以沈山高速公路为例的Visum路网模型建立及校正

2022-02-11常欣然

山西建筑 2022年3期

常欣然

(辽宁省交通规划设计院有限责任公司，辽宁沈阳 110166)

PTV Visum是用于交通分析、流量预测和基于GIS数据管理的一款全球领先的交通规划软件。它可以模拟所有道路使用者及其相互作用的影响，并已成为交通规划领域公认的标准软件[1]。Visum软件可创建道路网和出行需求、分析交通流量、进行公共交通规划，并基于模型的辅助制定先进的交通策略和解决方案[2]。

1 项目概况

京哈高速公路(G1)是国家高速公路网中联通东北与华北、华中、东部沿海地区的交通运输大动脉，与长深高速公路(G25)、大广高速公路(G45)共同构成东北地区进出关通道。京哈高速公路绥中(冀辽界)至沈阳段(以下简称“沈山高速公路”)里程360 km，双向六车道，设计时速120 km/h，沿线经过沈阳、盘锦、锦州和葫芦岛等城市，是辽宁境内交通量最大的公路运输走廊。由于沈山高速公路现状交通量较大，计划对其进行改扩建，本论文主要研究利用Visum建立沈山高速及周边路网模型，并进行校正，为沈山高速交通量预测提供基础[3-4]。

2 建立路网模型

2.1 路网基本情况

路网模型基于PTV公司的Visum仿真软件构建，按照辽宁省当前公路网现状，建立了包含高速公路、国省道及相关县道在内的公路网，以便还原沈山高速及周边公路网现状。现状路网由2019年辽宁省高速公路网、普通国省干线公路网以及省外相关高速公路三部分构成。其中，辽宁省高速公路网27条路线，合计里程4 331 km；辽宁省普通国省干线公路网74条路线，合计里程16 795 km。路网属性主要包括：道路名称、路段单向车道数、路段单向通行能力、路段自由流速度、路段长度、路段行程时间等。

2.2 交通小区划分

交通小区是结合交通分析和交通需求预测的需要，将研究区域划分成若干地理单元，反映了交通源及其之间的时间、空间分布特征，是所有出行的起讫点，假定这些出行的起讫点都在小区的经济政治文化中心。交通小区的出行产生量和吸引量与小区内的社会经济特征，如人口、面积、生产总值、产业结构等指标都密切相关。

为全面准确反映沈山高速公路扩容影响范围的交通源流特征，按照“交通大区到地市，交通中区到县(市、区)，交通小区到乡镇(街道)”原则划定，根据相关地区生产力和路网布局及交通流分布特点，结合高速公路互通立交和普通干线公路出入口，共划分交通大区19个、交通中区68个、交通小区112个，其中内部小区96个、外部小区16个。112个交通小区中，直接影响区共77个、间接影响区区共35个。

沈山高速公路扩容项目交通小区划分情况见图1。

2.3 OD数据利用

项目影响区基年(2019年)OD表由全省高速公路站间OD、邻省高速公路过境OD和沈山高速沿线普通公路OD叠加产生得到的OD表。全省站间OD为2019年302个高速公路收费站全年的站间OD。邻省高速公路过境OD根据辽宁、吉林、河北、内蒙古高速公路2019年4月22日—26日及10月21日—25日的通过省界主线站的收费车辆交易数据生成，以车牌为主要依据关联进出辽宁省界主线站的车辆路径形成过境OD。将全省高速公路客车OD、货车OD进行处理，删除辽东地区、辽南地区、辽北地区内部、之间等与项目无关的交通量，将剩余高速公路客车OD、货车OD与沿线普通公路客车OD、货车OD分别汇总，形成高速公路、普通公路全车型OD。路段的模拟交通量可通过将各类OD分别分配给已标定的基年路网来获得。

3 路网模型校正

结果表明，路段的模拟交通量与实际交通量接近，但仍存在一定的误差。因此，有必要对路网模型进行矫正。

3.1 误差产生原因

通过分析得知，以下两点可能是使得模拟值与观测值存在差距的原因：首先OD调查表的精心设计与严格实施并不能保证每个调查点的数据都没有偏差；其次，由于交通调查范围较广，对观测站的调查结果汇总过程中可能存在一定误差。

3.2 校正步骤

为了消除以上误差对随后的交通量预测结果造成的影响，需要校正汇总的OD表。校准步骤如下：

1)选取具有代表性的路段。

根据OD调查中的交通量观测情况，选定了国道102高岭和红旗、省道320光辉为代表性路段，路段观测量分别为25 596 pcu/d，11 616 pcu/d，6 218 pcu/d。

2)建立现状路网。

运用宏观交通仿真软件Visum建立现状路网，包括高速公路、国省干线公路及部分县道，以便客观真实的反映出公路网现状。

3)分配OD至现状路网。

运用Visum，将OD汇总结果在现状路网中进行分配，得出路网模拟交通量。

4)交通量比较。

分别比较各代表路段的实际交通量与模拟交通量间的差异，筛选出模拟交通量与实际交通量差距较大(5%以上)的路段(见表1)。

表1 模拟交通量与实际交通量结果对比

5)OD调整。

对于实际交通量与分配交通量相差5%以上的路段各OD对，按实际交通量与分配交通量的比值来调整。即：

ODn(i，j)=OD0(i，j)×RA(i，j)。

其中，ODn(i，j)为调整后i区到j区的交通出行量；OD0(i，j)为调整前i区到j区的交通出行量；RA(i，j)为i区与j区可能通过的各代表性路段实际交通量与模拟交通量之比的加权平均值。

6)OD表核查与校正。

按比例调整代表路段的各OD对后，再回到步骤3)，直到其分配交通量与实际交通量的偏差在5%以内为止。

4 模型校正结果

经过校正调整后，各代表路段的分配交通量及与实际交通量偏差见表2。由表2可知：经OD校正后的分配交通量与实际观测交通量已经非常接近，此时，经过校正后的模型的OD能够较为真实客观的反映出项目影响范围内的交通出行情况。

表2 校正前后模拟交通量与实际交通量结果对比表

OD表调整后，高速公路及普通公路路网总量较为接近，但个别道路模拟交通量与实际观测交通量有一定误差。造成这种差距的原因在于近年来区域路网结构发生了一定变化，如滨海公路建成通车，沿线个别道路局部改造等原因，使得车辆的行驶轨迹发生了一定的变化。因此，需要调整路段阻抗，以消除上述变化对预测模型的准确性造成的影响。

公路网上的道路阻抗一般采用时间距离或广义运行费用等来度量。其中，客车对出行时间敏感，货车对出行费用敏感。因此本项目道路阻抗模型在美国联邦道路局研发的BPR模型基础上考虑通行费对阻抗的影响。根据路网属性中的路段类型，设置18个道路阻抗函数，适配于不同路段。

tcur=t0[1+(V/C)2]+λ·toll。

其中，tcur为车辆实际行驶时间；t0为自由流状态下的行驶时间；V为路段上实际分配交通量；C为路段通行能力；toll为该路段的通行费；λ为时间价值参数，与人均可支配收入相关。

经过一系列复杂的相关路段阻抗参数调整，反复调试，本项目各路段分配交通量与实际观测交通量的误差调整至5%以下(见图2)，此时模型模拟结果与实际观测交通量的值相当接近，能够较为准确真实的反映项目影响区域内的交通出行状况。基年交通量路网分配图如图3所示。