簡單環(huán)狀高速公路交通量分布模型研究

朱尚祥

摘 要：高速公路聯(lián)網(wǎng)收費為出行者帶來了便利，但在一定程度上，也對管理者決策造成了不便。為了緊抓收費系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢，克服其缺點，必須明確高速系統(tǒng)的交通量時空分布規(guī)律。本文基于圖論，結(jié)合重慶繞城高速實例，提出了一種簡單閉合環(huán)狀高速公路的交通量分布模型。

關鍵詞：高速公路聯(lián)網(wǎng)收費;收費策略;交通量時空分布模型;圖論;閉合連通環(huán)

中圖分類號：U491.113 文獻標識碼：A

0 引言

我國高速公路交通檢測設施還不完善，檢測設施大多數(shù)集中于收費站當中，只為計費實現(xiàn)輔助功能[1]。因此，高速收費數(shù)據(jù)處理重點還是在于高速公路收費站的出入口流的數(shù)據(jù)挖掘。其次，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)與扁平化數(shù)據(jù)關聯(lián)性弱[2]，這為數(shù)據(jù)處理造成一定的困難。為匹配現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，克服現(xiàn)有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)聯(lián)系不強的缺點，本文提出了一種融合高速公路收費站出入口流量數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化的路網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)的交通量分布模型。

1 數(shù)據(jù)預處理

把重慶繞城高速可分為9個交通分區(qū)，他們分別對應著9個行政區(qū)，他們分別是沙坪壩、九龍坡、江津、巴南、南岸、江北、渝北和璧山縣。再對以上收費站進行分區(qū)整理，可劃分為37個收費站。本文所提及的路段都是以收費站為節(jié)點的路段，這里對所謂的“基本路段”，還需做一次明確的定義，只要滿足任意兩段路段互不重合且自身不能分解成更短的路段即為基本路段。對于互通的相交高速上的相鄰外節(jié)點可以近似視為繞城高速與其他高速的交點，交點前后的路段交通量統(tǒng)計不一致。因此，有必要對這些外節(jié)點做特殊處理：將這些兩兩成對的外節(jié)點當作一個節(jié)點，并賦予同一個編號。上述分類方法結(jié)合重慶市高速公路費率查詢系統(tǒng)的收費站點OD數(shù)據(jù)，可以得出重慶市繞城高速基本路段及其編號。

共有30個基本路段（帶星號的節(jié)點是成對的互通高速收費站，皆視為一個節(jié)點），他們分別是：“支坪-珞璜”、“珞璜-G75巴南主線*-一品*”、“G75巴南主線*-一品*-百合”、“百合-南彭*”、“南彭*-忠興”、“忠興-惠民”、“惠民-迎龍”、“迎龍-G50s南岸主線*”、“G50s南岸主線*-廣陽”、“廣陽-果園”、“果園-G50江北主線*-復盛*”、“G50江北主線*-復盛*-龍興”、“龍興-G65渝北主線*-王家*”、“G65渝北主線*-王家*-空港東”、“空港東-空港”、“空港-水土”等。

2 考慮雙向閉合環(huán)的交通量時空分布模型

路段與基本路段的自我定義類似于圖論中對于路和邊的定義，這一定義簡化了交通網(wǎng)絡，使其變成一個簡單閉合環(huán)。借助圖論，還可以將繞城高速看作是一個基礎圖，而這個基礎圖又可以拆分成兩個初等回路，定義其中方向為逆時針的回路為正方向，記為，方向為順時針的回路為反方向，記為。由于兩種不同方向的交通網(wǎng)路是相互獨立的，因此必須獨立的統(tǒng)計各自方向的路段交通量。

基于環(huán)狀高速路網(wǎng)的收費站聯(lián)網(wǎng)收費的統(tǒng)計數(shù)據(jù)并不能很好地表現(xiàn)出其方向性，為能夠進一步分析，這里提出一些合乎情理的假設：

（1）在較大的時間尺度下，不存在交通擁堵的不均衡狀態(tài)，駕駛者所花費的時間成本與行駛路程成正比。

（2）無論在哪種回路中，駕駛者都偏向于利用時間成本最低的路徑，即優(yōu)先選擇劣弧到達自己的目的地。

（3）在行駛路程近乎相似的情況下，可以認為駕駛者選擇兩種弧向的概率均等，于是均分流量至兩個方向的弧上去。

在式（4）中只要滿足，且為前向弧即可保證所用路段編碼一定包含基本路段編碼。

3 結(jié)果分析

由于篇幅限制，這里給出雙向30個路段的加和結(jié)果：

通過對結(jié)果數(shù)據(jù)的對比分析發(fā)現(xiàn)，東西部路段交通量分布數(shù)據(jù)相差比例巨大，東部與西部之比接近2：5，說明成渝經(jīng)濟圈對于重慶繞城高速運輸網(wǎng)交通量分布有重要影響，也從側(cè)面驗證了交通量分布結(jié)果的正確性。

4 總結(jié)

我國的高速公路現(xiàn)代化建設已見成效，各省的高速公路聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)已有相當?shù)囊?guī)模。在交通量日漸增加，交通現(xiàn)狀更加復雜的現(xiàn)在，利用路網(wǎng)數(shù)據(jù)，構(gòu)建合理的自動化處理模型非常重要。本文就如何統(tǒng)計整理省市繞城高速路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行了簡單的建模研究。其次，從較大的尺度上對交通流的分布規(guī)律進行了研究分析，從結(jié)果上驗證了模型的有效性。

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