经开至汉南一体化交通项目规划交通量预测

丁 英

(中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，湖北 武汉 432000)

近年随着产业结构的调整，城镇空间整合力度不断加强，产业发展、综合交通、公共服务、城乡空间、生态景观和市政设施一体化的积极推进，区域综合服务功能与核心竞争力的不断提升。综合交通运输体系建设作为发展过程中的重要抓手也备受行业重视，而路网交通量的预测更是片区规划及设计的首要任务。目前已有诸多学者对各种路网交通量预测进行了研究，赵磊娜[1]提出了一种利用时变经验模态分解的主干道短时交通量预测的混合预测模型，并通过对比经验模态分解与最小二乘支持向量机模型，验证了混合预测模型更加适合交通流预测；孙朝云[2]对粒子群算法的拓扑结构关系进行了优化，针对高速公路服务区交通量提出了一种基于改进粒子群算法和XGBoost融合的交通量预测模型；李松江[3]为解决传统交通量预测不能拓展至区域网络的问题，提出了一种基于时空相关性多任务神经网络的交通量预测模型；黄明芳[4]以福州连江县文笔路与敖江北路的交叉路口的交通量为研究背景，提出了一种基于小波神经网络的短时交通量预测模型。基于现有研究成果，以武汉市经济开发区龙灵山路网系统为研究背景，对其交通量的分布及预测进行了研究，为后期路网改造设计提供理论支撑依据。

1 项目概况

武汉经开区和汉南区作为一个整体，统筹安排产业、居住、服务等各项用地，形成职住相对均衡、功能相对完善、产城互为补充的现代化综合新城。按照“十三五”规划综合交通运输体系建设，两区之间现状路网存在问题：(1)快速化射线密度较少(东风高架、汉洪高速)；(2)横向环线为收费通道(四环、外环)。为实现两区一体化，需进一步完善现状路网系统。

本项目位于武汉市经济开发区龙灵山附近，包含全力三路地面层改造及利用全力二路路径设高架对接东风大道高架，具体为全力三路(后官湖大道至龙灵大道)地面改造及新增3处下穿通道、3座景观天桥和新增全力二路(东风大道至全力三路)高架及对接东风大道高架互通。

2 交通量预测

2.1 现状交通量及技术评价

(1)路段交通量

路段交通量包括现状主要道路及匝道交通量数据，数据来源包括人工交通调查、大数据挖掘以及其他项目交通专项成果。现状区域内主要道路交通整体运行状况较好，但部分匝道交通压力大，高峰时段出行拥堵。东风大道高架及地面车流量高峰小时4 500辆，车流量相对集中，其余道路交通流量较小，服务水平多为A(B)、C级。全力一路上下东风大道高架桥匝道高峰时段交通量较大，下桥匝道服务水平最低至E级。具体各研究区域主要道路交通量一览表如表1所示。

(2)交叉口分向交通量

交叉口交通量包括全力三路沿线主要道路交叉口不同流向交通量，数据来源主要通过人工交通调查获取。从交叉口现状流量来看，各交叉口的运行压力较小，整体服务水平较好，但各交叉口不同方向流量分布不均。

表1 研究区域主要道路交通量

表2 全力三路沿线主要交叉口交通量统计表

(3)技术评价

①区域内各主要道路交通整体运行状况较好，但路网中局部交叉口、匝道等在高峰时段易形成交通瓶颈，引发短时性交通拥堵。

②东风大道地面层受沿线交叉口影响，交通运行存在一定的延误；高架层受沿线上下匝道的影响，高峰时段易形成汇入汇出的瓶颈拥堵现象。江城大道整体运行较为流畅，在三环线与太子湖大桥段，受沿线永旺梦乐城及交叉口影响，易发生交通拥堵。

③全力三路北接知音湖大道，与东风大道地面层相交，南通硃山路，是区域内横向主通道之一。但其受有轨电车影响，部分路口交通组织困难。未来随着交通量不断增长，会形成节点瓶颈，制约路网整体的服务水平。

