經開至漢南一體化交通項目規劃交通量預測

丁 英

(中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，湖北 武漢 432000)

近年隨著產業結構的調整，城鎮空間整合力度不斷加強，產業發展、綜合交通、公共服務、城鄉空間、生態景觀和市政設施一體化的積極推進，區域綜合服務功能與核心競爭力的不斷提升。綜合交通運輸體系建設作為發展過程中的重要抓手也備受行業重視，而路網交通量的預測更是片區規劃及設計的首要任務。目前已有諸多學者對各種路網交通量預測進行了研究，趙磊娜[1]提出了一種利用時變經驗模態分解的主干道短時交通量預測的混合預測模型，并通過對比經驗模態分解與最小二乘支持向量機模型，驗證了混合預測模型更加適合交通流預測；孫朝云[2]對粒子群算法的拓撲結構關系進行了優化，針對高速公路服務區交通量提出了一種基于改進粒子群算法和XGBoost融合的交通量預測模型；李松江[3]為解決傳統交通量預測不能拓展至區域網絡的問題，提出了一種基于時空相關性多任務神經網絡的交通量預測模型；黃明芳[4]以福州連江縣文筆路與敖江北路的交叉路口的交通量為研究背景，提出了一種基于小波神經網絡的短時交通量預測模型。基于現有研究成果，以武漢市經濟開發區龍靈山路網系統為研究背景，對其交通量的分布及預測進行了研究，為后期路網改造設計提供理論支撐依據。

1 項目概況

武漢經開區和漢南區作為一個整體，統籌安排產業、居住、服務等各項用地，形成職住相對均衡、功能相對完善、產城互為補充的現代化綜合新城。按照“十三五”規劃綜合交通運輸體系建設，兩區之間現狀路網存在問題：(1)快速化射線密度較少(東風高架、漢洪高速)；(2)橫向環線為收費通道(四環、外環)。為實現兩區一體化，需進一步完善現狀路網系統。

本項目位于武漢市經濟開發區龍靈山附近，包含全力三路地面層改造及利用全力二路路徑設高架對接東風大道高架，具體為全力三路(后官湖大道至龍靈大道)地面改造及新增3處下穿通道、3座景觀天橋和新增全力二路(東風大道至全力三路)高架及對接東風大道高架互通。

2 交通量預測

2.1 現狀交通量及技術評價

(1)路段交通量

路段交通量包括現狀主要道路及匝道交通量數據，數據來源包括人工交通調查、大數據挖掘以及其他項目交通專項成果。現狀區域內主要道路交通整體運行狀況較好，但部分匝道交通壓力大，高峰時段出行擁堵。東風大道高架及地面車流量高峰小時4 500輛，車流量相對集中，其余道路交通流量較小，服務水平多為A(B)、C級。全力一路上下東風大道高架橋匝道高峰時段交通量較大，下橋匝道服務水平最低至E級。具體各研究區域主要道路交通量一覽表如表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線主要道路交叉口不同流向交通量，數據來源主要通過人工交通調查獲取。從交叉口現狀流量來看，各交叉口的運行壓力較小，整體服務水平較好，但各交叉口不同方向流量分布不均。

表1 研究區域主要道路交通量

表2 全力三路沿線主要交叉口交通量統計表

(3)技術評價

①區域內各主要道路交通整體運行狀況較好，但路網中局部交叉口、匝道等在高峰時段易形成交通瓶頸，引發短時性交通擁堵。

②東風大道地面層受沿線交叉口影響，交通運行存在一定的延誤；高架層受沿線上下匝道的影響，高峰時段易形成匯入匯出的瓶頸擁堵現象。江城大道整體運行較為流暢，在三環線與太子湖大橋段，受沿線永旺夢樂城及交叉口影響，易發生交通擁堵。

③全力三路北接知音湖大道，與東風大道地面層相交，南通硃山路，是區域內橫向主通道之一。但其受有軌電車影響，部分路口交通組織困難。未來隨著交通量不斷增長，會形成節點瓶頸，制約路網整體的服務水平。

