基于动态车速的高速公路拥堵识别及对策探析

欧阳喜军,金双泉

（广东省交通运输规划研究中心,广东 广州 510101）

0 引言

改革开放以来，广东省高速公路建设迅速发展，取得了显著成绩。至2020 年底，广东全省高速公路通车里程达10 488 km，位居全国第一[1]，创下了高速公路建设的“广东速度”。随着经济社会持续快速发展、新型城镇化和工业化稳步推进、人民生活水平不断提高，交通运输需求尤其是以小汽车出行为代表的公路运输需求持续迅猛增长，我省高速公路发展适应性问题由总规模不足、大通道薄弱为主，向珠三角核心都市圈主要环线和部分干线交通承载功能复杂（疏导、组织和转换重叠等）导致总体通行能力不足、至粤东西北地区通道可靠性不高、部分路线衔接不畅为主转变[2]。

目前，研究高速公路拥堵主要以联网收费数据为主，通过静态交通分配再现运行状态，但因节假日小客车高速免费，收费流水数据不完全，同时宏观交通模型分配路径与实际有所偏差，无法真实反映路网运行状态。因此，该文主要以动态实时数据为基础，在微观层面对交通运行的不适应进行分析，精准甄别实际拥堵路段，挖掘交通拥堵形成的原因，在此基础上提出切实可行的路网疏堵保畅策略，以此提升高速公路的运行效率，为未来的路网规划及节点的组织管理提供科学的决策依据。

1 数据说明

1.1 数据源基本情况

采集的车速数据包括各路段编码、路段类型、所在城市编码、自由流车速和全天24 h 每1 h 的车速数据，具体如表1 所示。该次分析共使用了2020 年共105 d 的高速公路车速数据，其中3 月22 d，4 月30 d，5 月20 d，6 月18 d，7 月15 d。

表1 采集数据示意表

1.2 相关定义

（1）自由流车速：高德车速数据识别的夜间车速。

（2）日均拥堵小时：统计数据拥堵路段拥堵小时总数/统计数据天数。

（3）拥堵指数[3-4]：旅行时间与自由流旅行时间比值，计算公式如下：

式中，Rkt——路段k在时刻t的拥堵指数；lk——路段k的长度；vkt——路段k在时刻t的实际行驶速度；vkd——路段k的自由流速度。

（4）拥堵路段[5]：拥堵指数大于3 的路段（拥堵指数小于2 为畅通，2~3 为缓行，3~4 为拥挤，大于4 为严重拥挤）。

（5）时间界定：工作日指正常上班的周一至周五，周末为周六和周日，节假日为国家法定的小长假，统计期内包含清明节、劳动节、端午节。

2 非拥堵状态最大车速识别

将车速映射到路网中，识别广东省域高速公路网非拥挤状态[6-8]下的最大车速。约8.9%的路段最大车速低于80 km/h，主要为广州、深圳境内高速公路；约30%高速公路最大车速达到100 km/h 以上，大多分布在粤西地区。约25%的高速公路车速在90 km/h 以下，该部分路段长期长时段处于低速运行状态，已基本丧失高速通行功能，这种高速公路不高速的问题需要在高速公路优化规划中予以重点考虑。

3 路网拥堵特征分析

3.1 拥堵次数分析

在研究的105 d 时间里，发生过拥堵的路段共有320处，拥堵次数6 508 次，日均拥堵62 次。从单日的拥堵次数来看，特殊节假日拥堵较为明显，最大单日拥堵次数达到450 次以上，平常日拥堵次数在100 次以内。从出现过的拥堵路段数来看，单日最大出现拥堵路段数接近90 段，主要为节假日期间，平常日单日拥堵路段数约为20 处左右。从出现过的320 个拥堵路段的日均拥堵次数（按拥堵天数平均）来看，27.8%的路段日均拥堵1 次，27.5%路段日均拥堵两次，此外日均拥堵次数超过3 次的也达到了27.5%，其中14.1%路段日均拥堵次数超过5 次，呈现全日反复拥堵的状态。

3.2 拥堵时空分布

从拥堵时间分布[9]上来看，工作日呈现明显的“双峰”特征，周末上午峰值“压扁拉长”，中午出现拥堵的小高峰，这与工作日和周末交通流量时间分布特征基本一致，表明流量越大，拥堵越容易出现；节假日下午拥堵时段长，且在夜间也会出现局部的拥堵。

从拥堵路段在城市分布来看，工作日广州市内高速公路拥堵路段占比最多，达到全省的41.5%，其次为东莞市和深圳市，分别占22.6%和15.1%；周末除了广州、深圳、东莞、佛山等城市外，惠州、肇庆等旅游城市高速公路也呈现一定的拥堵；节假日除珠三角核心城市外，珠三角其他城市高速公路均出现一定的拥堵路段。各市拥堵路段占比分布见图1。

图1 各城市拥堵占比分布图

4 拥堵路段识别分析

根据动态数据，将拥堵指数大于等于3 的路段定义为拥堵路段[10-11]，将工作日和周末归纳为平常日（共7 d），清明、五一归纳为特殊节假日（共6 d），按两种情况统计分析拥堵路段情况。

