經(jīng)開至漢南一體化交通項目規(guī)劃交通量預(yù)測

丁 英

(中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司，湖北 武漢 432000)

近年隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，城鎮(zhèn)空間整合力度不斷加強(qiáng)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展、綜合交通、公共服務(wù)、城鄉(xiāng)空間、生態(tài)景觀和市政設(shè)施一體化的積極推進(jìn)，區(qū)域綜合服務(wù)功能與核心競爭力的不斷提升。綜合交通運輸體系建設(shè)作為發(fā)展過程中的重要抓手也備受行業(yè)重視，而路網(wǎng)交通量的預(yù)測更是片區(qū)規(guī)劃及設(shè)計的首要任務(wù)。目前已有諸多學(xué)者對各種路網(wǎng)交通量預(yù)測進(jìn)行了研究，趙磊娜[1]提出了一種利用時變經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解的主干道短時交通量預(yù)測的混合預(yù)測模型，并通過對比經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解與最小二乘支持向量機(jī)模型，驗證了混合預(yù)測模型更加適合交通流預(yù)測；孫朝云[2]對粒子群算法的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)關(guān)系進(jìn)行了優(yōu)化，針對高速公路服務(wù)區(qū)交通量提出了一種基于改進(jìn)粒子群算法和XGBoost融合的交通量預(yù)測模型；李松江[3]為解決傳統(tǒng)交通量預(yù)測不能拓展至區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的問題，提出了一種基于時空相關(guān)性多任務(wù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交通量預(yù)測模型；黃明芳[4]以福州連江縣文筆路與敖江北路的交叉路口的交通量為研究背景，提出了一種基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的短時交通量預(yù)測模型?；诂F(xiàn)有研究成果，以武漢市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)龍靈山路網(wǎng)系統(tǒng)為研究背景，對其交通量的分布及預(yù)測進(jìn)行了研究，為后期路網(wǎng)改造設(shè)計提供理論支撐依據(jù)。

1 項目概況

武漢經(jīng)開區(qū)和漢南區(qū)作為一個整體，統(tǒng)籌安排產(chǎn)業(yè)、居住、服務(wù)等各項用地，形成職住相對均衡、功能相對完善、產(chǎn)城互為補(bǔ)充的現(xiàn)代化綜合新城。按照“十三五”規(guī)劃綜合交通運輸體系建設(shè)，兩區(qū)之間現(xiàn)狀路網(wǎng)存在問題：(1)快速化射線密度較少(東風(fēng)高架、漢洪高速)；(2)橫向環(huán)線為收費通道(四環(huán)、外環(huán))。為實現(xiàn)兩區(qū)一體化，需進(jìn)一步完善現(xiàn)狀路網(wǎng)系統(tǒng)。

本項目位于武漢市經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)龍靈山附近，包含全力三路地面層改造及利用全力二路路徑設(shè)高架對接?xùn)|風(fēng)大道高架，具體為全力三路(后官湖大道至龍靈大道)地面改造及新增3處下穿通道、3座景觀天橋和新增全力二路(東風(fēng)大道至全力三路)高架及對接?xùn)|風(fēng)大道高架互通。

2 交通量預(yù)測

2.1 現(xiàn)狀交通量及技術(shù)評價

(1)路段交通量

路段交通量包括現(xiàn)狀主要道路及匝道交通量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源包括人工交通調(diào)查、大數(shù)據(jù)挖掘以及其他項目交通專項成果。現(xiàn)狀區(qū)域內(nèi)主要道路交通整體運行狀況較好，但部分匝道交通壓力大，高峰時段出行擁堵。東風(fēng)大道高架及地面車流量高峰小時4 500輛，車流量相對集中，其余道路交通流量較小，服務(wù)水平多為A(B)、C級。全力一路上下東風(fēng)大道高架橋匝道高峰時段交通量較大，下橋匝道服務(wù)水平最低至E級。具體各研究區(qū)域主要道路交通量一覽表如表1所示。

