環(huán)南寧區(qū)域高速公路交通擁堵防治數(shù)據(jù)研究

基金項(xiàng)目：2022年度橫向課題“廣西高速公路交通擁堵防治智能決策系統(tǒng)工程”（編號(hào)：GXHS-2022-016）

作者簡(jiǎn)介：洪 東（1985—），碩士，副教授，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)。

摘要：文章依托環(huán)南寧高速公路工程，圍繞施工區(qū)、收費(fèi)站、路段、交織區(qū)、服務(wù)區(qū)等開展研究，通過交通雷達(dá)、交通攝像機(jī)、人工識(shí)別等方式完成數(shù)據(jù)采集和分析，形成了一套研究高速公路擁堵的數(shù)據(jù)分析結(jié)構(gòu)體系，為改善擁堵情況提供決策數(shù)據(jù)支持。

關(guān)鍵詞：交通量；交通擁堵；車流量

中圖分類號(hào)：U491.2⁺65

0 引言

為掌握高速公路各設(shè)施本地化的交通流運(yùn)行特征，更好地服務(wù)于廣西高速公路交通擁堵防治智能決策系統(tǒng)項(xiàng)目，圍繞路（點(diǎn)）段、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、施工區(qū)、交織區(qū)、疫情防控區(qū)等設(shè)施進(jìn)行展開，獲取各類設(shè)施的車道數(shù)量、車道寬度、車道功能等靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)和流量、速度等交通運(yùn)行數(shù)據(jù)^［1］。將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行大數(shù)據(jù)技術(shù)處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)識(shí)別或預(yù)測(cè)交通擁堵，使高速公路更加安全、暢通，對(duì)于改善高速公路交通擁堵狀況具有重要意義。

1 研究背景

目前，廣西高速公路建成里程約為7 000 km，預(yù)計(jì)“十四五”末廣西高速公路通車總里程達(dá)12 000 km。為推動(dòng)交通科技創(chuàng)新體系、交通治理體系的形成，助力交通強(qiáng)國(guó)建設(shè)和交通強(qiáng)區(qū)建設(shè)，落實(shí)《廣西智慧交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》等要求，促進(jìn)我區(qū)公路事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，推動(dòng)廣西高速公路交通擁堵防治智能決策系統(tǒng)工程，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)于2022-09-30至2022-10-07開展8 d的工作對(duì)接、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和資料收集，全面展開了現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和數(shù)據(jù)分析工作，重點(diǎn)圍繞施工區(qū)、收費(fèi)站、路段、交織區(qū)、服務(wù)區(qū)疫情防控區(qū)等設(shè)施進(jìn)行展開，獲取各類設(shè)施的車道數(shù)量、車道寬度、車道功能等靜態(tài)屬性數(shù)據(jù)和流量、速度等交通運(yùn)行數(shù)據(jù)^［2］。

2 研究數(shù)據(jù)來源

此次調(diào)研采用無人飛機(jī)、路側(cè)激光雷達(dá)、交通攝像機(jī)等輔助工具，對(duì)路（點(diǎn)）段、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、施工區(qū)、交織區(qū)、疫情防控區(qū)6個(gè)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。為保障數(shù)據(jù)的多維度及全面性，安排人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，為了科學(xué)合理、數(shù)據(jù)價(jià)值以及正確預(yù)測(cè)決策，調(diào)研時(shí)間分2個(gè)時(shí)間段：上午8：30-10：30，下午16：30-18：30，覆蓋環(huán)南寧市周邊的點(diǎn)位（如南寧東收費(fèi)站，安吉收費(fèi)站、安吉東收費(fèi)站、伶俐服務(wù)區(qū)、武鳴服務(wù)區(qū)、石埠北施工區(qū)等）。

3 研究數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

根據(jù)高速公路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)及研究數(shù)據(jù)要求，對(duì)南寧繞城高速公路等路段常發(fā)擁堵點(diǎn)所在區(qū)域的路（點(diǎn)）段、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、施工區(qū)、交織區(qū)、疫情防控區(qū)等現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行踏勘，收集交通流量、速度等交通運(yùn)行數(shù)據(jù)（以收費(fèi)站、服務(wù)區(qū)和施工區(qū)為例）。

3.1 收費(fèi)站區(qū)域

（1）環(huán)境參數(shù)：收費(fèi)站等級(jí)、通行類型、收費(fèi)站結(jié)構(gòu)、匝道收費(fèi)站還是主線收費(fèi)站、收費(fèi)站上游最近ETC門架的距離等^［1］；收費(fèi)站整體工作排班方案。