4.1 平常日拥堵路段分析

通过分析，平常日高速公路出现过拥堵的路段共计36 处，主要集中在广州、深圳市内高速公路，以及广佛、广莞深、深惠等主要城市联系通道上。拥堵路中，90%天数均出现拥堵的3 处，接近30%天数以上出现过拥堵的路段17 处，其余19 处为出现过拥堵的天数占统计天数的15%以内。

从拥堵路段指数来看，潮莞高速（湖心立交以东段）虽仅出现过一次拥堵，但拥堵指数最高，达到9.4 表明该次拥堵非常严重；沈海高速广州支线（S81 广州环城高速西侧）、莞佛高速（G4 京港澳高速西侧）、广州环城高速（沙贝立交）、珠三角环线高速（G94 珠三角环线高速出口至G9411 莞佛高速出口）、沈海高速（巴江河特大桥段）等路段均是拥堵次数较多且拥堵指数较大路段。拥堵路段的天数占比及平均拥堵指数情况（部分）见表2。

表2 平常日拥堵路段一览表（部分）

4.2 节假日拥堵路段分析

清明和五一共6 d 节假日中，全省共有167 个高速公路路段出行过交通拥堵，其中6 d 均拥堵路段2 处，5 d 均拥堵路段4 处，4 d 拥堵路段8 处，3 d 拥堵路段17处，2 d 拥堵路段40 处。节假日拥堵2 d 以上路段情况（部分）具体见表3。

表3 节假日拥堵2 d 以上路段一览表（部分）

5 主要结论

根据前述平常日和节假日拥堵点的分析，主要结论如下：

通过提取最大车速分析，广珠西线高速（南环高速以南段）、广州环城高速沙贝立交段、华南快速、长深高速（水官高速以南段）、莞佛高速（广深沿江高速两侧段）、广州南环高速、广澳高速珠海支线、清平高速、广清高速连接线等路段非拥挤状态下最大车速较低，长期长时段处于低速运行状态，这表明网络已经处于满负荷运行状态，需要在网络规划中予以重点考虑。

通过拥堵指数数据分析，S15 沈海高速广州支线（S81广州环城高速西侧）、S15 沈海高速广州支线（广清立交至沙贝立交）、G15 沈海高速（福民收费站）、S25 长深高速惠州支线（G25 长深高速至205 国道）、S81 广州环城高速（沙贝立交）、G9411 莞佛高速（虎门大桥）、G55 二广高速（北江特大桥段）等路段常发交通拥堵，应加强上述路段的交通改善及交通疏导工作（其中节假日拥堵路段可采取临时交通引导措施）。

同时，结合全省高速公路交通运行状况，发现主要呈现以下五个方面特征。

（1）易堵节点集中，影响范围较广。从全省高速路网拥堵区域来看，拥堵主要集中在广深莞佛等珠三角核心区域城市的主要路段。

（2）珠江口东西两岸交通需求旺盛，过江通道不足导致的瓶颈现象较为严重。

（3）高速出行距离呈现中短距离为主，由于城市圈（如广佛同城化）的形成，通勤占比较大，城际间的“候鸟”现象尤为明显，造成跨城主要路段（如北环高速）拥堵现象较为突出。

（4）假日流量激增，进出城（跨省）路段普遍存在拥堵。其中，出城拥堵路段主要集中在以广州、深圳为中心及各片区出省通道；返程拥堵主要集中在广州、深圳、珠海、中山、东莞等周边路段。

（5）部分高速“市政化”现象凸显。高快速路临近主城区路段，在承担对外交通和过境交通同时，也越来越多地承担起城市交通功能，各种交通流相互交织，部分节点与城市道路衔接不畅，城市主干道交通拥挤问题蔓延至高快速主线[12]，严重影响路网整体效率。比如广州的机场高速、深圳的机荷高速等。

6 拥堵治理策略

高速公路拥堵成因主要有交通需求和供给矛盾逐步加剧、流量分布不均衡、高速路网不健全、已建过江通道数量较少及整体通行能力无法满足节假日大流量通行需求等。目前全省高速公路车流量大，珠三角范围高速公路车流总量约为广东全省的85%，人均高速公路客车流量约为全国平均水平的4 倍，路网运行压力大，稳定性不强，尤其在节假日高峰期易堵路段较多。基于此，该研究主要通过交通供给侧改革与出行需求侧管理相结合，围绕路网断面通行能力最大化、路网流量均衡最大化及道路隐患治理最大化三大目标给出治理策略。

（1）设施改善策略：主要从增加高速公路供给方面进行考虑，具体措施有高速扩容、通道加密、网络优化、服务区改造、道路提速、车道加宽以及标志优化。

（2）交通管理策略：主要包括路网诱导分流、客货错峰出行、交通渠化管理、主线流量控制、可变限速管理、潮汐借道行驶、货车车道管控、应急车道借用、共乘车辆管理以及高普联动管理。

（3）运行管理策略：包括信息发布、事故快处、快速养护、自动收费、价格调节和智能交通管理。