(2)交叉口分向交通量

交叉口交通量包括全力三路沿線主要道路交叉口不同流向交通量，數(shù)據(jù)來源主要通過人工交通調(diào)查獲取。從交叉口現(xiàn)狀流量來看，各交叉口的運行壓力較小，整體服務(wù)水平較好，但各交叉口不同方向流量分布不均。

表1 研究區(qū)域主要道路交通量

表2 全力三路沿線主要交叉口交通量統(tǒng)計表

(3)技術(shù)評價

①區(qū)域內(nèi)各主要道路交通整體運行狀況較好，但路網(wǎng)中局部交叉口、匝道等在高峰時段易形成交通瓶頸，引發(fā)短時性交通擁堵。

②東風(fēng)大道地面層受沿線交叉口影響，交通運行存在一定的延誤；高架層受沿線上下匝道的影響，高峰時段易形成匯入?yún)R出的瓶頸擁堵現(xiàn)象。江城大道整體運行較為流暢，在三環(huán)線與太子湖大橋段，受沿線永旺夢樂城及交叉口影響，易發(fā)生交通擁堵。

③全力三路北接知音湖大道，與東風(fēng)大道地面層相交，南通硃山路，是區(qū)域內(nèi)橫向主通道之一。但其受有軌電車影響，部分路口交通組織困難。未來隨著交通量不斷增長，會形成節(jié)點瓶頸，制約路網(wǎng)整體的服務(wù)水平。

④在經(jīng)開—漢南一體化發(fā)展的背景下，受現(xiàn)狀道路基礎(chǔ)設(shè)施的影響，目前尚未拉通沌口至紗帽的快速通道，一定程度上制約了片區(qū)之間的經(jīng)貿(mào)互通，從長遠(yuǎn)來看，不利于兩區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

2.2 預(yù)測思路與方法

本項目在武漢市已有市域范圍交通大調(diào)查模型的基礎(chǔ)上，充分利用已有調(diào)查數(shù)據(jù)，并在現(xiàn)狀流量調(diào)查的基礎(chǔ)上，對漢南區(qū)交通模型進(jìn)行細(xì)分校驗。采用四階段模型預(yù)測項目建設(shè)所產(chǎn)生的交通量。四階段模型指出行生成、出行分布、方式劃分及出行分配。

(1)出行生成模型(Generation)——出行產(chǎn)生的頻率和數(shù)量。

(2)出行分布模型(Distribution)——出行在城市空間的分布，借助TransCAD軟件輔助分析。

(3)方式劃分模型(Model Split)——出行中使用的交通工具的比例，借助TransCAD軟件輔助分析。

(4)分配模型(Assignment)——流量在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的分布，借助TransCAD軟件輔助分析。

圖1 交通預(yù)測流程圖

2.3 交通生成量預(yù)測

本次出行生成模型的建立以武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)(漢南區(qū))規(guī)劃用地性質(zhì)及人口、崗位等基礎(chǔ)資料為前提，以武漢市交通調(diào)查歷史數(shù)據(jù)和交通預(yù)測模型為依托， 確定不同用地上的交通出行率， 計算出行生成量，獲得對象區(qū)域各個分區(qū)出行產(chǎn)生量和出行吸引量。武漢市通常采用類別交叉分類法分別建立車輛、居民出行的交通生成模型。通常模型如式(1)所示。

(1)

式中：Ti為i區(qū)出行的產(chǎn)生量(或吸引量)；rc為c類交叉分類的平均產(chǎn)生率或吸引率；qci為i區(qū)c類交叉分類的參數(shù)變量。

根據(jù)各特征年各交通小區(qū)的用地性質(zhì)、用地規(guī)模、人口、經(jīng)濟(jì)等相關(guān)規(guī)劃指標(biāo)，預(yù)測不同特征年各交通小區(qū)的交通生成量。其中2022-2035年采用插入法和分類疊加方法，2041年由于無相關(guān)上位規(guī)劃支撐，采用趨勢外推法。具體如表3所示(表中P表示中區(qū)交通量的產(chǎn)生量，A表示中區(qū)交通量的吸引量)。