④在经开—汉南一体化发展的背景下，受现状道路基础设施的影响，目前尚未拉通沌口至纱帽的快速通道，一定程度上制约了片区之间的经贸互通，从长远来看，不利于两区经济发展。

2.2 预测思路与方法

本项目在武汉市已有市域范围交通大调查模型的基础上，充分利用已有调查数据，并在现状流量调查的基础上，对汉南区交通模型进行细分校验。采用四阶段模型预测项目建设所产生的交通量。四阶段模型指出行生成、出行分布、方式划分及出行分配。

(1)出行生成模型(Generation)——出行产生的频率和数量。

(2)出行分布模型(Distribution)——出行在城市空间的分布，借助TransCAD软件辅助分析。

(3)方式划分模型(Model Split)——出行中使用的交通工具的比例，借助TransCAD软件辅助分析。

(4)分配模型(Assignment)——流量在网络系统中的分布，借助TransCAD软件辅助分析。

图1 交通预测流程图

2.3 交通生成量预测

本次出行生成模型的建立以武汉经济开发区(汉南区)规划用地性质及人口、岗位等基础资料为前提，以武汉市交通调查历史数据和交通预测模型为依托， 确定不同用地上的交通出行率， 计算出行生成量，获得对象区域各个分区出行产生量和出行吸引量。武汉市通常采用类别交叉分类法分别建立车辆、居民出行的交通生成模型。通常模型如式(1)所示。

(1)

式中：Ti为i区出行的产生量(或吸引量)；rc为c类交叉分类的平均产生率或吸引率；qci为i区c类交叉分类的参数变量。

根据各特征年各交通小区的用地性质、用地规模、人口、经济等相关规划指标，预测不同特征年各交通小区的交通生成量。其中2022-2035年采用插入法和分类叠加方法，2041年由于无相关上位规划支撑，采用趋势外推法。具体如表3所示(表中P表示中区交通量的产生量，A表示中区交通量的吸引量)。

表3 研究范围交通中区全日交通生成量统计表

2.4 交通分布预测

交通分布预测即根据道路网布局形态、土地利用性质等确定交通量在未来道路网上空间分布形式。任意两个交通分区之间的出行分布量与这两个分区各自的出行生成量和区间出行阻抗有关。分布预测即对各交通区之间及各交通区内部的出行量进行预测。常用的出行分布模型有增长系数模型、重力模型和机会模型等，根据武汉市实际情况，选用了重力模型。

重力模型：假定交通区i到交通区j的交通分布量与交通区i的交通产生量、交通区j的交通吸引量成正比，与交通区i和j之间的交通阻抗参数，如两区间交通的距离、时间或费用等成反比。重力模型的基本形式如式(2)所示。

(2)

式中:Tij为i区到j区出行量；Pi为i区发生量；Aj为j区的吸引量；tij为i区到j区的出行阻抗；F(tij)为阻抗函数，通常有tij-α和e-βtij等形式，其中α，β为待定参数。出行阻抗tij可以采用区间距离、时间或由时间和费用构成的综合出行成本。利用重力模型对各大区间的交通出行分布进行预测，武汉经济开发区与汉南区交通联系将更加紧密，交通量将呈现较大增长。

2.5 交通方式划分预测

根据武汉市综合交通规划，武汉市规划交通出行结构目标为“4+4+2”模式，即40%公交车，40%慢行交通，20%小汽车。考虑本项目处于武汉市新城区，轨道交通等公交供给水平与城区差异较大，可以判断，规划期末公交出行率将低于武汉市目标值，小汽车出行率将高于目标值。结合城市的功能特性以及经济发展趋势，采取“宏观与微观相结合，宏观指导微观”的预测思路，以规划人口和工业用地性质为主要参数，结合城市客运交通结构的影响因素和汉南区城市交通发展策略，规划年武汉经济技术开发区(汉南区)交通方式划分如表4所示。

