基于湖北省高速公路流量的路況分析

謝輝、巴可偉、韓雄俊

（湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，湖北 武漢 430000）

0 引言

高速公路是一項(xiàng)長(zhǎng)期投資的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。無(wú)論在建設(shè)期還是運(yùn)營(yíng)期都是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)勁“引擎”。在高速公路建設(shè)期間，可以增加稅收，促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)繁榮，工程竣工后，隨著車流增加，可以促進(jìn)產(chǎn)業(yè)迅速繁榮，提升城市品位，促進(jìn)城市化水平發(fā)展，吸引大量資金涌入。湖北省高速公路經(jīng)過(guò)30多年的建設(shè)發(fā)展，基本建成“七縱五橫三環(huán)”高速公路網(wǎng)。截至2020年，湖北省高速公路里程已達(dá)到7229公里，較2010年增長(zhǎng)96.7%，同時(shí)高速公路交通流量由2010年的0.8億增長(zhǎng)到2019年的3億[1]。接下來(lái)湖北省的高速公路發(fā)展將由高速發(fā)展轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展，將解決高速公路高峰時(shí)段擁堵、省級(jí)間及大中城市間的快速客貨運(yùn)輸?shù)茸鳛楦咚俟钒l(fā)展研究的方向，高速公路流量的研究將成為重點(diǎn)研究方向之一。交通流量、飽和度、車型分布等信息能夠?yàn)楦咚俟芬?guī)劃提供重要的信息支撐，目前，高速公路交通量調(diào)查工作的體系建設(shè)已日趨完善，能夠比較準(zhǔn)確的反應(yīng)高速公路路網(wǎng)的交通運(yùn)行特征。

1 高速公路流量研究理論概述

高速公路流量分布的研究主要涉及高速公路運(yùn)行數(shù)據(jù)、高速公路矢量數(shù)據(jù)、收費(fèi)站和樞紐互通數(shù)據(jù)三方面的數(shù)據(jù)，建立交通流量與高速線位的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)交通流量的地圖可視化。

1.1 高速公路運(yùn)行數(shù)據(jù)

高速公路運(yùn)行數(shù)據(jù)主要是高速公路斷面流量數(shù)據(jù)和收費(fèi)站OD數(shù)據(jù)[2]。以2019年客車信息為例：主要包括斷面編號(hào)、斷面名稱、合計(jì)流量、車型流量信息，其中斷面編號(hào)據(jù)有唯一性，斷面名稱多為收費(fèi)站點(diǎn)和樞紐互通，車型流量包括上行流量、下行流量，如表1所示。

表1 2019年客車流量表

各路段標(biāo)準(zhǔn)車當(dāng)量數(shù)Q計(jì)算表達(dá)式如式（1）所示：

1.2 高速公路年報(bào)數(shù)據(jù)

高速公路年報(bào)數(shù)據(jù)指的是歷年高速公路的矢量數(shù)據(jù)，存在高速公路編號(hào)、上行、下行、起點(diǎn)樁號(hào)、終點(diǎn)樁號(hào)等信息。

1.3 收費(fèi)站、樞紐互通數(shù)據(jù)

根據(jù)高速公路網(wǎng)交通量調(diào)查觀測(cè)站點(diǎn)布局規(guī)劃要求的規(guī)定，樞紐互通立交間必須布設(shè)至少一處一類調(diào)查站，省級(jí)行政區(qū)劃邊界處必須布設(shè)一處一類調(diào)查站。收費(fèi)站、樞紐互通數(shù)據(jù)可作為單一路段斷面流量檢測(cè)起點(diǎn)終點(diǎn)。收費(fèi)站、樞紐屬性信息要求如表2所示。

表2 收費(fèi)站、樞紐互通信息表

1.4 線性參考和動(dòng)態(tài)分段技術(shù)應(yīng)用

線性參考是使用沿測(cè)量的線狀要素的相對(duì)為宗旨存儲(chǔ)地理位置的方法。距離測(cè)量值用于定位沿線的事件，如圖1所示。

圖1 沿線距離

動(dòng)態(tài)分段是使用線性參考測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間表中存儲(chǔ)和管理時(shí)間的地圖位置及地圖上顯示它們的過(guò)程。源于每次更改屬性值無(wú)需分割（也就是分段）線要素的理念。

