基于動(dòng)態(tài)車速的高速公路擁堵識(shí)別及對(duì)策探析

歐陽喜軍,金雙泉

（廣東省交通運(yùn)輸規(guī)劃研究中心,廣東 廣州 510101）

0 引言

改革開放以來，廣東省高速公路建設(shè)迅速發(fā)展，取得了顯著成績。至2020 年底，廣東全省高速公路通車?yán)锍踢_(dá)10 488 km，位居全國第一[1]，創(chuàng)下了高速公路建設(shè)的“廣東速度”。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)快速發(fā)展、新型城鎮(zhèn)化和工業(yè)化穩(wěn)步推進(jìn)、人民生活水平不斷提高，交通運(yùn)輸需求尤其是以小汽車出行為代表的公路運(yùn)輸需求持續(xù)迅猛增長，我省高速公路發(fā)展適應(yīng)性問題由總規(guī)模不足、大通道薄弱為主，向珠三角核心都市圈主要環(huán)線和部分干線交通承載功能復(fù)雜（疏導(dǎo)、組織和轉(zhuǎn)換重疊等）導(dǎo)致總體通行能力不足、至粵東西北地區(qū)通道可靠性不高、部分路線銜接不暢為主轉(zhuǎn)變[2]。

目前，研究高速公路擁堵主要以聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)數(shù)據(jù)為主，通過靜態(tài)交通分配再現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)，但因節(jié)假日小客車高速免費(fèi)，收費(fèi)流水?dāng)?shù)據(jù)不完全，同時(shí)宏觀交通模型分配路徑與實(shí)際有所偏差，無法真實(shí)反映路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。因此，該文主要以動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在微觀層面對(duì)交通運(yùn)行的不適應(yīng)進(jìn)行分析，精準(zhǔn)甄別實(shí)際擁堵路段，挖掘交通擁堵形成的原因，在此基礎(chǔ)上提出切實(shí)可行的路網(wǎng)疏堵保暢策略，以此提升高速公路的運(yùn)行效率，為未來的路網(wǎng)規(guī)劃及節(jié)點(diǎn)的組織管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)說明

1.1 數(shù)據(jù)源基本情況

采集的車速數(shù)據(jù)包括各路段編碼、路段類型、所在城市編碼、自由流車速和全天24 h 每1 h 的車速數(shù)據(jù)，具體如表1 所示。該次分析共使用了2020 年共105 d 的高速公路車速數(shù)據(jù)，其中3 月22 d，4 月30 d，5 月20 d，6 月18 d，7 月15 d。

表1 采集數(shù)據(jù)示意表

1.2 相關(guān)定義

（1）自由流車速：高德車速數(shù)據(jù)識(shí)別的夜間車速。

（2）日均擁堵小時(shí)：統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)擁堵路段擁堵小時(shí)總數(shù)/統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)天數(shù)。

（3）擁堵指數(shù)[3-4]：旅行時(shí)間與自由流旅行時(shí)間比值，計(jì)算公式如下：

式中，Rkt——路段k在時(shí)刻t的擁堵指數(shù)；lk——路段k的長度；vkt——路段k在時(shí)刻t的實(shí)際行駛速度；vkd——路段k的自由流速度。

（4）擁堵路段[5]：擁堵指數(shù)大于3 的路段（擁堵指數(shù)小于2 為暢通，2~3 為緩行，3~4 為擁擠，大于4 為嚴(yán)重?fù)頂D）。

（5）時(shí)間界定：工作日指正常上班的周一至周五，周末為周六和周日，節(jié)假日為國家法定的小長假，統(tǒng)計(jì)期內(nèi)包含清明節(jié)、勞動(dòng)節(jié)、端午節(jié)。

2 非擁堵狀態(tài)最大車速識(shí)別

將車速映射到路網(wǎng)中，識(shí)別廣東省域高速公路網(wǎng)非擁擠狀態(tài)[6-8]下的最大車速。約8.9%的路段最大車速低于80 km/h，主要為廣州、深圳境內(nèi)高速公路；約30%高速公路最大車速達(dá)到100 km/h 以上，大多分布在粵西地區(qū)。約25%的高速公路車速在90 km/h 以下，該部分路段長期長時(shí)段處于低速運(yùn)行狀態(tài)，已基本喪失高速通行功能，這種高速公路不高速的問題需要在高速公路優(yōu)化規(guī)劃中予以重點(diǎn)考慮。

