的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行可靠性驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3中對各?值下指數(shù)平滑法的MSE值與MSPE值比較可知，當(dāng)?=0.9時，預(yù)測值與真實(shí)值之間的均方誤差(MSE)與均方百分比誤差(MSPE)皆最?。灰虼?，當(dāng)?=0.9時，采用一次指數(shù)平滑法的預(yù)測結(jié)果更接近于真實(shí)值，以重慶市2014—2019年春運(yùn)40 d期間高速公路交通出行量作為輸入，對2020年交通出行量進(jìn)行預(yù)測，得到2020年重慶市春運(yùn)期間高速公路交通總出行量預(yù)測值為35 250 329輛，較2019年增長0.2%，與2019年出行基本持平。

表3 不同參數(shù)值下指數(shù)平滑法MSE與MSPE比較

5 結(jié)束語

本文以重慶市歷年高速公路收費(fèi)數(shù)據(jù)為研究基礎(chǔ)，以時間維度為基礎(chǔ)首先分析了五一、國慶和春運(yùn)等重要節(jié)假日期間的交通出行特征，主要認(rèn)識如下：

1) 五一、國慶等重要節(jié)假日期間選擇高速公路的出行量由快速增長向平穩(wěn)增長轉(zhuǎn)變，交通量增長速度持續(xù)放緩。

2) 五一、國慶等重要節(jié)假日當(dāng)天為高速公路出行高峰，而春運(yùn)期間客流高峰主要集中于節(jié)前1周，且趨于錯峰出行。

3) 采用指數(shù)平滑法對高速公路春運(yùn)出行量進(jìn)行了預(yù)測，結(jié)果表明2020年春運(yùn)期間高速公路總出行量與2019年基本持平。