高速公路改扩建智慧交通组织设计研究

谢路锋、周通

（1.江西省交通设计研究院有限责任公司，江西 南昌 330209；2.江西省交通投资集团南昌南管理中心，江西 南昌 331721）

0 引言

对高速公路改扩建工程进行交通组织设计，是为了保证改扩建期间交通运行安全有序，便于改扩建工程的顺利实施，控制因工程建设在交通方面带来的社会影响。与新建项目不同，高速公路改扩建项目需要统筹兼顾施工以及保障通行等各方面的需求，保通的需求有时会成为影响改扩建总体方案的重要因素[1-3]。本文通过智慧化手段对梨东高速公路改扩建交通组织进行动态设计研究，通过提取路段交通流特征，分析预测未来交通流变化及特点，提出应对管控措施，并评估交通组织效果，从而提升施工期间的公路通行效率。

1 路段改扩建交通组织方案

根据施工组织计划，梨东高速公路改扩建工程拟采用五阶段交通组织方案。

第一阶段完成两侧加宽（或单侧拼宽），老路四车道通行，施工分为两期，前期施工路基，后期施工路面。前期施工在护栏外，对交通影响很小，通行速度维持在100km/h。路面施工需将整个硬路肩铣刨，原有钢护栏拆除，改为临时护栏。由于缩小了车辆的侧向余宽，对交通影响较大，通行速度需限制在60～80km/h。

第二阶段完成老路改造，交通转移至扩建路面两侧，施工区域位于路基中间，施工车辆及设备进出对正常交通存在干扰，且通行区域无正常硬路肩，故通行速度控制在60～80km/h。

第三、四阶段分别完成半幅路面的施工，交通转移至另外半幅，车辆在单幅路基上双向通行，对向隔离成为安全重点，同时应考虑临时防眩光，通行速度60～80km/h。

第五阶段施工已全部完成，剩余部分扫尾工作。

根据各阶段交通组织方案可以发现，改扩建一、二阶段，对交通流运行影响明显，其中一阶段风险主要集中在应急车道占用；二阶段表现为施工车辆、施工机械混行穿插等方面。在三、四阶段影响逐步降低，主要是车道转换节点拥堵蔓延风险，单幅双向通行风险，以及互通、服务区进出区域分、合流风险等。

2 路段保畅保通需求分析

在不影响改扩建施工的前提下，梨东高速公路保畅、保通的需求主要包括以下几点。

2.1 路网整体流量过饱和问题

需要对高速公路主线流量进行管控，动态调节上游驶入流量，缓解下游路段交通拥堵现象，并基于路网流量规律和通行情况分析，提出精细化施工组织建议，避免流量高峰与关键施工点重合。

2.2 流量饱和路段交通拥堵问题

限速管控上游段，调节上游车辆的到达率，缓解下游拥堵现象；通过信息发布手段在上游互通/枢纽节点处提示车辆绕行；利用服务区停车位等通行能力存量，诱导车辆进入服务区等待；开启交通事件监测机制，提高交通事件的处理效率。

2.3 交通转换节点通行能力不足问题

通过对上游车辆加强速度控制，使车流均匀分布于上游路段，降低车辆到达转换节点的车流密度与速度；优化转换节点的交通渠化，实施分车道行驶，减少车辆混行，提高节点通行能力；加强转换节点交通事故监控，减少节点交通事故发生，提高整体通行效率。

2.4 交通事故、事件的交通拥堵及安全问题

展开应急保障措施设计，增加突发事件的应急处置能力，包括交通事件监测措施、清障救援措施、一路三方协同管理制度及特殊事件的应急处置措施。发生事故后对上游车流积极采取主动截流、分流措施。

3 智慧交通组织设计研究

与传统交通组织强调规范性、普适性不同，智慧交通组织重视基于大数据的特征性分析，结合路段交通运行历史特征，提出不同路段个性化改扩建交通组织设计方案；重视信息化水平提升，在规范交通组织的基础上，采用动态可控的主动管控方式；重视决策的科学性，以智慧化全息感知为基础，引入机器学习下的智能管控与决策体系，提升管控与决策水平，其总体架构见图1。

图1 智慧交通组织设计总体架构

3.1 基于大数据挖掘的交通流特征分析与对策

通过大数据技术，对历史交通量、车型、交通事故事件等多项数据进行特征分析，从时间、空间、转换节点等多元维度分析路段交通流特征，确定改扩建期初期智慧化监控的重点路段与时段。

3.1.1 交通流时间、空间特点

通过分析历史交通量数据可以发现，改扩建路段节假日交通量激增，节假日前以南昌方向返乡客流为主，节后以上海方向交通流为主。节假日与非节假日的日均货车流量基本变化不大，主要是小客车数量变化巨大，造成客货比值相差甚远。