線性參考主要用于收費(fèi)站、樞紐互通的線上定位。由于高速公路年報(bào)數(shù)據(jù)按照車道數(shù)、設(shè)計(jì)時(shí)速、路面性質(zhì)等多種屬性信息進(jìn)行分段，導(dǎo)致高速公路線性數(shù)據(jù)呈現(xiàn)出多小段的問(wèn)題，導(dǎo)致高速公路運(yùn)行數(shù)據(jù)無(wú)法快速地落到地圖上。所以需要使用線性參考和動(dòng)態(tài)分段技術(shù)解決高速公路沿收費(fèi)、樞紐分段的問(wèn)題[3]。步驟如下：

1.5 高速公路飽和度、區(qū)域交通流量計(jì)算

高速公路飽和度是研究和分析道路服務(wù)水平的重要指標(biāo)，飽和度的計(jì)算主要考慮兩點(diǎn)：一是交通量，二是最大通行能力。交通量從交通運(yùn)行數(shù)據(jù)獲取，最大通行能力通過(guò)路段的車道數(shù)、設(shè)計(jì)時(shí)速、調(diào)整系數(shù)計(jì)算獲得。

單車道通行能力如表3所示。

表3 不同設(shè)計(jì)時(shí)速的單車道通行能力

斷面最大通行能力(pcu/天)如式（2）：

式（2）中：CB為單車道基本通行能力；N為車道數(shù)；0.892512為設(shè)計(jì)小時(shí)系數(shù)；0.12為高峰系數(shù)。

路段飽和度計(jì)算：

式（3）中：V為路段交通量；C為路段最大通行能力。

此次研究過(guò)程中將道路擁擠程度、服務(wù)水平分為如下五級(jí)：

一級(jí)服務(wù)水平：道路交通順暢，服務(wù)水平好，V/C小于0.35；

二級(jí)服務(wù)水平：道路偶爾有擁堵，服務(wù)水平較高，V/C介于0.35～0.55之間；

三級(jí)服務(wù)水平：道路稍微有擁堵，服務(wù)水平一般，V/C介于0.55～0.75之間；

四級(jí)服務(wù)水平：道路擁堵，服務(wù)水平較差，V/C介于0.75～0.9之間；

五級(jí)服務(wù)水平：道路出現(xiàn)嚴(yán)重?fù)矶拢?wù)水平極差，V/C大于0.9。

2 基于湖北省高速交通流量的相關(guān)測(cè)算

2.1 湖北省高速公路流量情況

自2009年～2019年，新增高速公路里程3156km，增長(zhǎng)約96.1%。高速公路交通流量由6008萬(wàn)車次到3.07億車次，增長(zhǎng)約為511%，如圖2所示。

圖2 2009年～2019年高速公路交通流量變化圖

2.2 湖北省主要市州交通排名

2006年～2019年，湖北省交通量前五市州如表4所示。2009年以前高速公路分區(qū)在武漢市區(qū)域和黃石-武漢-襄陽(yáng)-十堰方向、武漢-荊州-恩施方向，受此影響，交通流量主要集中在武漢、宜昌、襄陽(yáng)地區(qū)。隨著高速公路網(wǎng)絡(luò)的加密，截至2019年黃岡、荊州、咸寧的交通量已超過(guò)襄陽(yáng)，黃岡、荊州地區(qū)的交通出行需求得到了巨大的釋放[4]。

表4 2006年-2019年交通流量前五名地市

2.3 湖北省高速公路飽和度測(cè)算

高速公路飽和度較高的路段主要分布在武漢城市群內(nèi)，主要集中在武漢-仙桃-荊州方向、武漢到鄂州方向、武漢-黃岡方向，以紅廟樞紐-蔡甸和劉店-桃園樞紐為甚，飽和度分別達(dá)到了0.93和0.75。其次荊州城區(qū)以東和以北地區(qū)（見(jiàn)圖3）。

