高速公路城区段交通量组合预测方法研究

2017-06-07邱永鸿

城市道桥与防洪 2017年5期

关键词：交通量城市交通城区

邱永鸿

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518049）

科技研究

高速公路城区段交通量组合预测方法研究

邱永鸿

（深圳高速工程顾问有限公司，广东深圳 518049）

目前高速公路交通预测方法侧重分析跨区域间的公路交通需求，难以有效反映高速公路进入城市连绵建成区后，其承担的城市交通对交通量的影响，既有公路交通量预测方法不大适用于城区段高速公路交通量预测。对公路交通量预测方法进行改进，建立了适用于城区段高速交通量预测的传统公路交通量预测方法和城市交通预测方法相结合的组合预测方法。组合预测方法以成熟的城市交通预测流程为基础，交通生成和交通分布阶段采用两种方法分别平行进行预测。在交通分布 /交通方式划分阶段，利用公路交通量预测方法预测所得项目影响区车辆 OD 矩阵，对城市交通规划模型获得的分车型 OD 矩阵进行校正。最后利用校正后的 OD 矩阵在城市交通规划模型中进行分配得到预测结果。该预测方法已应用于广深沿江高速沙井互通工程可行性研究交通量预测。

高速公路；交通量；组合预测方法；交通集散点；城市交通功能

0 引言

公路交通量预测是建设项目必要性和可行性的前提和基础，是决定公路项目效益的核心内容之一，也是可行性研究的关键部分。交通量预测结果是决定公路技术等级、建设规模以及进行国民经济评价的基本依据[1]。

公路交通量预测方法已经较成熟，目前高速公路交通量预测普遍采用《公路建设项目可行性研究报告编制办法》要求的以汽车出行起讫点矩阵为基础的“四阶段预测法”[2]。关于高速公路交通量预测的研究主要集中在“四阶段预测法”的应用及对预测结果的精度分析及方法完善[3-8]。城区段高速公路由于沿线一般串联城市重要片区，城区内部的交通出行需求强度往往较大，其交通量构成与普通高速公路区段有着较大的不同。针对城区段高速公路，传统的公路交通量预测方法一般难以有效分析其城区内部交通出行，适用性较差。有学者研究了大都市环城高速公路交通流特征，分析了城区段高速公路承担城市交通，交通需求较大的特点，并建立了与其功能和特点相适应的交通小区划分方法和诱增交通量预测方法[9]。但研究主要探讨了项目运营期间诱增交通量，还未建立完善的高速公路城区段的交通量预测方法。

因此，在高速公路前期研究工作中对传统公路交通量预测方法进行改进，建立与城区段高速公路所承担功能相适应的新交通量预测方法就显得尤为重要。

1 高速公路城区段交通流特点分析

高速公路城区段与一般高速公路路段有相似处，也有许多不同的交通特征。由于城区段高速公路位于城区内的独特地理位置，所以其服务对象和功能定位较一般高速公路路段有较大不同[9]。其除了承担一般高速公路路段所承担的城市间的长距离对外交通联系功能外，还要承担沿线的城市内部交通联系功能及沿线主要片区和交通集散点集散功能（集散后转换至其他对外通道往外）。由于多种功能的叠加，高速公路城区段的交通流量较一般路段更大，部分路段交通量甚至会间歇性接近于通行能力，交通结构差异性也较大。高速公路城区段由于承担了更多的城市交通功能，小汽车比例较高。

以广深沿江高速公路深圳段为例，广深沿江高速公路北起广州黄埔 107 国道，南至深港西部通道，为联系香港、深圳、东莞、广州的区域交通干线公路。其中，深圳段位于深圳的“西部发展轴”上，除承担深圳与广州、东莞、香港等城市的对外交通联系，还承担沿线片区之间的城市内部交通联系及沿线主要片区（前海、大空港、宝宝安区）和主要交通集散点（宝安机场和西部港区）对外交通集散功能。

2 公路交通量预测方法

公路交通量预测方法一般采用以汽车出行起讫点矩阵（简称 OD 表）为基础的“四阶段预测法”。其是基于运输通道的交通量预测法，适用范围较广。无论是新建还是改扩建公路，无论区域路网是否有大的变化，都可用此法进行预测。但该预测方法难以完全反映高速公路城区段交通流特征，存在以下问题。

（1）获取基础矩阵调查方法的特点，决定其难以反映高速公路城区段承担的市内交通出行。

该预测方法是基于汽车出行起讫点矩阵（基础 OD 矩阵通过调查现状公路交通量后 OD 反推获得），一般通过公路交通量调查获得。公路交通量调查点一般较稀疏，一条公路只有 1～2 个调查点，难以调查到公路沿线片区之间的交通联系，因此传统的公路交通量预测方法从源头上就难以反映高速公路进入城区后由于增加了较多的进出服务节点所要承担的大量城市内部交通联系功能。

