基于競爭性通道分析的高速公路趨勢交通量預(yù)測方法研究

葛 永

（中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600）

科學(xué)合理地進行交通量預(yù)測分析研究，掌握未來交通量的變化趨勢，能夠為高速公路的路網(wǎng)規(guī)劃、建設(shè)規(guī)模、交通狀況評價、投資測算分析等提供可靠依據(jù)。在交通量預(yù)測理論研究中，高速公路交通量預(yù)測主要包括趨勢交通量、轉(zhuǎn)移交通量、誘增交通量3 部分，其中趨勢交通量對整體交通量的預(yù)測具有較大影響。國內(nèi)外針對高速公路交通量預(yù)測的研究也頗為豐富：徐志偉等[1]以薊縣至塘沽高速公路為研究對象，提出了基于均衡分配法的高速公路趨勢交通量預(yù)測方法；張康敏[2]提出了基于綜合運輸通道需求的高速公路交通量預(yù)測方法，以區(qū)域間的客貨交流量、運輸時間和運價為樣本數(shù)據(jù)建立了用于方式劃分的集計Logit 模型；張秋美等[3]從高速公路的最長設(shè)計年限角度出發(fā)，采用定量與定性、理論與實際、推理與計算相結(jié)合的多重研究方法對擬建高速公路交通量進行綜合分析預(yù)測；丁志坤等[4]以杭州繞城高速公路為例，以“四階段法”為基礎(chǔ)，通過加入經(jīng)濟-交通組合模型進行改進，提出了一種更為合理的交通量預(yù)測方法；王慧勇等[5]綜合考慮現(xiàn)行預(yù)測方法和模型的優(yōu)缺點，提出了適用于高速公路交通量預(yù)測的灰色線性回歸組合預(yù)測模型。

秦皇島至沈陽高速公路（G0122）是我國境內(nèi)連接河北省秦皇島市和遼寧省沈陽市的高速公路，是我國國家高速公路網(wǎng)首都放射主干線北京至哈爾濱高速公路的并行線之一。秦沈高速的實施可以有效緩解既有京哈高速公路的壓力，對于貫徹落實京津冀協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略和東北老工業(yè)基地振興戰(zhàn)略，完善國家綜合立體交通網(wǎng)布局，促進區(qū)域優(yōu)勢資源開發(fā)和經(jīng)濟社會協(xié)調(diào)發(fā)展等具有重要意義。為合理確定建設(shè)規(guī)模、評價道路運行狀態(tài)、測算投資收益等工作，本文擬在競爭性通道分析的基礎(chǔ)上，采用多路徑分配模型對秦沈高速一期工程趨勢交通量進行預(yù)測。

1 競爭性通道分析

1.1 項目功能定位

本項目是G1 京哈高速并行線秦皇島至沈陽國家高速公路的重要路段；聯(lián)接秦濱、秦唐、京哈、京秦等多條高速公路，是京津冀、環(huán)渤海區(qū)域綜合交通運輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。功能定位是疏解京哈高速及北戴河連接線暑期交通壓力的有效高速分流通道；是東北與天津方向過境貨車高速分流通道之一；是北戴河新區(qū)建設(shè)發(fā)展、對外聯(lián)系的有力基礎(chǔ)支撐。結(jié)合本項目的主要功能定位，選取了2 種不同類型的競爭性通道進行分析。

1.2 華北-東北區(qū)域性大通道分析

現(xiàn)狀華北至東北區(qū)域的交通流有3 條高速通道可選擇，分別是S11 海濱大道+G0111 秦濱高速+G1 京哈高速的組合通道、S11 海濱大道+S0105 唐山繞城高速+G1 京哈高速的組合通道、S11 海濱大道+G25 長深高速的組合通道。本項目建成后，將形成第四條高速通道，具體各路徑走向如下。

方案1：S11 海濱大道+G0111 秦濱高速+G1 京哈高速，路線起點為天津市濱海新區(qū)，沿S11 海濱大道向北轉(zhuǎn)入G0111 秦濱高速，途經(jīng)唐山、秦皇島后轉(zhuǎn)入G1京哈高速，途經(jīng)葫蘆島、錦州后到達(dá)終點沈陽市。

方案2：S11 海濱大道+S0105 唐山繞城高速+G1 京哈高速，路線起點為天津市濱海新區(qū)，沿S11 海濱大道向北轉(zhuǎn)入S0105 唐山繞城高速，途經(jīng)唐山、秦皇島后轉(zhuǎn)入G1 京哈高速，途經(jīng)葫蘆島、錦州后到達(dá)終點沈陽市。