表3 研究范圍交通中區(qū)全日交通生成量統(tǒng)計表

2.4 交通分布預(yù)測

交通分布預(yù)測即根據(jù)道路網(wǎng)布局形態(tài)、土地利用性質(zhì)等確定交通量在未來道路網(wǎng)上空間分布形式。任意兩個交通分區(qū)之間的出行分布量與這兩個分區(qū)各自的出行生成量和區(qū)間出行阻抗有關(guān)。分布預(yù)測即對各交通區(qū)之間及各交通區(qū)內(nèi)部的出行量進(jìn)行預(yù)測。常用的出行分布模型有增長系數(shù)模型、重力模型和機(jī)會模型等，根據(jù)武漢市實際情況，選用了重力模型。

重力模型：假定交通區(qū)i到交通區(qū)j的交通分布量與交通區(qū)i的交通產(chǎn)生量、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)，如兩區(qū)間交通的距離、時間或費用等成反比。重力模型的基本形式如式(2)所示。

(2)

式中:Tij為i區(qū)到j(luò)區(qū)出行量；Pi為i區(qū)發(fā)生量；Aj為j區(qū)的吸引量；tij為i區(qū)到j(luò)區(qū)的出行阻抗；F(tij)為阻抗函數(shù)，通常有tij-α和e-βtij等形式，其中α，β為待定參數(shù)。出行阻抗tij可以采用區(qū)間距離、時間或由時間和費用構(gòu)成的綜合出行成本。利用重力模型對各大區(qū)間的交通出行分布進(jìn)行預(yù)測，武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)與漢南區(qū)交通聯(lián)系將更加緊密，交通量將呈現(xiàn)較大增長。

2.5 交通方式劃分預(yù)測

根據(jù)武漢市綜合交通規(guī)劃，武漢市規(guī)劃交通出行結(jié)構(gòu)目標(biāo)為“4+4+2”模式，即40%公交車，40%慢行交通，20%小汽車?？紤]本項目處于武漢市新城區(qū)，軌道交通等公交供給水平與城區(qū)差異較大，可以判斷，規(guī)劃期末公交出行率將低于武漢市目標(biāo)值，小汽車出行率將高于目標(biāo)值。結(jié)合城市的功能特性以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，采取“宏觀與微觀相結(jié)合，宏觀指導(dǎo)微觀”的預(yù)測思路，以規(guī)劃人口和工業(yè)用地性質(zhì)為主要參數(shù)，結(jié)合城市客運交通結(jié)構(gòu)的影響因素和漢南區(qū)城市交通發(fā)展策略，規(guī)劃年武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(漢南區(qū))交通方式劃分如表4所示。

表4 特征年居民各種出行方式的分擔(dān)比例

2.6 交通分配預(yù)測

(1)分配原則

根據(jù)不同的路網(wǎng)方案和擬定的特征年，本項目采用的分配方案如表5所示。

表5 交通分配方案一覽表

(2)分配方法

交通分配的關(guān)鍵是路徑選擇問題，即通過了解分析各OD對之間的交通出行在路網(wǎng)上的流動情況，把各交通小區(qū)間的OD出行量分配到具體路網(wǎng)上，本項目交通分配過程是選用TransCAD交通分析軟件的容量限制分配方法進(jìn)行交通分配，路阻采用綜合道路交通狀況和收費情況的廣義費用函數(shù)，如式(3)所示。

(3)

式中：Ci為路段i的廣義費用；Ki為路段i的通行費用；φ為時間價值；α、β為參數(shù)；ti為路段i的自由流行駛時間；qi為路段i的交通量；Vi為路段i的通行能力。

3 交通量預(yù)測結(jié)果及分析

本項目位于經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，作為開發(fā)區(qū)內(nèi)部道路網(wǎng)組成部分，故設(shè)計高峰小時流量比取PHFt=0.125。考慮交通量分布的方向不均勻性，引入方向不均勻系數(shù)KD，由于項目位于武漢經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)(漢南區(qū))，高峰小時交通量多為上下班出行所引起，根據(jù)國內(nèi)數(shù)據(jù)表明，上下班線路KD可取0.6～0.7。基于此，得到不同分配方案下路網(wǎng)交通量情況。

