一种基于动态数据的高速公路网规划合理性判断方法

俞鹏飞，万超

（江西省交通投资集团路网运营管理公司养护技术中心，江西 南昌 330025）

0 引言

近年来，随着我国高速公路交通需求快速增长，汽车保有量快速增加，呈现出公路交通基础设施建设相对不足，交通拥堵问题日益突出，安全性下降的突出问题。交通拥堵带来居民出行时间和成本增加，交通事故增多和大气环境污染。因此，从公路交通运行特征评价入手，不仅能辅助分析交通运行不理想的原因，还可以对规划设计起到指导作用。

传统的公路网规划评价方法中，大多采用年度为时间周期，指标数据多为静态数据的规划方法，且应对拥堵问题使用的是加强基础设施建设的传统解决办法。其缺点在于评价的动态指标不足，分析粒度较为宏观，规划的传统方案效果有限。

本方法采用了一种基于公路交通运行特征进行公路网规划合理性判断的方法，从时空上对路网和路段的运行特征进行分析。数据获取上，主要通过公路行业管理路网现状和规划数据、交调量调查站交通量数据，以及互联网获取的公开数据进行处理。数据易获取、粒度小、时效性强、质量好，评价方法经过实际工程验证，有效、闭环且实操性强。

1 评价方法

本方法主要是针对省域内高速公路路网的基于交通运行特征的公路网规划合理性评价。可以更清晰地掌握高速公路交通运行规律，提供科学依据，为公路网交通规划合理性提供重要参考。

总体评价方法流程如图1所示，共分为三个阶段，指标选择阶段、单指标评价阶段和多指标评价阶段。

图1 评价方法流程图

指标选择阶段的主要目标是为高速公路交通运行特征选择评价的一套科学合理的指标体系。该指标体系参考了国外和国内的交通运行状态指标，包括了交通服务水平类、交通流参数类、出行耗费时间类、交通拥堵类和其他类型的指标，并结合了我国国情和工程实际经验进行了取舍和创新。公路网规划方案的评价通常划分为技术指标、经济指标、环境指标和社会指标四类。本方法将技术指标划分为路网结构特征指标和路网运行特征指标，主要应用于路网运行特征指标。选择指标中，首先按照通用性指标的选择原则进行选择，其次，按照数据是否易于获取进行选择，最终形成一套全面、科学、实用的指标体系。

单指标评价阶段为将前一阶段中计算的指标体系中，分层级的各个指标进行独立评价，建立干线公路运行特征的评价体系。

多指标评价阶段是将多个指标进行综合计算，得到路段交通运行特征评价结果，再获得路网评价结果，进而评价公路网的交通运行特征。然后，评估规划公路的合理性、必要性和可行性，评估改善措施的方案（如路段、路网可从车速控制、主线控制、车型控制、交通诱导方面考虑），并且可以形成新的建议方案，进入方案评价闭环。

最后可以得出按照路网运行特征评价出的最合理方案并形成相关报告。

1.1 选择指标

本方法在参考国内、外路网运行特征评价指标的基础上，根据我国国情、工程实践上动态数据获取的便捷性、评价的全面性、指标的创新性，对路网运行特征评价指标进行了构建。在考虑到路网运行微观、中观、宏观特征上，从人、车、路、环境的角度提出了交通路况、交通气象和交通事件三种一级分类指标。微观特征选择基本的交通运行参数，中观特征选择常态和非常态的路段综合服务水平，宏观特征选择路网-路线-路段三级区域路网的交通运行状况。

（1）交通路况

高速公路交通运行状况信息的数据来源，包括传统的交通量调查站、高速公路门架视频抓拍数据和ETC通行数据、互联网交通路况通过API提供的平均车速、自由流车速和拥堵状态[浮动车轨迹，来源为手机客户端、车载客户端、物流车辆（三通一达、菜鸟网络等）等]。交通量调查站可以获取交通流量分布情况、车型结构分布、交通量方向分布、交通量时间分布等。

（2）交通气象

交通气象的数据来源，主要包括传统的交通量气象站、共享接入的地方气象部门数据、应用互联网技术采用经过空间解算和匹配至行业管理高速公路路网的互联网交通气象（国家气象局、地方气象局、国家水利部门、国家科技部门等）数据。传统的交通量气象站或传感器在气象条件恶劣路段、隧道安装的能见度检测仪、多要素气象检测仪等实时采集获得的能见度、结冰、雨量等数据较少。

关注内容通常涵盖卫星云图、降水实况、中短期天气预报，暴雨、暴雪、雾霾、寒潮、大风、沙尘暴、高温等气象信息，地质灾害范围、区域和时间，以及地质灾害类型（如泥石流、滑坡、塌方）等，主要用于及时发现关键路段（如气象条件恶劣路段、事故易发路段、交通流量大路段、自然灾害频发路段、特大桥和互通立交等）交通环境的变化情况和气象状况。

