王 磊，紀(jì)書錦，李星星，王 鶴

（鎮(zhèn)江市規(guī)劃設(shè)計研究院，江蘇 鎮(zhèn)江212001）

0 引言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，原有城市路網(wǎng)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(wǎng)調(diào)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(shè)數(shù)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(dān)著主要的交通流集散任務(wù)，它們的建設(shè)完成對于完善城市道路網(wǎng)絡(luò)、緩解城市擁堵具有較大的現(xiàn)實意義。但這些高等級城市道路的建設(shè)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(shè)期內(nèi)將對現(xiàn)狀交通的正常運行造成負(fù)面影響。因此，在規(guī)劃決策初期階段對道路規(guī)劃方案進行道路交通量預(yù)測是一項極為重要的工作，在2010年出版的《公路建設(shè)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(shè)可行性研究的重要內(nèi)容，是確定建設(shè)項目技術(shù)等級、工程設(shè)施規(guī)模以及經(jīng)濟評價的基礎(chǔ)”。

目前，新建道路交通量預(yù)測主要采用“四階段”法，該方法的基礎(chǔ)在于OD矩陣的獲得，該矩陣反映了區(qū)域交通流量、流向等特征[1]。一般獲取OD 矩陣采用的是大規(guī)模交通調(diào)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(xiàn)代交通理論的發(fā)展，OD 反推技術(shù)逐漸出現(xiàn)，該技術(shù)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(qū)現(xiàn)狀OD，相比傳統(tǒng)的OD調(diào)查方法，該方法具有數(shù)據(jù)可獲取性好、成本低廉等優(yōu)點[2]。本文以鎮(zhèn)江市長江隧道為例，對基于OD 反推技術(shù)的城市高等級道路交通量預(yù)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(yù)測提供借鑒。

1 長江隧道規(guī)劃方案簡介

鎮(zhèn)江市長江隧道規(guī)劃位于鎮(zhèn)江市北部區(qū)域，西起長江路，東至濱水路，總長約4 500m。隧道設(shè)計等級為城市主干道，雙向四車道，設(shè)計時速為60km/h，設(shè)計通行能力為5 000pcu/h。隧道設(shè)計采用雙孔單向設(shè)計，單孔寬度為10.2m，總寬度為21.4m，高7.9m，預(yù)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(guī)劃方案

圖2 長江隧道橫斷面（單位：m）

隧道建設(shè)主要達到以下3個目的：

（1）作為鎮(zhèn)江市北部區(qū)域重要分流通道，分流過境及景區(qū)到達交通；

（2）加強區(qū)域景區(qū)南北方向的慢行溝通；

（3）分擔(dān)長江路交通壓力，緩解老城區(qū)擁堵。

2 基于OD反推技術(shù)的交通量預(yù)測

由于進行OD調(diào)查所需時間較長，為了在較短時間內(nèi)對項目建設(shè)近、遠期交通量進行預(yù)測，本文運用OD 反推技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)代交通量統(tǒng)計手段（如感應(yīng)線圈）獲得各路段流量，繼而對隧道建設(shè)后交通量進行預(yù)測。

基于OD反推的交通量預(yù)測方法分為以下4個步驟：

（1）確定項目影響區(qū)域及研究道路現(xiàn)狀，包括通行能力、設(shè)計速度、現(xiàn)狀交通量等；

（2）反推現(xiàn)狀OD矩陣；

（3）預(yù)測目標(biāo)年OD矩陣；

（4）預(yù)測目標(biāo)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(shù)交通量預(yù)測流程

2.1 研究區(qū)域內(nèi)道路現(xiàn)狀

結(jié)合城市主干道合理間距及鎮(zhèn)江市實際情況，確定長江路隧道規(guī)劃方案1km范圍內(nèi)為影響區(qū)域，區(qū)域內(nèi)東西向道路為競爭道路，南北向道路為集散道路。據(jù)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(qū)域及道路示意圖

現(xiàn)狀區(qū)域內(nèi)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(xiàn)狀交通量見圖5，道路信息見表1。

圖5 研究區(qū)域內(nèi)道路現(xiàn)狀交通量（標(biāo)準(zhǔn)車）（單位：pcu/h）

表1 研究區(qū)域內(nèi)道路基本信息

2.2 現(xiàn)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(gòu)建現(xiàn)狀路網(wǎng)并劃分交通小區(qū)；