（2）幾何特征：出入口數(shù)量、類型車道數(shù)、閘道寬度、服務(wù)類型、ETC車道數(shù)量及寬度、MTC車道數(shù)量及寬度、是否有貨運(yùn)專用通道，如果有還應(yīng)了解通道寬度^［3］。

（3）交通量數(shù)據(jù)：總交通量、各類型車輛通行量（包括綠色通道）以及收費(fèi)站服務(wù)時(shí)間及支付類型（5 min流率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。

明確高峰期，在高峰期內(nèi)以5 min為單位，統(tǒng)計(jì)ETC車道通行流率；保證2 h的數(shù)據(jù)量。

明確高峰期，在高峰期內(nèi)以5 min為單位，統(tǒng)計(jì)MTC車道通行流率及車輛類型；保證2 h的數(shù)據(jù)量，并注意分析不同位置MTC車道流率是否一致。

（4）交通運(yùn)行數(shù)據(jù)：通行速度、通行量、總平均速度以及各種車型比例、ETC車道通行速度、MTC車道每5 min時(shí)刻的排隊(duì)長(zhǎng)度^［4］。

3.2 服務(wù)區(qū)區(qū)域

（1）環(huán)境參數(shù)：服務(wù)區(qū)等級(jí)、道路類型、交織區(qū)構(gòu)型、服務(wù)區(qū)位置等。

（2）幾何特征：服務(wù)區(qū)大小、私家車停車位數(shù)量、大型車停車位數(shù)量、電動(dòng)車充電樁數(shù)量等。

（3）交通量數(shù)據(jù)：每隔1 h統(tǒng)計(jì)一次服務(wù)區(qū)停車數(shù)量；獲取服務(wù)區(qū)進(jìn)出口近3個(gè)月的車輛進(jìn)出記錄數(shù)據(jù)（車輛類型、進(jìn)入時(shí)間、離開時(shí)間）；總交通量、各類型進(jìn)出數(shù)量以及交通量的出口和入口分布（5 min流率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）。

（4）交通運(yùn)行數(shù)據(jù)：每隔5 min統(tǒng)計(jì)服務(wù)區(qū)內(nèi)?？寇囕v的車牌（停放時(shí)間要保留），統(tǒng)計(jì)得到各類型車輛停留時(shí)間時(shí)間分布；進(jìn)出入口車流量、各類型車輛停留時(shí)間、總平均速度以及各種車型比例。

3.3 施工區(qū)區(qū)域

（1）道路條件：施工區(qū)長(zhǎng)度（運(yùn)行組織起點(diǎn)到終點(diǎn)）、施工區(qū)各區(qū)段的長(zhǎng)度（警告區(qū)、上游過渡區(qū)、緩沖區(qū)、作業(yè)區(qū)、下游過渡區(qū)、終止區(qū)）、車道數(shù)量（不同區(qū)段的車道數(shù)量）、車道寬度、道路坡度、側(cè)向凈空、中間帶開口長(zhǎng)度（借用對(duì)象車道運(yùn)行時(shí)）、關(guān)閉車道、開放車道數(shù)、隔離類型、施工區(qū)上游和下游最近的ETC門架名稱及距離^［5］。

（2）交通條件：高峰期和平峰期內(nèi)，分別統(tǒng)計(jì)交通流率（按5 min統(tǒng)計(jì)多個(gè)斷面未進(jìn)行系數(shù)換算的原始流率）；速度（按5 min統(tǒng)計(jì)多個(gè)斷面）；車頭時(shí)距（每一斷面分車型統(tǒng)計(jì)車頭時(shí)距）。保證2 h的數(shù)據(jù)量。高峰期和平峰期內(nèi)的各斷面的總交通量和車輛類型比例。

施工區(qū)上游和下游最近的ETC門架在高峰期和平峰期每5 min的分車型交通量。

（3）管制條件：

限速、改擴(kuò)建施工區(qū)警告標(biāo)志、道路標(biāo)線、突起路標(biāo)、輪廓標(biāo)、防眩板、隔離柵等。

（4）環(huán)境條件：溫度、濕度、海拔、天氣狀況、施工強(qiáng)度等。

（5）施工情況：封路時(shí)段、時(shí)間、施工單位、施工方案、施工類型、等級(jí)等。

4 研究結(jié)果分析

根據(jù)交科、交投提供的擁堵點(diǎn)位，以及路網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)的擁堵點(diǎn)位，考慮防疫政策等原因，結(jié)合預(yù)調(diào)研實(shí)地勘察情況，完成安吉、安吉東、南寧南、南寧東收費(fèi)站；伶俐、那馬、大塘、武鳴服務(wù)區(qū)；廂竹快速、安吉互通交織區(qū)；石埠北、廂竹快速路施工區(qū)等點(diǎn)位數(shù)據(jù)采集、整理及分析。（以安吉東收費(fèi)站、伶俐服務(wù)區(qū)、廂竹快速路施工區(qū)為例）

