公路网交通量预测在干线公路网规划中的应用

胡玉婷

（1.长沙理工大学，湖南 长沙 410000；2.江西省交通工程集团公司，江西 南昌 330008）

公路网规划是公路交通规划的组成部分，是公路建设中一项重要的前期工作。合理的干线公路网布局可以提高公路运输效益。公路网规划的目的是从实事求是的、科学的观点出发，剖析公路网建设发展存在的问题及其根源，预测区域社会经济发展趋势和交通需求，制定合理可行的公路网规划方案及建设时序，为区域公路近期和长远发展建设提供决策依据。

社会经济和运输需求水平决定着公路的发展，而公路的发展同时也影响和制约着社会经济和交通需求的发展，因此研究公路网布局必须从社会经济及运输交通量需求等方面来考虑。交通需求预测中，交通量的预测又是最重要的。

本文采用“四阶段”法和交通增长率分析法对公路网交通量进行预测和分配，通过对这两种预测方法的预测结果的分析，确定了最终各规划线路交通量的预测结果，并依此计算出干线路网中各路线的重要度，提出各路线的等级配置，以实际案例提出了公路网交通量预测在干线公路网规划中的具体应用。

1 公路网交通量预测的方法

交通量分析是公路网规划工作的重要组成部分，其结果是路网布局、建设重点、建设序列等的重要依据。预测思路为在社会经济和客货运量发展预测的基础上，进行交通量分析和预测。在交通量分析中，本文采用如下两种方法。

1.1 “四阶段”法

其核心内容是在多个公路项目OD调查数据基础上，获得各影响区交通发生、吸引量与社会经济指标之间的相关关系，并通过重力模型分析进一步获得全区域交通出行矩阵，然后通过交通量分配得到路段交通量。

首先，收集全省近年来各项目OD调查数据，以此为基础，得到各影响区交通发生、吸引量与人口、国内生产总值等经济指标之间的函数关系，同时，通过计算得到本区域重力模型的相关参数。其次，以各影响区历年人口、国内生产总值发展趋势为基础，结合各区的经济、社会发展规划，预测得到未来特征年人口、国内生产总值预测数据，利用上述函数关系，得到各区未来交通发生、吸引量。再次，利用上述重力模型关系，得到未来特征年交通量分布。最后，将分布交通量分配到规划路网上，得到各路段预测交通量。

1.2 交通增长率分析法

本文采用的交通增长率分析包括时间序列法和回归分析法两种。具体工作为：以江西省历年国道、省道观测交通量为基础，通过分析国、省道交通量发展趋势，对各规划通道未来交通量进行预测。

通过对上述两种方法得到的交通量结果进行比较，并参考江西省部分公路项目前期研究成果，分析各路段的交通量特点，通过专家咨询，最后综合分析得到各路段交通量预测结果。

2 交通量预测方法的应用

2.1 “四阶段”法预测

“四阶段”法的主要工作流程见图1。

图1 “四阶段”法工作流程

2.1.1 交通影响区划分

本文以江西省内县和县级市为基础，并以与江西省临接的安徽省、湖北省、湖南省、广东省、浙江省和福建省为外围区域，共划分为98个交通影响区。

2.1.2 OD基础数据收集

本次预测利用收集到的江西省1999年以来多条公路工程可行性研究的OD调查数据，尤其是高速公路工程可行性研究的OD调查数据。

2.1.3 基年OD矩阵推算及数据分析

将各公路项目的OD矩阵根据其交通增长及经济增长调整到本次研究的基年，从而得到各项目基年OD表。然后采用一区多中心模型对各项目基年OD表进行拆分，再利用“取最大值”规则（即两个交通影响区OD交换量有多个值时，取最大值）对拆分后的各项目基年OD表进行整合，得到基年OD表。

本文OD研究以县级为基本单位划分交通影响区数量较大，以该单位进行出行影响线分析则难以辨认各交通区的出行状况，所以在此将各县合并为地级市，以地级市及外围的省份为单位进行分析，得到基年机动车出行期望线（如图2）。由此得出江西省交通出行特点为：以省会南昌市为中心，呈放射形向外辐射，凸显省会城市在全省经济活动和交通运输中的核心地位。交通发生、吸引量主要集中在南昌市、抚州市、宜春市、九江市、九江县、靖安县、新建县、横峰县，其中发生、吸引量最大的为南昌市。

图2 基年机动车出行期望线

2.1.4 发生、吸引交通量计算

在OD调查数据的基础上，通过分析发生、吸引交通量与社会经济指标间的关系，获得各影响区特征年交通发生、吸引量及分布矩阵。

根据基年OD矩阵得到各交通影响区基年发生、吸引量，对各影响区交通发生、吸引量与相应的人口和GDP进行相关分析，得到发生、吸引交通量与经济指标的相关关系如式（1）～（4）。

客车发生量与经济指标的回归模型为：

客车吸引量与经济指标的回归模型为：

货车发生量与经济指标的回归模型为：

货车吸引量与经济指标的回归模型为：

式中：Gi——i影响区发生交通量（AADT）；

Ai——i影响区吸引交通量（AADT）；

Pi——i影响区人口（万人）；

GDPi——i影响区国内生产总值（亿元）。

以2015、2020年各交通影响区的人口和GDP预测结果为基础，应用上述式（1）～（4）关系模型计算得到各特征年各交通影响区的发生、吸引量。对于外围小区的发生、吸引量，采用增长率法，通过国省道观测交通量的分析预测确定。

