基于OD反推技術的城市新建高等級道路交通量預測方法——以鎮江市長江隧道為例

王 磊，紀書錦，李星星，王 鶴

（鎮江市規劃設計研究院，江蘇 鎮江212001）

0 引言

隨著經濟的快速發展，原有城市路網已無法承載快速增長的交通需求，交通供需矛盾日益凸顯。為緩解城市擁堵，各城市已逐步開始新一輪的路網調整工作，高架、隧道類型的主干道或快速路級別的城市高等級道路建設數量不斷增多。這些高等級道路一般是城市的骨架性道路，承擔著主要的交通流集散任務，它們的建設完成對于完善城市道路網絡、緩解城市擁堵具有較大的現實意義。但這些高等級城市道路的建設投資往往較大，以雙向六車道隧道為例，其單公里造價高達5億元以上，且這些道路在建設期內將對現狀交通的正常運行造成負面影響。因此，在規劃決策初期階段對道路規劃方案進行道路交通量預測是一項極為重要的工作，在2010年出版的《公路建設項目可行性報告編制辦法》中也明確提出，“交通量是道路建設可行性研究的重要內容，是確定建設項目技術等級、工程設施規模以及經濟評價的基礎”。

目前，新建道路交通量預測主要采用“四階段”法，該方法的基礎在于OD矩陣的獲得，該矩陣反映了區域交通流量、流向等特征[1]。一般獲取OD 矩陣采用的是大規模交通調查法，該方法所需時間較長，需要耗費大量的人力、物力及財力。隨著現代交通理論的發展，OD 反推技術逐漸出現，該技術可通過對路段交通量進行逆運算得到具有一定精度的各小區現狀OD，相比傳統的OD調查方法，該方法具有數據可獲取性好、成本低廉等優點[2]。本文以鎮江市長江隧道為例，對基于OD 反推技術的城市高等級道路交通量預測方法進行介紹，以期為其他城市新建高等級道路交通量預測提供借鑒。

1 長江隧道規劃方案簡介

鎮江市長江隧道規劃位于鎮江市北部區域，西起長江路，東至濱水路，總長約4 500m。隧道設計等級為城市主干道，雙向四車道，設計時速為60km/h，設計通行能力為5 000pcu/h。隧道設計采用雙孔單向設計，單孔寬度為10.2m，總寬度為21.4m，高7.9m，預計總投資為11.3 億元，方案具體情況如圖1、圖2所示。

圖1 長江隧道規劃方案

圖2 長江隧道橫斷面（單位：m）

隧道建設主要達到以下3個目的：

（1）作為鎮江市北部區域重要分流通道，分流過境及景區到達交通；

（2）加強區域景區南北方向的慢行溝通；

（3）分擔長江路交通壓力，緩解老城區擁堵。

2 基于OD反推技術的交通量預測

由于進行OD調查所需時間較長，為了在較短時間內對項目建設近、遠期交通量進行預測，本文運用OD 反推技術，結合現代交通量統計手段（如感應線圈）獲得各路段流量，繼而對隧道建設后交通量進行預測。

基于OD反推的交通量預測方法分為以下4個步驟：

（1）確定項目影響區域及研究道路現狀，包括通行能力、設計速度、現狀交通量等；

（2）反推現狀OD矩陣；

（3）預測目標年OD矩陣；

（4）預測目標年新建道路交通量。

具體流程如圖3所示。

圖3 基于OD反推技術交通量預測流程

2.1 研究區域內道路現狀

結合城市主干道合理間距及鎮江市實際情況，確定長江路隧道規劃方案1km范圍內為影響區域，區域內東西向道路為競爭道路，南北向道路為集散道路。據此分析，長江路為隧道主要競爭道路；征潤州路、中山北路、新河路、和平路、云臺山路、迎江路、中華路、寶塔路、電力路、雙井路、解放路、第一樓街、濱水路為隧道主要集散道路（見圖4）。

圖4 研究區域及道路示意圖

現狀區域內東西向交通量較大，南北向較小。其中長江路自電力路以東至濱水路一段，早高峰期小時雙向交通量達到2 700pcu以上，路段飽和度達到0.8以上；南北向道路除中華路交通量較大，其余道路較為適中，具體各道路現狀交通量見圖5，道路信息見表1。

圖5 研究區域內道路現狀交通量（標準車）（單位：pcu/h）

表1 研究區域內道路基本信息

2.2 現狀OD矩陣反推

OD矩陣反推過程歸納起來主要有3個步驟：

（1）構建現狀路網并劃分交通小區；

（2）構建阻抗矩陣及種子矩陣；

（3）現狀OD矩陣反推。

2.2.1 路網構建及小區劃分

路網模型是OD 反推的基礎，可以將OD 矩陣與路段交通量之間進行聯系。為保證將出行OD分配到各個相關道路，本文在各個連接道路處均設置一個交通小區，路網及小區劃分見圖6。隨后為路網模型賦予相關屬性，包括道路等級（Type）、通行能力（Capacity）、車道數（Lane）、設計時速（Speed）、路段阻抗（Time），交通量（Flow）及BPR 參數（Alpha&Beta）[3]共7 個屬性，具體賦值如圖7所示。

圖6 道路網絡及交通小區

圖7 路段信息輸入

2.2.2 阻抗矩陣及種子矩陣構建

阻抗是表示各交通小區間的出行阻礙大小的重要指標，也是OD矩陣反推的重要參數[4]。阻抗矩陣采用多路徑計算法（Multiple Path），通過計算各質心點間最小阻抗值獲得，最終阻抗矩陣如圖8所示。