（2）预测方法小区划分较大，也较难反映沿线内部交通出行及集散点的集散交通出行。

由于公路交通量预测方法关注的是跨区域的交通出行，交通分区往往较大。如《广州至深圳沿江高速工程可行性研究》建立的预测模型，整个影响区共划分小区 60 个（包括 10 个外围小区），其中深圳市仅划分小区约 15 个，小区划分较粗，而四阶段预测方法具有难以分析小区内部出行的固有不足。因此，公路交通量预测方法一般难以分析沿线重点片区所产生的大量交通小区内部交通出行；重要交通集散点（机场、港口 I等大型基础设施）未独立分区，难以反映其大量对外交通集散交通对高速公路交通量的影响。因此，一般不适用于城市交通功能较强或沿线分布有重大基础设施的高速公路城区段交通量预测。

（3）出行量预测采用增长率法，难以反映沿线土地开发的较大变化及对交通量的影响。

公路交通量预测方法在交通出行量预测阶段往往难以掌握城市规划土地利用指标等信息，一般采用增长率法进行预测，难以反映沿线重点发展片区规划功能定位提升所引起的成片土地开发功能及强度的大幅变化，因此公路交通量预测方法一般不适用于沿线布局有新开发片区的高速公路交通量预测。

3 城市交通预测方法

常用的城市交通预测模型一般为四阶段模型。为了进一步提高预测精度，各个预测阶段一般还包括土地利用模型、外部特殊吸引点模型、货运交通模型等预测模块。

城市交通预测模型包含土地利用模块和特殊吸引点模型，可以较好地反映沿线新发展片区的开发建设及机场等重要外部特殊吸引点的变化发展引起的城区段高速公路交通量的变化。其小区划分较细，也可较好预测城市内部出行，重要集散点单独成小区，可较好分析其疏解交通量。但是，由于城市交通预测模型跨区域一般以跨界调查为基础，一般仅进行问卷调查，未进行车辆出行 OD调查，城市交通预测模型一般仅能反映市域边界对外出行情况，难以较好分析对外（过境）出行需求及其在城市内部分布，因此城市交通预测模型也不能完全取代公路交通量预测模型。

4 组合预测方法简介

为更准确预测高速公路城区段承担的跨区对外出行交通量和城市内部交流交通量两部分不同的交通需求，拟将传统公路交通量预测方法和城市交通预测方法结合，进行组合预测。以城市交通四阶段预测方法为基础，发挥其交通小区划分较细，可较好预测高速公路沿线城区内部出行需求及沿线机场、港口等主要交通集散点的交通需求等优点，并充分利用传统公路交通量预测方法可较好预测公路所承担的跨区对外出行交通量的特点。具体的组合预测方法是：首先，分别进行公路交通量预测方法和城市交通预测方法（都是四阶段预测方法）的交通生成和交通分布阶段前两个阶段预测；其次，利用公路交通量预测方法预测所得的项目影响区（城市对外及过境）OD 表对城市交通预测方法预测所得的跨界（区域）交通需求OD 进行校正（鉴于公路交通量预测方法所得是车辆 OD 表，因此一般是城市交通预测方法方式划分后的跨界交通需求 OD 进行校正）；最后，利用校正后的OD矩阵进行分配得到高速公路城区段的路段交通量和沿线收费站交通量。组合交通预测方法模型框架如图1所示。

利用公路交通量预测方法预测所得的项目影响区 OD 表，对城市交通预测方法方式划分后的跨界交通需求 OD 进行校正，其过程如式（1）所示（假定公路预测模型交通小区恰恰包含若干个城市交通模型小区）：

图1 组合预测方法模型框架图

5 案例分析

组合预测方法已应用于广深沿江高速沙井互通工程可行性研究交通量预测。广深沿江高速（深圳段）位于深圳西部发展轴，沿线经过前海、大空港等战略规划区和机场、港口等重要交通发生吸引源。为了更准确地分析高速所承担的深圳西部轴战略规划区内部的交通联系，以及沿线机场、港口等重要交通发生吸引源对外交通集散功能，本次广深沿江高速（深圳段）沙井互通工程可行性研究交通量预测采用组合交通量预测方法，以深圳市城市交通宏观模型为基础，结合《广州至深圳沿江高速工程可行性研究》，建立珠三角区域层面的宏观模型进行组合预测。

5.1 珠三角区域层面跨界交通需求分布预测

沿江高速与广深高速为平行道路，沿江高速东起西部通道，西接广州环城高速，直接影响的城市是深圳、东莞、广州、珠海、江门等城市，间接影响区域为整个珠江三角洲。珠三角区域宏观模型交通小区以广东省及珠三角地区各地级市（广州、深圳、东莞、珠海等）行政区划为基础，划分为 60个交通小区。根据各交通区不同阶段的交通量增长率，结合基年 OD 调查得到的各交通小区基年发生集中量，采用增长率法预测各交通小区未来特征年的发生集中量；根据珠三角各地交通需求特点、项目历史资料、珠三角重要发展区趋势，采用弹性系数法确定未来交通出行量。