圖3 2019年高速公路交通飽和度

2.4 市域交通流分析測(cè)算

市域交通流量，反映了各個(gè)城市之間高速公路聯(lián)系強(qiáng)度。受區(qū)域、經(jīng)濟(jì)影響，各州市高速交通流量主要來(lái)自相鄰或者經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的州市。以中部地州荊門市為例，其流入市州主要為荊州、宜昌、襄陽(yáng)、武漢為主，其中荊州占比約27%，宜昌市占約24%，襄陽(yáng)占比約15%，經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的武漢占比約10%，其流出市州以荊州、襄陽(yáng)、武漢、宜昌為主，其中荊州占比約27%，與流出量基本持平，襄陽(yáng)占比約20%，武漢占比約20%。荊門到武漢的高速流量出現(xiàn)了反差，流出量遠(yuǎn)大于流入量（見(jiàn)圖4）。

圖4 2019年荊門市市域交通流量圖

3 湖北省高速交通流量特征分析與布局建議

其一，受地理環(huán)境的影響，湖北省各市州經(jīng)濟(jì)和人口發(fā)展出現(xiàn)了巨大的分化，導(dǎo)致高速公路交通量也出現(xiàn)了巨大的分化。

人口分布相對(duì)聚集，武漢市、黃岡市、荊州市、襄陽(yáng)市總?cè)丝跀?shù)達(dá)到48%。經(jīng)濟(jì)發(fā)展高度集中，武漢市、襄陽(yáng)市、宜昌市經(jīng)濟(jì)總量占湖北省的58.9%。經(jīng)濟(jì)和人口均呈現(xiàn)出東多西少、平原大山區(qū)小的特點(diǎn)。西部為大山區(qū)，人口密度較小，交通流量明顯偏低，北部與東南部為丘陵，交通流量也比較低，鄂中鄂南為平原，以武漢為首，交通流量集中。鄂東、鄂中地區(qū)人口主要集中在大中城市，交通流量增長(zhǎng)速度較高。高速公路出行需求也高度集中在鄂中、鄂東地區(qū)。其中，武漢市最高為17821萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)車/年，其次為黃岡6768萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)車/年、宜昌5879萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)車/年、咸寧5583萬(wàn)標(biāo)準(zhǔn)車/年，幾乎占據(jù)湖北省高速公路總流量的一半。

另外，湖北省形成了武漢-襄陽(yáng)-宜昌三地交通大動(dòng)脈，為武漢、襄陽(yáng)、宜昌三地為核心城市的三大城市群的交通發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。需要注意的是，宜昌作為宜荊荊恩城市群的核心，地處山區(qū)和平原的交界區(qū)域，目前交通流量偏少，后期可能迎來(lái)一波爆發(fā)。建議增強(qiáng)西部、北部與東南部高速公路的連通性，使流量偏低地區(qū)有路可走，提高鄂中鄂南高速公路密度，新建高速公路分流，使人民出行多一條選擇。

其二，湖北省境內(nèi)高速公路車道數(shù)，除武漢市內(nèi)、武漢南部至咸寧方向，絕大多數(shù)為四車道，其最大通行能力基本一致，其飽和度情況主要取決于路段的高速流量，流量大的地區(qū)，飽和度一般偏高。

從高速飽和度情況來(lái)看，自2018年G0422高速公路全線通車后，極大程度地分擔(dān)了武漢南-咸安的交通流量，使武漢-咸寧方向的高速公路飽和度得到了很大的降低。從2019年高速公路飽和度情況來(lái)看，飽和度較高的路段均集中在武漢的東、西、北三面出市通道上，而且這些區(qū)域的高速公路密度已經(jīng)達(dá)到一定水平，建議十四五期間的高速公路建設(shè)著重于這些路段的改擴(kuò)建，以達(dá)到疏通交通的目的。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高速公路流量、飽和度的研究，掌握高速公路路網(wǎng)的運(yùn)行特征、服務(wù)水平、發(fā)展規(guī)律，為湖北省高速公路的優(yōu)化布局重要的提供數(shù)據(jù)支撐，為各運(yùn)輸方式的統(tǒng)籌融合奠定基礎(chǔ)，進(jìn)一步促進(jìn)湖北省交通運(yùn)輸行業(yè)科學(xué)化發(fā)展。