圖8 阻抗矩陣（單位：s）

種子OD 能夠反映OD 之間的交通分布結構，高質量的種子OD矩陣可以大大提高反推結果的精確度。由于出行者受交通小區間出行阻抗的影響，因此本文采用基于交通小區出行阻抗的種子OD矩陣計算方法，具體計算公式如式（1）所示[5]：

式中：fij為種子OD 矩陣中交通小區i與j的出行量比重；tij為交通小區i與j之間的出行阻抗值。

最終計算獲得種子矩陣如圖9所示。

圖9 種子矩陣

2.2.3 現狀OD矩陣反推

OD 反推（見圖10）是交通分配的逆運算，因此其算法與交通分配相同，包括非平衡分配算法的全有全無法、容量限制法、系統優化法以及近年來出現的隨機分配方法，如用戶平衡法、隨機用戶平衡法等[6]。本文選取隨機用戶平衡法（SUE）以保證OD反推結果更接近現實，最終反推獲得的現狀OD矩陣如圖11所示。

圖10 OD反推

2.3 新建道路交通量預測

新建道路交通量主要包括區內轉移交通量、區外轉移交通量兩個部分。區內轉移交通量是指正常發展情況下，區域內交通需求自然增長后分配至新建道路的交通量。區外轉移交通量是指項目建設后，引起區域交通條件變化，從其他區域轉移至項目的交通量[7]。

2.3.1 區內轉移交通量預測

圖11 現狀OD矩陣

區內轉移交通量仍采用傳統“四階段法”進行預測。根據鎮江市相關規劃，隧道規劃建設初期，其周邊用地性質并不會發生較大變化，路網調整也較小，因此本文采用增長率法預測未來小區出行增長，根據彈性系數確定小區2015 年—2020年出行總量年平均增長率為5.1%。

2.3.2 區外轉移交通量預測

區外轉移交通量目前尚未有比較完善的定量計算方法，主要采用定性比較分析的方法確定。本文借鑒《城市道路設計規范》（CJJ 37—90）中新建道路設計小時交通量計算方法對該部分交通量進行預測。主要原因在于《規范》中提出的計算方法并不考慮道路競合關系，若項目新建完成后，研究區域內交通量期望值應等于原有道路交通量與新建道路設計交通量之和，因此本文認為該部分交通量即為區外轉移交通量。考慮到轉移交通量分配與道路容量相關，本文利用新建道路與研究區域主要競爭道路通行能力作為分配權重進行配流，具體計算公式如下：

式中：qn為第n條道路轉移交通量（pcu/h）；Nd為新建道路設計年平均日交通量（pcu/d）；k為設計高峰小時交通量與年平均日交通量比值，新建道路可參照性質相近的同類型道路的數值選用，不能取得時可采用11%；Cn為研究區域內第n條道路設計通行能力（pcu/h）。

綜上分析，2020年長江隧道總預測交通量如表2所示。

表2 2020年早高峰長江隧道分向流量（單位：pcu/h）

為檢驗本方法預測精度，本文采用該方法與傳統“四階段法”分別對2030 年長江隧道交通量進行預測。通過表3 及表4 可以發現“OD 反推法”預測的交通量與傳統“四階段法”預測值間還存在一定差值，主要原因有：（1）區內轉移交通量預測方面，隨著遠期道路周邊用地性質發生改變后，居民出行行為及小區發生吸引均會發生一定變化，該部分交通量預測存在一定誤差；（2）區外轉移交通量方面，由于鎮江市缺乏相關數據統計，k值為規范推薦值，并不完全符合實際現狀，因此該部分交通量預測也可能存在一定誤差。但“OD 反推法”與“四階段法”差值比例基本在15%以內，其精度基本可滿足初期規劃及決策使用。

表3 2030年早高峰長江隧道分向流量（單位：pcu/h）

注：四階段法基于《鎮江市綜合交通規劃》（2015—2030），委托江蘇省城鄉規劃設計研究院計算獲得。

表4 2030年早高峰長江隧道雙向流量（單位：pcu/h）

3 結語

本文對基于OD反推技術的城市新建高等級道路交通量預測方法進行了研究，并結合鎮江市長江隧道交通量預測對該方法進行了應用，主要結論有以下兩點。

（1）基于OD 反推技術的城市新建高等級道路交通量預測方法相對于傳統“四階段”法具有省時、省錢、高效的優點，可在較短時間內提供具有一定精度的交通量預測值，在初期決策階段為規劃方案提供數據支撐。

（2）該方法預測精度仍然有限，預測精度受項目周邊用地性質的變化影響較大，適用于項目建設近期交通量預測，對遠期用地性質變化較大的區域適用性相對較差。

[1] 王煒，徐吉謙，楊濤，等.城市交通規劃理論及其應用[M].南京：東南大學出版社，1995.

[2] 張剛.OD 矩陣反推技術在交通量預測中的應用[J].交通科技，2010（2）：109-111.

[3] 戴繼峰，趙延峰.機動車流路段阻抗函數參數標定與校核方法研究[J].城市交通，2007，5（1）：41-45，55.

[4] 陸化普.交通規劃理論與方法[M].北京：清華大學出版社，1998.

[5] 盧佳斌.“OD 反推”技術在城市交通需求預測中的應用研究[D].廣州：華南理工大學，2011.

[6] 姚宏偉.TransCAD 軟件在高速公路交通量預測中的應用[J].沈陽工程學院學報：自然科學版，2005，1（4）：64-66.