④在經開—漢南一體化發展的背景下，受現狀道路基礎設施的影響，目前尚未拉通沌口至紗帽的快速通道，一定程度上制約了片區之間的經貿互通，從長遠來看，不利于兩區經濟發展。

2.2 預測思路與方法

本項目在武漢市已有市域范圍交通大調查模型的基礎上，充分利用已有調查數據，并在現狀流量調查的基礎上，對漢南區交通模型進行細分校驗。采用四階段模型預測項目建設所產生的交通量。四階段模型指出行生成、出行分布、方式劃分及出行分配。

(1)出行生成模型(Generation)——出行產生的頻率和數量。

(2)出行分布模型(Distribution)——出行在城市空間的分布，借助TransCAD軟件輔助分析。

(3)方式劃分模型(Model Split)——出行中使用的交通工具的比例，借助TransCAD軟件輔助分析。

(4)分配模型(Assignment)——流量在網絡系統中的分布，借助TransCAD軟件輔助分析。

圖1 交通預測流程圖

2.3 交通生成量預測

本次出行生成模型的建立以武漢經濟開發區(漢南區)規劃用地性質及人口、崗位等基礎資料為前提，以武漢市交通調查歷史數據和交通預測模型為依托， 確定不同用地上的交通出行率， 計算出行生成量，獲得對象區域各個分區出行產生量和出行吸引量。武漢市通常采用類別交叉分類法分別建立車輛、居民出行的交通生成模型。通常模型如式(1)所示。

(1)

式中：Ti為i區出行的產生量(或吸引量)；rc為c類交叉分類的平均產生率或吸引率；qci為i區c類交叉分類的參數變量。

根據各特征年各交通小區的用地性質、用地規模、人口、經濟等相關規劃指標，預測不同特征年各交通小區的交通生成量。其中2022-2035年采用插入法和分類疊加方法，2041年由于無相關上位規劃支撐，采用趨勢外推法。具體如表3所示(表中P表示中區交通量的產生量，A表示中區交通量的吸引量)。

表3 研究范圍交通中區全日交通生成量統計表

2.4 交通分布預測

交通分布預測即根據道路網布局形態、土地利用性質等確定交通量在未來道路網上空間分布形式。任意兩個交通分區之間的出行分布量與這兩個分區各自的出行生成量和區間出行阻抗有關。分布預測即對各交通區之間及各交通區內部的出行量進行預測。常用的出行分布模型有增長系數模型、重力模型和機會模型等，根據武漢市實際情況，選用了重力模型。

重力模型：假定交通區i到交通區j的交通分布量與交通區i的交通產生量、交通區j的交通吸引量成正比，與交通區i和j之間的交通阻抗參數，如兩區間交通的距離、時間或費用等成反比。重力模型的基本形式如式(2)所示。

(2)

式中:Tij為i區到j區出行量；Pi為i區發生量；Aj為j區的吸引量；tij為i區到j區的出行阻抗；F(tij)為阻抗函數，通常有tij-α和e-βtij等形式，其中α，β為待定參數。出行阻抗tij可以采用區間距離、時間或由時間和費用構成的綜合出行成本。利用重力模型對各大區間的交通出行分布進行預測，武漢經濟開發區與漢南區交通聯系將更加緊密，交通量將呈現較大增長。

2.5 交通方式劃分預測

根據武漢市綜合交通規劃，武漢市規劃交通出行結構目標為“4+4+2”模式，即40%公交車，40%慢行交通，20%小汽車。考慮本項目處于武漢市新城區，軌道交通等公交供給水平與城區差異較大，可以判斷，規劃期末公交出行率將低于武漢市目標值，小汽車出行率將高于目標值。結合城市的功能特性以及經濟發展趨勢，采取“宏觀與微觀相結合，宏觀指導微觀”的預測思路，以規劃人口和工業用地性質為主要參數，結合城市客運交通結構的影響因素和漢南區城市交通發展策略，規劃年武漢經濟技術開發區(漢南區)交通方式劃分如表4所示。