表4 特征年居民各种出行方式的分担比例

2.6 交通分配预测

(1)分配原则

根据不同的路网方案和拟定的特征年，本项目采用的分配方案如表5所示。

表5 交通分配方案一览表

(2)分配方法

交通分配的关键是路径选择问题，即通过了解分析各OD对之间的交通出行在路网上的流动情况，把各交通小区间的OD出行量分配到具体路网上，本项目交通分配过程是选用TransCAD交通分析软件的容量限制分配方法进行交通分配，路阻采用综合道路交通状况和收费情况的广义费用函数，如式(3)所示。

(3)

式中：Ci为路段i的广义费用；Ki为路段i的通行费用；φ为时间价值；α、β为参数；ti为路段i的自由流行驶时间；qi为路段i的交通量；Vi为路段i的通行能力。

3 交通量预测结果及分析

本项目位于经济技术开发区内，作为开发区内部道路网组成部分，故设计高峰小时流量比取PHFt=0.125。考虑交通量分布的方向不均匀性，引入方向不均匀系数KD，由于项目位于武汉经济技术开发区(汉南区)，高峰小时交通量多为上下班出行所引起，根据国内数据表明，上下班线路KD可取0.6～0.7。基于此，得到不同分配方案下路网交通量情况。

3.1 路段交通量预测结果

(1)无此项目时交通量预测结果

路段交通量预测结果显示，全力三路高峰时段交通量整体较高，东风大道—硃山湖大道、硃山湖大道—全力南路段超过2 500 pcu/h，全力一路匝道交通量接近饱和状态。

(2)有此项目时交通量预测结果

路段交通量预测结果显示，新建全二高架后分流效果明显，但高架与地面层汇流段交通量仍偏大。

3.2 交叉口交通量预测结果

(1)无此项目时交叉口流量预测结果

从全力三路与东风大道地面层交叉口全向交通量流向预测结果来看，通过交叉口的流量增长迅速，尤其以东风大道东进口直行、左转、全力三路南出口、全力三路南进口右转灯方向最为显著。基于当前交叉口规模和交通组织形式，东风大道与全力三路流量转换效率难以满足中远期转向交通需求，将造成较为严重的拥堵和行车延误。

表6 东风大道与全力三路路地面交叉口高峰小时交通量预测

表7 全力三路与硃山湖南路平叉口高峰小时交通量预测

(2)有此项目时交叉口流量预测结果

新建全力二路高架后，设置定向匝道与东风大道高架对接，可以实现东部市内方向、武汉西方向无阻碍进入全二高架，然后汇入全三，市内方向返程交通可经全二高架右转直接进入东风大道，减少全力三路与东风大道地面交叉口的交通流入量。在保证交通服务水平良好的前提下，东风大道东进口左转进全力二路高架匝道最高可通行交通量约1 300 pcu/h，东风大道西进口右转进全力三路最高可通行交通量约750 pcu/h，全力二路高架右转进东风大道匝道最高可通行交通量约1 300 pcu/h，可在一定程度上缓解全力三路与东风大道地面交叉口通行压力。

表8 全力三路与龙灵大道平叉口高峰小时交通量预测

表9 东风大道与全力二路立交高峰小时交通量预测

从预测结果来看，新建全二高架定向匝道分流效果明显，有效缓解了全力三路与东风大道地面交叉口的交通状况。

表10 东风大道与全力三路地面交叉口高峰小时交通量预测

4 结 论

以“经开至汉南一体化”中新增横向快捷通道：新增全力三路(全力二路高架)快捷通道为研究背景，对本区域路网结构交通量进行了预测，并对比了有无本项目路段及交叉口的交通量预测结果。由预测结果可知，有无本项目交通预测结果差异较大。无本项目时，全力三路整体服务水平下降速度较快，多处路段尤其以交叉口上下游出现交通拥堵。本项目的建设可有效改善全力三路乃至整个片区的交通状况，路网建设方案和规模能够较好适应交通需求的发展，对片区近中远期发展具有积极作用。