基于竞争性通道分析的高速公路趋势交通量预测方法研究

葛 永

（中铁第五勘察设计院集团有限公司，北京 102600）

科学合理地进行交通量预测分析研究，掌握未来交通量的变化趋势，能够为高速公路的路网规划、建设规模、交通状况评价、投资测算分析等提供可靠依据。在交通量预测理论研究中，高速公路交通量预测主要包括趋势交通量、转移交通量、诱增交通量3 部分，其中趋势交通量对整体交通量的预测具有较大影响。国内外针对高速公路交通量预测的研究也颇为丰富：徐志伟等[1]以蓟县至塘沽高速公路为研究对象，提出了基于均衡分配法的高速公路趋势交通量预测方法；张康敏[2]提出了基于综合运输通道需求的高速公路交通量预测方法，以区域间的客货交流量、运输时间和运价为样本数据建立了用于方式划分的集计Logit 模型；张秋美等[3]从高速公路的最长设计年限角度出发，采用定量与定性、理论与实际、推理与计算相结合的多重研究方法对拟建高速公路交通量进行综合分析预测；丁志坤等[4]以杭州绕城高速公路为例，以“四阶段法”为基础，通过加入经济-交通组合模型进行改进，提出了一种更为合理的交通量预测方法；王慧勇等[5]综合考虑现行预测方法和模型的优缺点，提出了适用于高速公路交通量预测的灰色线性回归组合预测模型。

秦皇岛至沈阳高速公路（G0122）是我国境内连接河北省秦皇岛市和辽宁省沈阳市的高速公路，是我国国家高速公路网首都放射主干线北京至哈尔滨高速公路的并行线之一。秦沈高速的实施可以有效缓解既有京哈高速公路的压力，对于贯彻落实京津冀协调发展战略和东北老工业基地振兴战略，完善国家综合立体交通网布局，促进区域优势资源开发和经济社会协调发展等具有重要意义。为合理确定建设规模、评价道路运行状态、测算投资收益等工作，本文拟在竞争性通道分析的基础上，采用多路径分配模型对秦沈高速一期工程趋势交通量进行预测。

1 竞争性通道分析

1.1 项目功能定位

本项目是G1 京哈高速并行线秦皇岛至沈阳国家高速公路的重要路段；联接秦滨、秦唐、京哈、京秦等多条高速公路，是京津冀、环渤海区域综合交通运输网络的重要组成部分。功能定位是疏解京哈高速及北戴河连接线暑期交通压力的有效高速分流通道；是东北与天津方向过境货车高速分流通道之一；是北戴河新区建设发展、对外联系的有力基础支撑。结合本项目的主要功能定位，选取了2 种不同类型的竞争性通道进行分析。

1.2 华北-东北区域性大通道分析

现状华北至东北区域的交通流有3 条高速通道可选择，分别是S11 海滨大道+G0111 秦滨高速+G1 京哈高速的组合通道、S11 海滨大道+S0105 唐山绕城高速+G1 京哈高速的组合通道、S11 海滨大道+G25 长深高速的组合通道。本项目建成后，将形成第四条高速通道，具体各路径走向如下。

方案1：S11 海滨大道+G0111 秦滨高速+G1 京哈高速，路线起点为天津市滨海新区，沿S11 海滨大道向北转入G0111 秦滨高速，途经唐山、秦皇岛后转入G1京哈高速，途经葫芦岛、锦州后到达终点沈阳市。

方案2：S11 海滨大道+S0105 唐山绕城高速+G1 京哈高速，路线起点为天津市滨海新区，沿S11 海滨大道向北转入S0105 唐山绕城高速，途经唐山、秦皇岛后转入G1 京哈高速，途经葫芦岛、锦州后到达终点沈阳市。

方案3：S11 海滨大道+G25 长深高速，路线起点为天津市滨海新区，沿S11 海滨大道向北转入G25 长深高速，途经唐山、承德、朝阳、阜新等地后到达终点沈阳市。

方案4：S11 海滨大道+G0111 秦滨高速+G0122 秦沈高速，路线起点为天津市滨海新区，沿S11 海滨大道向北转入G0111 秦滨高速，途经唐山、秦皇岛后转入G0122 秦沈高速（即本项目），途经葫芦岛、锦州后到达终点沈阳市。

由表1 可知，客车通过本项目通道出行比既有S11 海滨大道+G0111 秦滨高速+G1 京哈高速的组合通道（方案1）通行距离长22 公里，时间节约0.01 h，通行费用及燃油费多29 元；比S11 海滨大道+S0105 唐山绕城高速+G1 京哈高速的组合通道（方案2）通行距离长6 公里，时间长0.15 h，通行费用及燃油费多5 元；比S11 海滨大道+G25 长深高速的组合通道（方案3）通行距离短213 公里，时间节约1.80 h，通行费用及燃油费节约233 元。

表1 华北-东北区域性大通道分析对比表（一类客车）

考虑到方案1 和方案2 所依托的主要通道京哈高速已建成运行20 余年，道路路况相对较差，且京哈高速通道现状已经饱和，而本项目所在通道秦沈高速建成后，道路路况更好，因此将会分担一定比例的京哈高速通道流量。