表4 特征年居民各種出行方式的分擔比例

2.6 交通分配預測

(1)分配原則

根據不同的路網方案和擬定的特征年，本項目采用的分配方案如表5所示。

表5 交通分配方案一覽表

(2)分配方法

交通分配的關鍵是路徑選擇問題，即通過了解分析各OD對之間的交通出行在路網上的流動情況，把各交通小區間的OD出行量分配到具體路網上，本項目交通分配過程是選用TransCAD交通分析軟件的容量限制分配方法進行交通分配，路阻采用綜合道路交通狀況和收費情況的廣義費用函數，如式(3)所示。

(3)

式中：Ci為路段i的廣義費用；Ki為路段i的通行費用；φ為時間價值；α、β為參數；ti為路段i的自由流行駛時間；qi為路段i的交通量；Vi為路段i的通行能力。

3 交通量預測結果及分析

本項目位于經濟技術開發區內，作為開發區內部道路網組成部分，故設計高峰小時流量比取PHFt=0.125。考慮交通量分布的方向不均勻性，引入方向不均勻系數KD，由于項目位于武漢經濟技術開發區(漢南區)，高峰小時交通量多為上下班出行所引起，根據國內數據表明，上下班線路KD可取0.6～0.7。基于此，得到不同分配方案下路網交通量情況。

3.1 路段交通量預測結果

(1)無此項目時交通量預測結果

路段交通量預測結果顯示，全力三路高峰時段交通量整體較高，東風大道—硃山湖大道、硃山湖大道—全力南路段超過2 500 pcu/h，全力一路匝道交通量接近飽和狀態。

(2)有此項目時交通量預測結果

路段交通量預測結果顯示，新建全二高架后分流效果明顯，但高架與地面層匯流段交通量仍偏大。

3.2 交叉口交通量預測結果

(1)無此項目時交叉口流量預測結果

從全力三路與東風大道地面層交叉口全向交通量流向預測結果來看，通過交叉口的流量增長迅速，尤其以東風大道東進口直行、左轉、全力三路南出口、全力三路南進口右轉燈方向最為顯著。基于當前交叉口規模和交通組織形式，東風大道與全力三路流量轉換效率難以滿足中遠期轉向交通需求，將造成較為嚴重的擁堵和行車延誤。

表6 東風大道與全力三路路地面交叉口高峰小時交通量預測

表7 全力三路與硃山湖南路平叉口高峰小時交通量預測

(2)有此項目時交叉口流量預測結果

新建全力二路高架后，設置定向匝道與東風大道高架對接，可以實現東部市內方向、武漢西方向無阻礙進入全二高架，然后匯入全三，市內方向返程交通可經全二高架右轉直接進入東風大道，減少全力三路與東風大道地面交叉口的交通流入量。在保證交通服務水平良好的前提下，東風大道東進口左轉進全力二路高架匝道最高可通行交通量約1 300 pcu/h，東風大道西進口右轉進全力三路最高可通行交通量約750 pcu/h，全力二路高架右轉進東風大道匝道最高可通行交通量約1 300 pcu/h，可在一定程度上緩解全力三路與東風大道地面交叉口通行壓力。

表8 全力三路與龍靈大道平叉口高峰小時交通量預測

表9 東風大道與全力二路立交高峰小時交通量預測

從預測結果來看，新建全二高架定向匝道分流效果明顯，有效緩解了全力三路與東風大道地面交叉口的交通狀況。

表10 東風大道與全力三路地面交叉口高峰小時交通量預測

4 結 論

以“經開至漢南一體化”中新增橫向快捷通道：新增全力三路(全力二路高架)快捷通道為研究背景，對本區域路網結構交通量進行了預測，并對比了有無本項目路段及交叉口的交通量預測結果。由預測結果可知，有無本項目交通預測結果差異較大。無本項目時，全力三路整體服務水平下降速度較快，多處路段尤其以交叉口上下游出現交通擁堵。本項目的建設可有效改善全力三路乃至整個片區的交通狀況，路網建設方案和規模能夠較好適應交通需求的發展，對片區近中遠期發展具有積極作用。