4.1 安吉東收費(fèi)站

4.1.1 交通量分析

根據(jù)表1調(diào)查結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：人工調(diào)研數(shù)據(jù)和收費(fèi)站流水?dāng)?shù)據(jù)差值很小，足以證明收費(fèi)站流水?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。造成差值的原因如下：（1）由于開啟和關(guān)閉攝像機(jī)設(shè)備的時(shí)間上有誤差，沒辦法精確地保證同一時(shí)刻全部開啟攝像機(jī)等設(shè)備。（2）關(guān)于特殊車輛高速公路巡查車和警車，會(huì)通過關(guān)閉的人工車道，由于人員有限，調(diào)研沒有采集這類車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)。

4.1.2 車型分析

我國(guó)高速公路收費(fèi)站車型根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2014）進(jìn)行劃分，具體規(guī)則如表2所示。該收費(fèi)站小型車占比最大（82.06%），大型車次之（10.45%）（見圖1）。該收費(fèi)站調(diào)研數(shù)據(jù)中，ETC車輛占比達(dá)58.01%，MTC車輛占比為41.99%。

4.1.3 出口車輛MTC服務(wù)時(shí)間分析

車輛的服務(wù)時(shí)間指的是車輛到達(dá)收費(fèi)亭接受服務(wù)所需要的時(shí)間。通常情況下，車輛的服務(wù)時(shí)間取決于車輛的收費(fèi)方式、車型類型，而收費(fèi)站的車型以小型車為主，中型車和大型車占比少。經(jīng)過分析可知：采用不同收費(fèi)方式其服務(wù)時(shí)間不同，車型越大服務(wù)時(shí)間越長(zhǎng)；在相同車型中采用移動(dòng)支付收費(fèi)的服務(wù)時(shí)間最短。采用現(xiàn)金支付的小型車服務(wù)時(shí)間頻率直方圖如圖2所示：

4.1.4 防疫站服務(wù)時(shí)間分析

該收費(fèi)站的防疫站距收費(fèi)站出口較近，且調(diào)研期間屬于廣西疫情嚴(yán)重期間，防疫檢查要求每一輛車都需要檢查，防疫站檢查時(shí)間比收費(fèi)站出口服務(wù)時(shí)間更長(zhǎng)，是造成安吉東收費(fèi)站擁堵的主要原因，小型車的服務(wù)時(shí)間頻率直方圖如圖3所示：

4.1.5 排隊(duì)長(zhǎng)度分析

根據(jù)收費(fèi)站車流量實(shí)際情況，取樣10 min進(jìn)行車輛排隊(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)照擁堵長(zhǎng)度指標(biāo)參數(shù)，判定擁堵程度。取樣10 min（1次/2 min）排隊(duì)長(zhǎng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。

4.2 伶俐服務(wù)區(qū)

伶俐服務(wù)區(qū)靜態(tài)交通基礎(chǔ)數(shù)據(jù)調(diào)研結(jié)果為：小型車輛停車位有170個(gè)，大型車輛停車位有58個(gè)。從數(shù)據(jù)調(diào)查結(jié)果（圖4～6）可看出，該服務(wù)區(qū)上午和下午呈現(xiàn)出相反的運(yùn)行規(guī)律，上午服務(wù)區(qū)的駛?cè)肓啃∮隈偝隽?，下午駛?cè)肓看笥隈偝隽?。在車輛類型中，小型汽車占主導(dǎo)地位，大、中型汽車占比較少。從上午的停車時(shí)長(zhǎng)調(diào)研結(jié)果來看，服務(wù)區(qū)車輛的停放是短時(shí)間內(nèi)停歇，在10～30 min內(nèi)。由此可以得出結(jié)論，服務(wù)區(qū)主要為小型車出行者群體提供休憩服務(wù)，車輛主要是短時(shí)間內(nèi)的停放。

4.3 廂竹快速路施工區(qū)

根據(jù)施工區(qū)的特征，采集上午7：40-8：40和8：40-9：40兩個(gè)時(shí)間段數(shù)據(jù)，通過分析得出兩個(gè)時(shí)間段為施工區(qū)擁堵時(shí)間段，且在擁堵正在形成時(shí)，第二條車道的流量最大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他兩條車道，而當(dāng)擁堵完全形成時(shí)，第一條車道流量高于其他兩條車道。具體數(shù)據(jù)表如表4所示。