3.1 路段交通量預(yù)測結(jié)果

(1)無此項目時交通量預(yù)測結(jié)果

路段交通量預(yù)測結(jié)果顯示，全力三路高峰時段交通量整體較高，東風(fēng)大道—硃山湖大道、硃山湖大道—全力南路段超過2 500 pcu/h，全力一路匝道交通量接近飽和狀態(tài)。

(2)有此項目時交通量預(yù)測結(jié)果

路段交通量預(yù)測結(jié)果顯示，新建全二高架后分流效果明顯，但高架與地面層匯流段交通量仍偏大。

3.2 交叉口交通量預(yù)測結(jié)果

(1)無此項目時交叉口流量預(yù)測結(jié)果

從全力三路與東風(fēng)大道地面層交叉口全向交通量流向預(yù)測結(jié)果來看，通過交叉口的流量增長迅速，尤其以東風(fēng)大道東進(jìn)口直行、左轉(zhuǎn)、全力三路南出口、全力三路南進(jìn)口右轉(zhuǎn)燈方向最為顯著?；诋?dāng)前交叉口規(guī)模和交通組織形式，東風(fēng)大道與全力三路流量轉(zhuǎn)換效率難以滿足中遠(yuǎn)期轉(zhuǎn)向交通需求，將造成較為嚴(yán)重的擁堵和行車延誤。

表6 東風(fēng)大道與全力三路路地面交叉口高峰小時交通量預(yù)測

表7 全力三路與硃山湖南路平叉口高峰小時交通量預(yù)測

(2)有此項目時交叉口流量預(yù)測結(jié)果

新建全力二路高架后，設(shè)置定向匝道與東風(fēng)大道高架對接，可以實現(xiàn)東部市內(nèi)方向、武漢西方向無阻礙進(jìn)入全二高架，然后匯入全三，市內(nèi)方向返程交通可經(jīng)全二高架右轉(zhuǎn)直接進(jìn)入東風(fēng)大道，減少全力三路與東風(fēng)大道地面交叉口的交通流入量。在保證交通服務(wù)水平良好的前提下，東風(fēng)大道東進(jìn)口左轉(zhuǎn)進(jìn)全力二路高架匝道最高可通行交通量約1 300 pcu/h，東風(fēng)大道西進(jìn)口右轉(zhuǎn)進(jìn)全力三路最高可通行交通量約750 pcu/h，全力二路高架右轉(zhuǎn)進(jìn)東風(fēng)大道匝道最高可通行交通量約1 300 pcu/h，可在一定程度上緩解全力三路與東風(fēng)大道地面交叉口通行壓力。

表8 全力三路與龍靈大道平叉口高峰小時交通量預(yù)測

表9 東風(fēng)大道與全力二路立交高峰小時交通量預(yù)測

從預(yù)測結(jié)果來看，新建全二高架定向匝道分流效果明顯，有效緩解了全力三路與東風(fēng)大道地面交叉口的交通狀況。

表10 東風(fēng)大道與全力三路地面交叉口高峰小時交通量預(yù)測

4 結(jié) 論

以“經(jīng)開至漢南一體化”中新增橫向快捷通道：新增全力三路(全力二路高架)快捷通道為研究背景，對本區(qū)域路網(wǎng)結(jié)構(gòu)交通量進(jìn)行了預(yù)測，并對比了有無本項目路段及交叉口的交通量預(yù)測結(jié)果。由預(yù)測結(jié)果可知，有無本項目交通預(yù)測結(jié)果差異較大。無本項目時，全力三路整體服務(wù)水平下降速度較快，多處路段尤其以交叉口上下游出現(xiàn)交通擁堵。本項目的建設(shè)可有效改善全力三路乃至整個片區(qū)的交通狀況，路網(wǎng)建設(shè)方案和規(guī)模能夠較好適應(yīng)交通需求的發(fā)展，對片區(qū)近中遠(yuǎn)期發(fā)展具有積極作用。