简单环状高速公路交通量分布模型研究

朱尚祥

摘 要：高速公路联网收费为出行者带来了便利，但在一定程度上，也对管理者决策造成了不便。为了紧抓收费系统联网的优势，克服其缺点，必须明确高速系统的交通量时空分布规律。本文基于图论，结合重庆绕城高速实例，提出了一种简单闭合环状高速公路的交通量分布模型。

关键词：高速公路联网收费;收费策略;交通量时空分布模型;图论;闭合连通环

中图分类号：U491.113 文献标识码：A

0 引言

我国高速公路交通检测设施还不完善，检测设施大多数集中于收费站当中，只为计费实现辅助功能[1]。因此，高速收费数据处理重点还是在于高速公路收费站的出入口流的数据挖掘。其次，结构数据与扁平化数据关联性弱[2]，这为数据处理造成一定的困难。为匹配现有数据结构，克服现有数据结构联系不强的缺点，本文提出了一种融合高速公路收费站出入口流量数据和结构化的路网拓扑结构的交通量分布模型。

1 数据预处理

把重庆绕城高速可分为9个交通分区，他们分别对应着9个行政区，他们分别是沙坪坝、九龙坡、江津、巴南、南岸、江北、渝北和璧山县。再对以上收费站进行分区整理，可划分为37个收费站。本文所提及的路段都是以收费站为节点的路段，这里对所谓的“基本路段”，还需做一次明确的定义，只要满足任意两段路段互不重合且自身不能分解成更短的路段即为基本路段。对于互通的相交高速上的相邻外节点可以近似视为绕城高速与其他高速的交点，交点前后的路段交通量统计不一致。因此，有必要对这些外节点做特殊处理：将这些两两成对的外节点当作一个节点，并赋予同一个编号。上述分类方法结合重庆市高速公路费率查询系统的收费站点OD数据，可以得出重庆市绕城高速基本路段及其编号。

共有30个基本路段（带星号的节点是成对的互通高速收费站，皆视为一个节点），他们分别是：“支坪-珞璜”、“珞璜-G75巴南主线*-一品*”、“G75巴南主线*-一品*-百合”、“百合-南彭*”、“南彭*-忠兴”、“忠兴-惠民”、“惠民-迎龙”、“迎龙-G50s南岸主线*”、“G50s南岸主线*-广阳”、“广阳-果园”、“果园-G50江北主线*-复盛*”、“G50江北主线*-复盛*-龙兴”、“龙兴-G65渝北主线*-王家*”、“G65渝北主线*-王家*-空港东”、“空港东-空港”、“空港-水土”等。

2 考虑双向闭合环的交通量时空分布模型

路段与基本路段的自我定义类似于图论中对于路和边的定义，这一定义简化了交通网络，使其变成一个简单闭合环。借助图论，还可以将绕城高速看作是一个基础图，而这个基础图又可以拆分成两个初等回路，定义其中方向为逆时针的回路为正方向，记为，方向为顺时针的回路为反方向，记为。由于两种不同方向的交通网路是相互独立的，因此必须独立的统计各自方向的路段交通量。

基于环状高速路网的收费站联网收费的统计数据并不能很好地表现出其方向性，为能够进一步分析，这里提出一些合乎情理的假设：

（1）在较大的时间尺度下，不存在交通拥堵的不均衡状态，驾驶者所花费的时间成本与行驶路程成正比。

（2）无论在哪种回路中，驾驶者都偏向于利用时间成本最低的路径，即优先选择劣弧到达自己的目的地。

（3）在行驶路程近乎相似的情况下，可以认为驾驶者选择两种弧向的概率均等，于是均分流量至两个方向的弧上去。

在式（4）中只要满足，且为前向弧即可保证所用路段编码一定包含基本路段编码。

3 结果分析

由于篇幅限制，这里给出双向30个路段的加和结果：

通过对结果数据的对比分析发现，东西部路段交通量分布数据相差比例巨大，东部与西部之比接近2：5，说明成渝经济圈对于重庆绕城高速运输网交通量分布有重要影响，也从侧面验证了交通量分布结果的正确性。

4 总结

我国的高速公路现代化建设已见成效，各省的高速公路联网收费系统已有相当的规模。在交通量日渐增加，交通现状更加復杂的现在，利用路网数据，构建合理的自动化处理模型非常重要。本文就如何统计整理省市绕城高速路网数据进行了简单的建模研究。其次，从较大的尺度上对交通流的分布规律进行了研究分析，从结果上验证了模型的有效性。

参考文献：

[1]贾小团.高速公路收费管理中大数据分析的应用[J].自动化应用，2019（03）：79-80.

[2]马璐，王少飞，刘久义，等.高速公路运营大数据应用需求与基本架构研究[J].公路交通技术，2017，33（06）：122-124.

[3]陈海华，谭国贤，黄子敬，等.基于出口流水数据的高速公路节假日日OD交通量分布预测[J].广西大学学报（自然科学版），2020，45（01）：239-247.

[4]崔毓伟，李隆杰.高速公路站级联网收费数据挖掘应用[J].上海船舶运输科学研究所学报，2019，42（04）：55-60.

[5]靳诚，徐菁，黄震方，等.基于高速公路联网收费数据的江苏省交通流动特征与影响因素[J].地理学报，2018，73（02）：248-260.