擁堵原因主要有以下兩點(diǎn)：

（1）當(dāng)擁堵正在形成時(shí)，司機(jī)更加傾向于走通暢的第一、二車道。由于第一條車道外側(cè)也存在隔離板，因此在車輛較少的情況下第二條車道是較為明智的選擇。

（2）當(dāng)擁堵已經(jīng)形成時(shí)，車輛換道較為困難。由于第三條車道通過施工區(qū)時(shí)必然會(huì)換道到第二條車道，對(duì)在第二條車道行駛的車輛有較大的影響，而對(duì)位于第一條車道車輛的影響較小，因此駕駛員更愿意選擇第一條車道行駛。

具體數(shù)據(jù)情況及分析如表5和圖7所示。

5 解決方法策略

5.1 收費(fèi)站方面

（1）交通量分析：大量采集人工調(diào)研數(shù)據(jù)和收費(fèi)站流水?dāng)?shù)據(jù)，再結(jié)合收費(fèi)站卡口數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)，減少差值，保障數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。針對(duì)特殊車輛，調(diào)研時(shí)也要采集這類車輛的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）出口車輛MTC服務(wù)時(shí)間分析：加強(qiáng)推廣采用移動(dòng)支付收費(fèi)的方式。

（3）防疫站服務(wù)時(shí)間：防疫站檢查時(shí)間比收費(fèi)站出口服務(wù)時(shí)間長(zhǎng)，建議檢查和提醒前置，加派人員開展機(jī)動(dòng)作業(yè)。

5.2 服務(wù)區(qū)方面

通過卡口數(shù)據(jù)或監(jiān)控?cái)z像頭提醒車輛停放超過1 h的車主，服務(wù)區(qū)內(nèi)設(shè)置為小型車出行者群體提供休憩服務(wù)標(biāo)語(yǔ)，方便長(zhǎng)時(shí)間停留休憩的出行者。

5.3 施工區(qū)方面

當(dāng)擁堵正在形成時(shí)，提醒司機(jī)不要隨意變道，保持正常的行駛方向。

5.4 路段（點(diǎn)）方面

人工每5 min統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)要結(jié)合攝像機(jī)和雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行多維度核對(duì)和整合，并獲取附近ETC門架數(shù)據(jù)，再進(jìn)行比對(duì)，保障數(shù)據(jù)可靠性。

5.5 交織區(qū)方面

車流量較大時(shí)，期間出現(xiàn)緩行，建議不要采取跟車與換道行為。

6 結(jié)語(yǔ)

本文圍繞路（點(diǎn)）段、服務(wù)區(qū)、收費(fèi)站、施工區(qū)、交織區(qū)、疫情防控區(qū)等開展數(shù)據(jù)采集和分析研究，以環(huán)南寧高速公路比較經(jīng)典擁堵的點(diǎn)位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析工作。交通流量數(shù)據(jù)及分析結(jié)果僅供參考，后期將借助更高精度的設(shè)備進(jìn)行采集和分析，從多維度開展，保障數(shù)據(jù)的全面性及準(zhǔn)確性。為高速公路擁堵治理提供更加可靠的數(shù)據(jù)，改善高速公路交通擁堵的情況，提升人們出行的幸福感。

參考文獻(xiàn)

［1］王 健.基于ETC系統(tǒng)數(shù)據(jù)的高速公路主動(dòng)管控建設(shè)探討［J］.中國(guó)交通信息化，2020（12）：99-101.

［2］李文濤.基于灰色GM_1_1_馬爾科夫模型的高速公路交通事故預(yù)測(cè)［J］.公路交通科技（應(yīng)用技術(shù)版），2020，16（6）：317-320.

［3］童 瑋.基于交通流量預(yù)測(cè)的高速公路收費(fèi)道口運(yùn)營(yíng)策略研究［J］.交通信息與安全，2012，30（1）：86-89.

［4］周 濤.基于改進(jìn)卷積網(wǎng)絡(luò)的高速公路節(jié)假日擁堵預(yù)測(cè)系統(tǒng)［J］.上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所學(xué)報(bào)，2022，45（6）：54-60.

［5］黃承鋒.基于改進(jìn)GA算法的高速公路交通擁堵狀況預(yù)測(cè)［J］.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（信息科學(xué)版），2022，40（2）：198-205.

收稿日期：2023-03-30