鹰潭枢纽后货车流量急剧减少，表明在鹰潭枢纽南北方向分（合）流了大部分货车。空间上，项目起点至弋阳交通量持续高位运行，其中上饶西至杨梅岭段交通量最大。

3.1.2 交通事故、事件特点

交通事故、事件主要集中在上海方向，其中弋阳至杨梅岭、杨梅岭至上饶经开区段拥堵次数、交通事故数、重大交通事件占比突出。随着省界收费站的撤销，梨园省界处的交通拥堵及事故已明显降低。

3.1.3 交通组织时空优化基本策略确定

根据历史数据分析，提出改扩建初期交通组织时空优化基本策略，后期根据多源感知层外场设备获取的数据，给予动态调整。

（1）合理规划施工时间及工序，建议分段施工，避开节假日交通瓶颈路段施工。节假日前避开南昌方向上饶西枢纽—弋阳枢纽路段，节假日后避开上海方向上饶西互通—弋阳枢纽路段。

（2）在外侧护栏移位及新增移动护栏、硬路肩铣刨及油面摊铺、支线上饶桥拆除等关键施工工序阶段，提前做好上下游联动管控准备。

（3）优化主线交通转换区段，提前诱导车辆完成变道，分散交通冲突点分布。

（4）优化调整车道速度，实施重点路段客货分道行驶，做好上游互通、枢纽节点车辆分、合流控制。

3.2 基于多源感知的主动交通管控

3.2.1 多源感知外场设备布置

改扩建期间，优先选择关键互通、枢纽互通、收费站、服务区、事故多发、团雾易发位置、关键施工节点（特大桥）等，布设视频设备、雷达设备、抓拍设备，用于交通参数感知与交通事件感知，获取车速、车型、断面流量、时空占有率、拥堵、抛洒物、异常停车、行人闯入、占用应急车道等关键信息。

点位的选择除应考虑数据采集需求外，还需不影响改扩建工程主体施工。设备杆件安装时，应优先布置在能永久设置的位置上；其次是利用现有ETC 门架或其他原有杆件；最后是在中分带内设置临时基础及杆件。

由于改扩建期间不具备大规模敷设电缆、光缆的条件，拟采用“光伏+锂电池+无线传输”的方案，将交通感知数据上传至智能中枢进行实时计算，支撑态势、预测、突发事件管控。

3.2.2 主动交通管控策略

通过收费站入口情报板、移动式情报板、号角广播，结合多源感知数据、改扩建施工安排及关键分、合流点位置，对行驶在或即将进入改扩建高速公路的车辆进行主动交通管控，包括逐级限速提醒、客货分离行驶、分流、限流等，并通过联动互联网地图平台，提醒手机终端用户提前规划，规避拥堵路线。

针对施工期可能出现的不同工况，需匹配不同工况下的交通管控方案，如表1 所示。

表1 总体工况划分表

3.3 智能管控与决策平台

3.3.1 基于路网模型的交通态势感知与预测

通过融合天气、交通参数、施工影响等全要素的路网模型，实现路段服务水平评估与交通预测（见图2）。

图2 交通流预测模型图

（1）态势感知

采用红黄绿全景图宏观呈现高速公路全线运行状态，通过图层方式呈现各类静态、动态数据，并提供车流量、车型、平均车速、通行指数等数据；能够提供事件事故信息提示，并进行关联动作。

（2）态势预测

基于当前交通运行状态和路网模型，预测一定时间内的态势变化状态，包括10 分钟、30 分钟、60 分钟、120 分钟的短时预测。

3.3.2 公路通行影响仿真

（1）施工计划仿真

通过仿真指导施工安排，评估多指标、同时段、不同工序对交通通行的影响，并根据实时公路通行能力给出交通影响评估，从而有效指导施工安排。

（2）管控措施仿真

根据实时公路通行能力，输入限速、限流、分车型管控等措施对公路交通运行的影响，并给出影响评估报告，有效演练管控措施。

（3）交通组织优化效果评价

根据管控措施实施前后的交通参数数据变化，对管控措施进行效果评价，优化系统算法。

3.3.3 自动策略触发与决策体系

（1）交通突发事件监测能力

依托多源感知能力，将获取的各项交通异常参数数据、交通事故事件数据、恶劣天气数据等推送给监控中心值班人员，并自动推荐管控策略，提示值班人员确认执行处置流程。

（2）主动管控能力

针对各类异常交通场景设计主动管控预案，联动交通管控措施，并实时向互联网导航平台同步数据。同时，将“事件确认—策略确认—管控执行—联动清障—管控退出”等进行全流程记录，自动生成管控后评估报告，并对知识库进行数据积累与更新。

（3）决策融合会商

通过融合通信平台，实现监控指挥中心大屏幕、各方视频会议系统、办公终端、电话、清障救援人员记录仪、监控视频等多源终端的融合通信，实现多部门的融合通信指挥。

4 结语

在高速公路改扩建工程中，采用智慧化手段对交通组织设计进行优化，能够有效提升施工期公路通行能力与行车安全，及时发现突发事件并提供科学处置决策。同时，还能够进一步优化施工组织计划，合理安排工期与工序，从而保证改扩建工程的施工质量及进度要求。