根据各交通小区特征年的发生、吸引交通量预测结果，结合 2011 年《深中通道工程可行性研究》OD 调查获得的汽车出行起讫点矩阵（简称汽车出行 OD 表），采用 Frator法进行交通量分布计算，预测得到未来各特征年趋势型 OD 分布量。在此基础上分别进行诱增交通量和转移交通量预测，叠加后得到珠三角区域层面跨界交通需求分布（分车型，单位为车次），如图2 所示。

图2 特征年（以 2020 年为例）深圳对外分布图（以客运为例）

5.2 深圳市内交通需求分布预测

深圳市城市交通宏观模型共划分交通小区1 114 个，其中普通小区 1 071 个，特殊交通小区43个。出行生成和出行分布采用传统的四阶段预测模型进行预测。出行生成预测阶段，高速公路沿线重点片区（前海深港合作区和大空港片区）规划人口岗位变化较大，采用最新的土地利用规划进行更新预测，沿线的机场、港口和口岸单独划分小区，出行生成采用各专业规划确定的总量进行预测。如：根据《深圳机场总体规划》，确定 2020 年和2030 年客运吞吐量分别为 4 500 万人次和 6 000 万人次；根据《深圳港发展战略》，2020 年和 2030 年，深圳西部港区（南山港区和大铲湾港区）吞吐量分别为 1 400～1 500 万标箱 /a 和 1 700～1 800 万标箱 /a。预测结果如图3 所示，为了便于显示，以交通大区的交通分布为例。

图3 特征年（以 2020 年为例）深圳市内交通需求分布示意图

5.3 组合交通分布预测

为了提高预测准确性，充分利用传统公路交通量预测方法可较好地预测公路所承担的跨区对外（过境）出行交通量的特点，在交通分布阶段进行组合交通分布预测。对深圳市城市交通宏观模型预测的交通分布预测结果进行方式划分，得到分车型 OD 分布。在此基础上，用公路预测方法得到的交通分布预测结果对深圳对外（过境）交通分布进行调校，得到最终用于分配的分车型OD分布。在此过程，由于传统公路交通量预测方法建立的珠三角区域宏观模型和深圳市城市交通宏观模型交通小区大小存在差异（珠三角区域宏观模型较大，一般包括几个深圳市城市交通宏观模型交通小区），本次预测采用珠三角区域宏观模型获得的 OD 总量控制方法，对其对应的深圳市城市交通宏观模型多个交通小区 OD 进行调校（调校后，多个深圳市城市交通宏观模型交通小区涉及的对外或过境 OD 总量与珠三角区域宏观模型一致，各交通小区乘以统一的系数）。通过预测，本次组合预测的交通分布如图4所示。为了便于显示，以交通大区的交通分布为例。

图4 特征年（以 2020 年为例）组合预测交通需求分布示意图

5.4 交通分配

本次预测利用 TransCAD 软件建立的深圳宏观交通模型采用逐加载交通分配方法，即将每一个 OD 对分解成部分，然后分次加载到路网上，而且每加载一次，对路阻作相应修正，直到将全部 OD出行分配到路网上。预测到 2020 年，沿江高速主线深圳段高峰小时单向平均路段流量为 4 272 pcu/h；预测 2020～2030 年，随着机场互通、前海互通匝道等接驳道路及互通立交的建设，沿江高速对周边地区的服务将逐步增强，交通量将进入稳定增长期；预测到 2030 年，沿江高速主线深圳段高峰小时平均路段流量为 5 479 pcu/h，较 2020 年增长约28%。2030 年以后，随着前海合作区及大空港的逐步建成，深圳西部轴带上各片区之间及各片区与罗湖、福田中心之间的交通联系将持续增强。但是，由于城市快速路海滨大道的建成，其将分担西部轴带各片区之间及与罗湖、福田中心之间的城市内部交通联系，沿江高速功能将发生变化，将主要承担西部轴带各片区对外交通及珠三角区域内的其他城市利用沿江高速过境深圳的过境交通，基本不再承担城市内部交通联系功能。因此，海滨大道开通后，受其分流，沿江高速交通量将有较大幅度的下降，预计 2031 年路段平均流量当年下降幅度达 30%；海滨大道影响稳定后，其交通量又将保持较稳定的增长，预测到 2037 年，沿江高速主线深圳段高峰小时单向平均路段流量为 5 093 pcu/h，还未完全恢复至 2030 年海滨大道建成前的水平[4]。主要特征年预测路段交通量见表1。

6 结语

本文探讨了适用于城区段高速公路的交通量组合预测方法，通过公路交通量预测方法与城市交通预测方法结合的组合预测方法，解决公路交通量预测方法不能有效分析城区段高速公路所承担的城区内部交通需求的不足，并避免城市交通预测模型用于预测公路交通量时，城市对外和跨境交通需求预测精度较差的问题。现状很多城市均建立了城市交通模型，但建立区域交通模型的省份往往较少，因此本文探讨的交通量组合预测模型适用面较广，对很多城市进入城区的高速公路的交通量预测具有一定的指导意义。当然，本文只是对组合预测方法进行了初步探讨，预测流程和算法还有待进一步论证,两个模型交通小区对应关系复杂时的跨界OD校正算法还有待深入研究。