3 路網(wǎng)擁堵特征分析

3.1 擁堵次數(shù)分析

在研究的105 d 時(shí)間里，發(fā)生過擁堵的路段共有320處，擁堵次數(shù)6 508 次，日均擁堵62 次。從單日的擁堵次數(shù)來看，特殊節(jié)假日擁堵較為明顯，最大單日擁堵次數(shù)達(dá)到450 次以上，平常日擁堵次數(shù)在100 次以內(nèi)。從出現(xiàn)過的擁堵路段數(shù)來看，單日最大出現(xiàn)擁堵路段數(shù)接近90 段，主要為節(jié)假日期間，平常日單日擁堵路段數(shù)約為20 處左右。從出現(xiàn)過的320 個(gè)擁堵路段的日均擁堵次數(shù)（按擁堵天數(shù)平均）來看，27.8%的路段日均擁堵1 次，27.5%路段日均擁堵兩次，此外日均擁堵次數(shù)超過3 次的也達(dá)到了27.5%，其中14.1%路段日均擁堵次數(shù)超過5 次，呈現(xiàn)全日反復(fù)擁堵的狀態(tài)。

3.2 擁堵時(shí)空分布

從擁堵時(shí)間分布[9]上來看，工作日呈現(xiàn)明顯的“雙峰”特征，周末上午峰值“壓扁拉長”，中午出現(xiàn)擁堵的小高峰，這與工作日和周末交通流量時(shí)間分布特征基本一致，表明流量越大，擁堵越容易出現(xiàn)；節(jié)假日下午擁堵時(shí)段長，且在夜間也會(huì)出現(xiàn)局部的擁堵。

從擁堵路段在城市分布來看，工作日廣州市內(nèi)高速公路擁堵路段占比最多，達(dá)到全省的41.5%，其次為東莞市和深圳市，分別占22.6%和15.1%；周末除了廣州、深圳、東莞、佛山等城市外，惠州、肇慶等旅游城市高速公路也呈現(xiàn)一定的擁堵；節(jié)假日除珠三角核心城市外，珠三角其他城市高速公路均出現(xiàn)一定的擁堵路段。各市擁堵路段占比分布見圖1。

圖1 各城市擁堵占比分布圖

4 擁堵路段識(shí)別分析

根據(jù)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，將擁堵指數(shù)大于等于3 的路段定義為擁堵路段[10-11]，將工作日和周末歸納為平常日（共7 d），清明、五一歸納為特殊節(jié)假日（共6 d），按兩種情況統(tǒng)計(jì)分析擁堵路段情況。

4.1 平常日擁堵路段分析

通過分析，平常日高速公路出現(xiàn)過擁堵的路段共計(jì)36 處，主要集中在廣州、深圳市內(nèi)高速公路，以及廣佛、廣莞深、深惠等主要城市聯(lián)系通道上。擁堵路中，90%天數(shù)均出現(xiàn)擁堵的3 處，接近30%天數(shù)以上出現(xiàn)過擁堵的路段17 處，其余19 處為出現(xiàn)過擁堵的天數(shù)占統(tǒng)計(jì)天數(shù)的15%以內(nèi)。

從擁堵路段指數(shù)來看，潮莞高速（湖心立交以東段）雖僅出現(xiàn)過一次擁堵，但擁堵指數(shù)最高，達(dá)到9.4 表明該次擁堵非常嚴(yán)重；沈海高速廣州支線（S81 廣州環(huán)城高速西側(cè)）、莞佛高速（G4 京港澳高速西側(cè)）、廣州環(huán)城高速（沙貝立交）、珠三角環(huán)線高速（G94 珠三角環(huán)線高速出口至G9411 莞佛高速出口）、沈海高速（巴江河特大橋段）等路段均是擁堵次數(shù)較多且擁堵指數(shù)較大路段。擁堵路段的天數(shù)占比及平均擁堵指數(shù)情況（部分）見表2。

表2 平常日擁堵路段一覽表（部分）

4.2 節(jié)假日擁堵路段分析

清明和五一共6 d 節(jié)假日中，全省共有167 個(gè)高速公路路段出行過交通擁堵，其中6 d 均擁堵路段2 處，5 d 均擁堵路段4 處，4 d 擁堵路段8 處，3 d 擁堵路段17處，2 d 擁堵路段40 處。節(jié)假日擁堵2 d 以上路段情況（部分）具體見表3。