方案3：S11 海濱大道+G25 長深高速，路線起點為天津市濱海新區(qū)，沿S11 海濱大道向北轉(zhuǎn)入G25 長深高速，途經(jīng)唐山、承德、朝陽、阜新等地后到達(dá)終點沈陽市。

方案4：S11 海濱大道+G0111 秦濱高速+G0122 秦沈高速，路線起點為天津市濱海新區(qū)，沿S11 海濱大道向北轉(zhuǎn)入G0111 秦濱高速，途經(jīng)唐山、秦皇島后轉(zhuǎn)入G0122 秦沈高速（即本項目），途經(jīng)葫蘆島、錦州后到達(dá)終點沈陽市。

由表1 可知，客車通過本項目通道出行比既有S11 海濱大道+G0111 秦濱高速+G1 京哈高速的組合通道（方案1）通行距離長22 公里，時間節(jié)約0.01 h，通行費用及燃油費多29 元；比S11 海濱大道+S0105 唐山繞城高速+G1 京哈高速的組合通道（方案2）通行距離長6 公里，時間長0.15 h，通行費用及燃油費多5 元；比S11 海濱大道+G25 長深高速的組合通道（方案3）通行距離短213 公里，時間節(jié)約1.80 h，通行費用及燃油費節(jié)約233 元。

表1 華北-東北區(qū)域性大通道分析對比表（一類客車）

考慮到方案1 和方案2 所依托的主要通道京哈高速已建成運行20 余年，道路路況相對較差，且京哈高速通道現(xiàn)狀已經(jīng)飽和，而本項目所在通道秦沈高速建成后，道路路況更好，因此將會分擔(dān)一定比例的京哈高速通道流量。

1.3 北京至秦皇島旅游度假競爭性通道分析

現(xiàn)狀是北京至秦皇島旅游的交通流有3 條高速通道可選擇，分別是G1 京哈高速+京沈連接線+G0111秦濱高速的組合通道、G1 京哈高速+唐港高速+G0111秦濱高速的組合通道、S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦濱高速的組合通道。本項目建成后，將形成第四條高速通道，具體各路徑走向如下。

方案1：G1 京哈高速+京沈連接線+G0111 秦濱高速，路線起點為北京市，沿G1 京哈高速向東途徑唐山等地，轉(zhuǎn)入京沈連接線，最終利用G0111 秦濱高速部分路段到達(dá)終點秦皇島北戴河新區(qū)。

方案2：G1 京哈高速+唐港高速+G0111 秦濱高速，路線起點為北京市，沿G1 京哈高速向東途徑唐山后轉(zhuǎn)入唐港高速，最終利用G0111 秦濱高速部分路段到達(dá)終點秦皇島北戴河新區(qū)。

方案3：S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦濱高速，路線起點為北京市，沿S30 京津高速向東途徑天津市寶坻區(qū)后轉(zhuǎn)入G2502 津保高速，最終利用G0111 秦濱高速部分路段到達(dá)終點秦皇島北戴河新區(qū)。

方案4：G1 京哈高速+G0122 秦沈高速，路線起點為北京市，沿G1 京哈高速向東途徑唐山等地，轉(zhuǎn)入G0122 秦沈高速（即本項目）到達(dá)終點秦皇島北戴河新區(qū)。

北京至秦皇島旅游交通分析對象主要為客車，由表2可知，客車通過本項目通道出行比既有G1 京哈高速+京沈連接線+G0111 秦濱高速的組合通道（方案1）通行距離短34 公里，時間節(jié)約0.40 h，通行費用及燃油費節(jié)約23 元；比G1 京哈高速+唐港高速+G0111秦濱高速的組合通道（方案2）通行距離短42 公里，時間節(jié)約0.40 h，通行費用及燃油費節(jié)約26 元；比S30 京津高速+G2502 津保高速+G0111 秦濱高速的組合通道（方案3）通行距離短51 公里，時間節(jié)約0.65 h，通行費用及燃油費節(jié)約52 元。