对于交通运行，温度能够直接反映交通环境状态的好坏，温度明显高于正常水平时，易引发车辆爆胎事故，一般可以判断该地点或路段处于严重影响交通运行的恶劣气象状态。温度明显低于正常水平时，易引发路面结冰，进而引发交通事故，一般可以判断该地点或路段处于严重影响交通运行的恶劣气象状态。

（3）交通事件

交通事件的数据来源有四种。一种来源是传统的行业填报，可人工采集异常事件信息，由养护或路政巡查人员、社会公众人工填报或利用电话、短信、传真、邮件等方式报送软件系统，主要是由自下而上的填报系统、手机端APP或小程序进行填报，其特点是权威性强，时效性不高；一种来源是可以利用“互联网+”手段，获知众包事件和交警管制事件，其特点是时效性高，但众包的权威性和准确性欠佳；一种来源是由预警信息经人工核对转换后的事件，对自动或人工采集的信息，经过判断可产生《公路网运行监测与服务暂行技术要求》中的公路交通突发事件等级单项监测指标；最后一种来源来自视频监控，对摄像机采集的视频信号进行数字化处理和事件检测，对异常交通事件进行自动检测、记录和预警。

1.2 单项指标评价

由于各个指标的内涵不同，且有各自的量纲，直接使用不同量纲的值进行比较是没有意义的。因此，为了便于后续的分析和处理，保证各个指标之间具有等效性，使各个指标无量纲化和归一化。各指标可分为如下4种类型：区间型（落在某个区间范围内为最佳）、定指标型（越接近某个固定值为最佳）、极大型（值越大为最佳）、极小型（值越小为最佳）。对每种类型使用不同的归一化方法，将其归一化为[0-1]区间内的极大型无量纲指标。（如图2）

图2 单项指标评价

1.3 多项指标评价

多项指标评价将多个指标进行综合计算。综合计算的方式是由专家组确定指标集的权重，即参考表1设一级指标集U=(U1,U2,U3,…Un),其中U1、U2、U3是一级指标，分别对应路段1、路段2、路段3直到路段n。第一级指标集可以由第二级指标级Uij决定，第二级指标集可以由第三级指标集Uijk决定。一、二、三级权重集均满足非负条件和权重和为1的条件。即Wu=(w1,w2,w3,…wn)，wi≥0且=1。

然后，构造模糊关系矩阵，得到路段交通运行特征评价结果，再获得路网评价结果，进而评价公路网的交通运行特征。

2 技术实现

2.1 技术路线

软件开发环境使用ArcGIS，数据库使用PostgreSQL，后端开发语言为JAVA,前端开发语言为基于JavaScript的VUE3.0进行开发。

数据库中基础数据包括基础地理数据、公路网数据和动态数据。基础地理数据主要是行政管理区划界，包括地市、区县界。公路网数据包括现状公路网和规划公路网，路线属性有路线名称、路线编码、行车方向、起点桩号、止点桩号等。路网拓扑数据由公路网数据生成，高速公路的互通立交作为节点。动态数据包括路况、气象和事件数据。路况数据来源于行业的收费站及门架卡口数据、互联网数据（包括百度、高德）。气象数据来源于互联网数据（中国气象局及其他）。事件数据来源于行业上报数据和互联网数据（高德）。

2.2 功能说明

电子地图模块：以图层控制的方式显示电子地图，主要有基础地理、现状路网和规划路网。基础地理图层和现状路网图层不可编辑，地图可以放大、缩小、平移等操作。

指标计算模块：用户选择管理区划类型，选择相关指标进行计算，通常选择一个指标或者选择全部指标。指标的计算结果以表格、电子地图专题图、报告的方式进行展现。

归一化模块：用户选择相关指标进行归一化计算，通常选择一个指标或者选择全部指标。归一化类型、固定最佳值、区间最佳值可以由用户进行设置。归一化指标的计算结果以表格、电子地图专题图、报告的方式进行展现。

综合对比模块：用户选择不同方案的归一化指标矩阵进行对比。至少为两个方案。一般有两种选择，一是选择规划前后的矩阵进行对比，二是选择多种规划方案进行对比。多种方案的，采用熵值法进行对比排序。对比结果以表格、报告的方式进行展现。

系统管理模块：主要是用户、权限、密码、基础数据等配置管理。

3 总结

本方法以动态数据中既能够获取又能够反映运行状态的思路，对高速路网的各种空间结构特征进行分析和评价，从多个动态指标进行计算、分析、对比，总结出一种获取动态数据便捷、客观、科学、实效的公路网规划评价方法。其优势在于评价时所需的动态数据易于获取，质量有保障、时效性好，整体的评价方法为闭环，因此得出的结论较为准确。

本方法的创新之处在于应用了“互联网+”思维，选择了一套在实际中易于获取数据的路网规划评价动态指标并做了归一化处理，然后进行了综合对比，形成了业务闭环，为最终形成最合理的基于动态数据的公路网规划评价提供了工程上实用的方法和技术实现。