表3 節(jié)假日擁堵2 d 以上路段一覽表（部分）

5 主要結(jié)論

根據(jù)前述平常日和節(jié)假日擁堵點(diǎn)的分析，主要結(jié)論如下：

通過提取最大車速分析，廣珠西線高速（南環(huán)高速以南段）、廣州環(huán)城高速沙貝立交段、華南快速、長深高速（水官高速以南段）、莞佛高速（廣深沿江高速兩側(cè)段）、廣州南環(huán)高速、廣澳高速珠海支線、清平高速、廣清高速連接線等路段非擁擠狀態(tài)下最大車速較低，長期長時(shí)段處于低速運(yùn)行狀態(tài)，這表明網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)處于滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，需要在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中予以重點(diǎn)考慮。

通過擁堵指數(shù)數(shù)據(jù)分析，S15 沈海高速廣州支線（S81廣州環(huán)城高速西側(cè)）、S15 沈海高速廣州支線（廣清立交至沙貝立交）、G15 沈海高速（福民收費(fèi)站）、S25 長深高速惠州支線（G25 長深高速至205 國道）、S81 廣州環(huán)城高速（沙貝立交）、G9411 莞佛高速（虎門大橋）、G55 二廣高速（北江特大橋段）等路段常發(fā)交通擁堵，應(yīng)加強(qiáng)上述路段的交通改善及交通疏導(dǎo)工作（其中節(jié)假日擁堵路段可采取臨時(shí)交通引導(dǎo)措施）。

同時(shí)，結(jié)合全省高速公路交通運(yùn)行狀況，發(fā)現(xiàn)主要呈現(xiàn)以下五個(gè)方面特征。

（1）易堵節(jié)點(diǎn)集中，影響范圍較廣。從全省高速路網(wǎng)擁堵區(qū)域來看，擁堵主要集中在廣深莞佛等珠三角核心區(qū)域城市的主要路段。

（2）珠江口東西兩岸交通需求旺盛，過江通道不足導(dǎo)致的瓶頸現(xiàn)象較為嚴(yán)重。

（3）高速出行距離呈現(xiàn)中短距離為主，由于城市圈（如廣佛同城化）的形成，通勤占比較大，城際間的“候鳥”現(xiàn)象尤為明顯，造成跨城主要路段（如北環(huán)高速）擁堵現(xiàn)象較為突出。

（4）假日流量激增，進(jìn)出城（跨省）路段普遍存在擁堵。其中，出城擁堵路段主要集中在以廣州、深圳為中心及各片區(qū)出省通道；返程擁堵主要集中在廣州、深圳、珠海、中山、東莞等周邊路段。

（5）部分高速“市政化”現(xiàn)象凸顯。高快速路臨近主城區(qū)路段，在承擔(dān)對(duì)外交通和過境交通同時(shí)，也越來越多地承擔(dān)起城市交通功能，各種交通流相互交織，部分節(jié)點(diǎn)與城市道路銜接不暢，城市主干道交通擁擠問題蔓延至高快速主線[12]，嚴(yán)重影響路網(wǎng)整體效率。比如廣州的機(jī)場高速、深圳的機(jī)荷高速等。

6 擁堵治理策略

高速公路擁堵成因主要有交通需求和供給矛盾逐步加劇、流量分布不均衡、高速路網(wǎng)不健全、已建過江通道數(shù)量較少及整體通行能力無法滿足節(jié)假日大流量通行需求等。目前全省高速公路車流量大，珠三角范圍高速公路車流總量約為廣東全省的85%，人均高速公路客車流量約為全國平均水平的4 倍，路網(wǎng)運(yùn)行壓力大，穩(wěn)定性不強(qiáng)，尤其在節(jié)假日高峰期易堵路段較多?；诖耍撗芯恐饕ㄟ^交通供給側(cè)改革與出行需求側(cè)管理相結(jié)合，圍繞路網(wǎng)斷面通行能力最大化、路網(wǎng)流量均衡最大化及道路隱患治理最大化三大目標(biāo)給出治理策略。

（1）設(shè)施改善策略：主要從增加高速公路供給方面進(jìn)行考慮，具體措施有高速擴(kuò)容、通道加密、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、服務(wù)區(qū)改造、道路提速、車道加寬以及標(biāo)志優(yōu)化。

（2）交通管理策略：主要包括路網(wǎng)誘導(dǎo)分流、客貨錯(cuò)峰出行、交通渠化管理、主線流量控制、可變限速管理、潮汐借道行駛、貨車車道管控、應(yīng)急車道借用、共乘車輛管理以及高普聯(lián)動(dòng)管理。

（3）運(yùn)行管理策略：包括信息發(fā)布、事故快處、快速養(yǎng)護(hù)、自動(dòng)收費(fèi)、價(jià)格調(diào)節(jié)和智能交通管理。