1.3 北京至秦皇岛旅游度假竞争性通道分析

现状是北京至秦皇岛旅游的交通流有3 条高速通道可选择，分别是G1 京哈高速+京沈连接线+G0111秦滨高速的组合通道、G1 京哈高速+唐港高速+G0111秦滨高速的组合通道、S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦滨高速的组合通道。本项目建成后，将形成第四条高速通道，具体各路径走向如下。

方案1：G1 京哈高速+京沈连接线+G0111 秦滨高速，路线起点为北京市，沿G1 京哈高速向东途径唐山等地，转入京沈连接线，最终利用G0111 秦滨高速部分路段到达终点秦皇岛北戴河新区。

方案2：G1 京哈高速+唐港高速+G0111 秦滨高速，路线起点为北京市，沿G1 京哈高速向东途径唐山后转入唐港高速，最终利用G0111 秦滨高速部分路段到达终点秦皇岛北戴河新区。

方案3：S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦滨高速，路线起点为北京市，沿S30 京津高速向东途径天津市宝坻区后转入G2502 津保高速，最终利用G0111 秦滨高速部分路段到达终点秦皇岛北戴河新区。

方案4：G1 京哈高速+G0122 秦沈高速，路线起点为北京市，沿G1 京哈高速向东途径唐山等地，转入G0122 秦沈高速（即本项目）到达终点秦皇岛北戴河新区。

北京至秦皇岛旅游交通分析对象主要为客车，由表2可知，客车通过本项目通道出行比既有G1 京哈高速+京沈连接线+G0111 秦滨高速的组合通道（方案1）通行距离短34 公里，时间节约0.40 h，通行费用及燃油费节约23 元；比G1 京哈高速+唐港高速+G0111秦滨高速的组合通道（方案2）通行距离短42 公里，时间节约0.40 h，通行费用及燃油费节约26 元；比S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦滨高速的组合通道（方案3）通行距离短51 公里，时间节约0.65 h，通行费用及燃油费节约52 元。

表2 北京至秦皇岛旅游分析对比表（一类客车）

综合考虑4 条通道的通行时间和通行费用，本项目所在通道均具有相对优势，因此北京至秦皇岛旅游交通将会优先选择本项目所在通道出行。

2 趋势交通量预测模型的构建

通道趋势交通量预测主要研究东北区域-华北区域通道、北京-秦皇岛旅游交通通道不同类型竞争性通道间相关道路的交通增长情况，同时结合区域各自经济发展水平及交通运输量和机动车保有量增长情况，预测各通道路网交通量，最后利用多路径概率分配法来预测本项目的特征年交通量。

2.1 通道整体趋势交通量预测方法

通道整体趋势交通量预测采用弹性系数法，即根据交通运输对国民经济的弹性系数，结合项目影响区特征年经济的预测结果，确定未来交通运输量的增长率，弹性系数=运输指标变化的百分率／经济指标变化的百分率[1]。一般而言，交通运输量的弹性系数能直接反映经济增长对交通运输的影响，由于近年交通运输量统计口径的调整，其增长率在一定时期内不具有代表性，因此可综合分析历年机动车保有量和交通运输量的增长规律，计算二者对国民经济的加权增长率，使计算结果更符合交通量的发展规律。根据项目影响区未来经济的发展预测及各时期弹性系数的预测，计算得到通道趋势交通量增长率，最终可计算得到各特征年通道整体趋势交通量。

2.2 多路径分配模型

由出行者的路径选择特性可知，出行者总是希望选择最合适（最短、最快、最方便等）的路径出行，称之最短路因素；但由于交通网络的复杂性及交通状况的随机性，出行者在选择出行路线时由于判断误差而导致选择的路线不一定是最短路，往往带有不确定性，称之为随机因素。这2 种因素存在于出行者的整个出行过程中，两因素所处的主次地位取决于可供选择的出行路径的路权差（行驶时间差或费用差等）。因此各出行路径被选用的概率可采用Logit 模型的路径选择模型进行计算。为了能够更好地反映出行时间随道路交通量的变化情况，本文采用增量分配与多路径概率分配相结合的方法，将通道交通量拆分为N份，并依次加载至规划路网。路径选择模型公式为

式中：p（r，s，k）为通道交通量T（r，s）在第k条出行路线上的分配率；t（k）为第k条出行路线的路权（行驶时间、行驶费用）；t为各出行路线的平均路权（行驶时间、行驶费用）；θ 为分配参数；m为有效出行路线条数。

3 趋势交通量预测

3.1 路权的确定

根据1.2、1.3 节所介绍的各类竞争性通道分析表中数据，可分别确定各通道的时间和费用。

3.2 迭代次数

根据增量分配方法的思想，迭代次数N越大分配的结果越准确，但加载的次数也就越多，运算量就越大，为了均衡分配的精确度和运算量，取N定位5 进行迭代分配，依次分配的流量比为3∶2∶2∶2∶1。

3.3 预测结果

根据上述公式可计算得到特征年相关道路交通量分配结果（表3）。

表3 本项目各特征年交通量预测数据pcu·d-1

4 结论

本文在分析了拟建高速公路所在的竞争性通道的基础上，计算了各通道的路线长度、行驶时间、行驶费用等因素，分析了各通道间的竞争性优劣关系，构建立了基于Logit 模型的多路径分配交通量预测模型。同时以秦沈高速公路一期工程为例进了工程趋势交通量预测，研究结果有利于高速公路项目确定建设规模、评价道路运行状态、测算投资收益等工作。