表2 北京至秦皇島旅游分析對比表（一類客車）

綜合考慮4 條通道的通行時間和通行費用，本項目所在通道均具有相對優(yōu)勢，因此北京至秦皇島旅游交通將會優(yōu)先選擇本項目所在通道出行。

2 趨勢交通量預(yù)測模型的構(gòu)建

通道趨勢交通量預(yù)測主要研究東北區(qū)域-華北區(qū)域通道、北京-秦皇島旅游交通通道不同類型競爭性通道間相關(guān)道路的交通增長情況，同時結(jié)合區(qū)域各自經(jīng)濟發(fā)展水平及交通運輸量和機動車保有量增長情況，預(yù)測各通道路網(wǎng)交通量，最后利用多路徑概率分配法來預(yù)測本項目的特征年交通量。

2.1 通道整體趨勢交通量預(yù)測方法

通道整體趨勢交通量預(yù)測采用彈性系數(shù)法，即根據(jù)交通運輸對國民經(jīng)濟的彈性系數(shù)，結(jié)合項目影響區(qū)特征年經(jīng)濟的預(yù)測結(jié)果，確定未來交通運輸量的增長率，彈性系數(shù)=運輸指標(biāo)變化的百分率／經(jīng)濟指標(biāo)變化的百分率[1]。一般而言，交通運輸量的彈性系數(shù)能直接反映經(jīng)濟增長對交通運輸?shù)挠绊懀捎诮杲煌ㄟ\輸量統(tǒng)計口徑的調(diào)整，其增長率在一定時期內(nèi)不具有代表性，因此可綜合分析歷年機動車保有量和交通運輸量的增長規(guī)律，計算二者對國民經(jīng)濟的加權(quán)增長率，使計算結(jié)果更符合交通量的發(fā)展規(guī)律。根據(jù)項目影響區(qū)未來經(jīng)濟的發(fā)展預(yù)測及各時期彈性系數(shù)的預(yù)測，計算得到通道趨勢交通量增長率，最終可計算得到各特征年通道整體趨勢交通量。

2.2 多路徑分配模型

由出行者的路徑選擇特性可知，出行者總是希望選擇最合適（最短、最快、最方便等）的路徑出行，稱之最短路因素；但由于交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性及交通狀況的隨機性，出行者在選擇出行路線時由于判斷誤差而導(dǎo)致選擇的路線不一定是最短路，往往帶有不確定性，稱之為隨機因素。這2 種因素存在于出行者的整個出行過程中，兩因素所處的主次地位取決于可供選擇的出行路徑的路權(quán)差（行駛時間差或費用差等）。因此各出行路徑被選用的概率可采用Logit 模型的路徑選擇模型進行計算。為了能夠更好地反映出行時間隨道路交通量的變化情況，本文采用增量分配與多路徑概率分配相結(jié)合的方法，將通道交通量拆分為N份，并依次加載至規(guī)劃路網(wǎng)。路徑選擇模型公式為

式中：p（r，s，k）為通道交通量T（r，s）在第k條出行路線上的分配率；t（k）為第k條出行路線的路權(quán)（行駛時間、行駛費用）；t為各出行路線的平均路權(quán)（行駛時間、行駛費用）；θ 為分配參數(shù)；m為有效出行路線條數(shù)。

3 趨勢交通量預(yù)測

3.1 路權(quán)的確定

根據(jù)1.2、1.3 節(jié)所介紹的各類競爭性通道分析表中數(shù)據(jù)，可分別確定各通道的時間和費用。

3.2 迭代次數(shù)

根據(jù)增量分配方法的思想，迭代次數(shù)N越大分配的結(jié)果越準(zhǔn)確，但加載的次數(shù)也就越多，運算量就越大，為了均衡分配的精確度和運算量，取N定位5 進行迭代分配，依次分配的流量比為3∶2∶2∶2∶1。

3.3 預(yù)測結(jié)果

根據(jù)上述公式可計算得到特征年相關(guān)道路交通量分配結(jié)果（表3）。

表3 本項目各特征年交通量預(yù)測數(shù)據(jù)pcu·d-1

4 結(jié)論

本文在分析了擬建高速公路所在的競爭性通道的基礎(chǔ)上，計算了各通道的路線長度、行駛時間、行駛費用等因素，分析了各通道間的競爭性優(yōu)劣關(guān)系，構(gòu)建立了基于Logit 模型的多路徑分配交通量預(yù)測模型。同時以秦沈高速公路一期工程為例進了工程趨勢交通量預(yù)測，研究結(jié)果有利于高速公路項目確定建設(shè)規(guī)模、評價道路運行狀態(tài)、測算投資收益等工作。