2.1.5 交通分布预测

本文采用双约束重力模型对各交通区间交换量进行预测，其模型具体形式如式（5）：

式中：qij——未来年i区与j区之间的交通量；

Pi——经济区Aj的交通发生量；

Aj——经济区j的交通集中量；

f（Rij）——交通区间阻抗函数；

Ki、——分别为行约束系数、列约束系数。

常用的区间阻抗函数有幂函数、指数函数、Gamma函数。本文采用指数函数，其形式为f（Rij）=e-cRij，其中Rij为交通区间的出行距离，c为待定系数。根据现状OD表和阻抗矩阵，对参数c进行检验，本文所得c值为2.1677。

应用最短路方法，找出交通区间最短路矩阵，并通过最短路矩阵得到交通区间阻抗函数，将各交通区的预测发生集中量代入双约束重力模型中，经过多次迭代推算，得到各交通区间预测OD量。在各交通区预测发生集中量的基础上，应用TransCAD对江西省进行交通分布预测。

2.1.6 交通量分配在进行了交通分布预测，得到未来年的交通区间出行交换量的基础上，应用随机用户平衡模型（SUE）进行交通分配。

随机用户平衡模型是指交通网络中每个用户都认为自己所选择的路径是“阻抗”最小的路径，再没有用户相信能依靠单方面改变路径，可以减少其阻抗。这里的阻抗是用户的感知阻抗，是一个随机变量。一个用户所感知的最小阻抗路径不一定就是真正的最小阻抗路径。某对PA点对（r，s）之间所有已被选用的路径也不一定有相同的实际阻抗。应用此原理，则路径k上的流量采用式（6）计算。

qrs——PA点对（r，s）间的出行量；

应用上述分配方法，并以通行能力、出行时间为阻抗，将预测的交通分布量分配到规划路网上。各规划线路的交通量分配结果见表1。

表1 “四阶段”法各规划线路交通量分配结果

2.2 交通量增长率法预测

本文收集了与规划线路平行且相近的国省道历年各观测站观测交通量，以此为基础采用时间序列法和回归分析法，预测规划线路未来交通量。

结合江西省国省道分布情况，确定与干线公路网各规划线路相关的交通量观测站。对选定的交通量观测站历年观测数据采用时间序列法和回归分析法分析，得到各观测站交通量增长模型，进而计算得到未来特征年各相关观测站预测交通量。以该预测交通量为基础，结合代表路段交通量发展特点，并参考前述“四阶段”法过程中各国省道分配交通量及相关项目可行性研究成果，对各相关观测站的预测适当修正，最终得到各站的预测结果。以各站的预测数据为基础，经计算整理得到各规划线路预测交通量（见表2）。

表2 交通量增长率法各规划线路交通量预测结果

3 预测交通量分析与确定

3.1 对两种预测方法预测结果的分析

对“四阶段”法和增长率两种方法的交通量预测结果进行对比，发现两种方法的预测结果存在一定差异，部分线路的差异还比较大。分析认为这是由两种预测方法的特点决定的。交通量增长率法以历年通道观测交通量数据为基础，预测结果受历史发展趋势影响较大，有利于近期预测结果，对远期预测结果不利，较难反映未来路网条件改变和影响区经济变化等因素的影响；“四阶段”可以反映未来经济、路网等环境的变化，也可以涵盖所有路网，避免观测数据的不足，但对处于研究区域边缘的影响区及线路不利，可能造成分配交通量结果偏小。

3.2 预测交通量的确定

鉴于上述分析，本文采用以下方法确定各规划线路交通量预测结果。近期，预测相对误差率小于20%的采用两种方法预测结果的平均值；误差大于20%时，交通量增长分析法结果的权重为80%；中远期，考虑到交通量增长率法的远期局限性，远期预测结果以“四阶段”法结果为主，逐步加大其权重。通过计算得到各线路交通量数据，对部分不合理数据进行适当调整，最终确定各规划线路交通量预测结果（见表3和图3）。

表3 各规划线路交通量预测结果

表3 （续）

图3 干线公路网交通量预测结果示意图

4 干线公路网的路线重要度

公路网路线重要程度的确定对公路网等级配置和建设安排具有重要意义。江西省“十纵十横”干线公路网的等级配置和实施排序采取定性分析与完量分析相结合，以定量分析为主的方法。

定量分析的基本工作是路线重要度分析。具体方法是利用经济社会和交通量统计资料，进行系数拟合，即以路线性质系数、经济社会系数、交通量系数来综合生成重要度系数。路线性质系数取干线路均为1。经济社会系数采用近年来经济社会统计的两个主导指标（国内生产总值和人口），按照全省该两大总量指标比例关系对全省各经济节点（设区市、县区驻地）的相应指标进行系数拟合。交通量系数采用近年来国省道各线的混合交通量，对组成“十纵十横”的各路段的交通量进行加权平均，逐一进行系数拟合。

路线综合重要度仅靠路线性质系数，远不能够满足项目排序需要，必要考虑路线上各个主要节点（即各经济结点）对公路交通需求潜在的巨大差异，并酌定其权值，从而对路线性质系数进行修正。各经济社会节点潜在的交通需求并未指明在运输方式上或在数条公路上的流量流向，路线交通量系数正好对此进行修正。在各路线的综合重要度确定之后，从大到小依次排定序列，并提出干线网路线的等级配置（见表4）。

表4 “十纵十横”路线重要度排序与等级配置

5 结语

不同的公路等级满足交通需求的程度不同。根据预测的交通量，按照公路工程技术标准可以选择适应交通量需求的公路等级。交通量预测是干线公路网规划的依据，是确定合理等级配置的重要基础。

本文通过多种方法科学预测公路网路线交通量，分析交通量发展特点，对规划干线公路网的各路线进行交通量综合预测；计算路网中路线的重要度，为等级配置和实施顺序提供理论依据，也为后续公路网评价指标体系的建立提供参考；提出的具体应用思路可加强公路网交通量预测对干线公路网规划的指导作用，为同类工作提供借鉴。