（2）構(gòu)建阻抗矩陣及種子矩陣；

（3）現(xiàn)狀OD矩陣反推。

2.2.1 路網(wǎng)構(gòu)建及小區(qū)劃分

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

圖6 道路網(wǎng)絡(luò)及交通小區(qū)

圖7 路段信息輸入

2.2.2 阻抗矩陣及種子矩陣構(gòu)建

阻抗是表示各交通小區(qū)間的出行阻礙大小的重要指標(biāo)，也是OD矩陣反推的重要參數(shù)[4]。阻抗矩陣采用多路徑計算法（Multiple Path），通過計算各質(zhì)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(jié)構(gòu)，高質(zhì)量的種子OD矩陣可以大大提高反推結(jié)果的精確度。由于出行者受交通小區(qū)間出行阻抗的影響，因此本文采用基于交通小區(qū)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(qū)i與j的出行量比重；tij為交通小區(qū)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(xiàn)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(tǒng)優(yōu)化法以及近年來出現(xiàn)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(jié)果更接近現(xiàn)實，最終反推獲得的現(xiàn)狀OD矩陣如圖11所示。

圖10 OD反推

2.3 新建道路交通量預(yù)測

新建道路交通量主要包括區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移交通量、區(qū)外轉(zhuǎn)移交通量兩個部分。區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移交通量是指正常發(fā)展情況下，區(qū)域內(nèi)交通需求自然增長后分配至新建道路的交通量。區(qū)外轉(zhuǎn)移交通量是指項目建設(shè)后，引起區(qū)域交通條件變化，從其他區(qū)域轉(zhuǎn)移至項目的交通量[7]。

2.3.1 區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移交通量預(yù)測

圖11 現(xiàn)狀OD矩陣

區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移交通量仍采用傳統(tǒng)“四階段法”進行預(yù)測。根據(jù)鎮(zhèn)江市相關(guān)規(guī)劃，隧道規(guī)劃建設(shè)初期，其周邊用地性質(zhì)并不會發(fā)生較大變化，路網(wǎng)調(diào)整也較小，因此本文采用增長率法預(yù)測未來小區(qū)出行增長，根據(jù)彈性系數(shù)確定小區(qū)2015 年—2020年出行總量年平均增長率為5.1%。

2.3.2 區(qū)外轉(zhuǎn)移交通量預(yù)測

區(qū)外轉(zhuǎn)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(shè)計規(guī)范》（CJJ 37—90）中新建道路設(shè)計小時交通量計算方法對該部分交通量進行預(yù)測。主要原因在于《規(guī)范》中提出的計算方法并不考慮道路競合關(guān)系，若項目新建完成后，研究區(qū)域內(nèi)交通量期望值應(yīng)等于原有道路交通量與新建道路設(shè)計交通量之和，因此本文認(rèn)為該部分交通量即為區(qū)外轉(zhuǎn)移交通量。考慮到轉(zhuǎn)移交通量分配與道路容量相關(guān)，本文利用新建道路與研究區(qū)域主要競爭道路通行能力作為分配權(quán)重進行配流，具體計算公式如下：

式中：qn為第n條道路轉(zhuǎn)移交通量（pcu/h）；Nd為新建道路設(shè)計年平均日交通量（pcu/d）；k為設(shè)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(zhì)相近的同類型道路的數(shù)值選用，不能取得時可采用11%；Cn為研究區(qū)域內(nèi)第n條道路設(shè)計通行能力（pcu/h）。

綜上分析，2020年長江隧道總預(yù)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(yù)測精度，本文采用該方法與傳統(tǒng)“四階段法”分別對2030 年長江隧道交通量進行預(yù)測。通過表3 及表4 可以發(fā)現(xiàn)“OD 反推法”預(yù)測的交通量與傳統(tǒng)“四階段法”預(yù)測值間還存在一定差值，主要原因有：（1）區(qū)內(nèi)轉(zhuǎn)移交通量預(yù)測方面，隨著遠期道路周邊用地性質(zhì)發(fā)生改變后，居民出行行為及小區(qū)發(fā)生吸引均會發(fā)生一定變化，該部分交通量預(yù)測存在一定誤差；（2）區(qū)外轉(zhuǎn)移交通量方面，由于鎮(zhèn)江市缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，k值為規(guī)范推薦值，并不完全符合實際現(xiàn)狀，因此該部分交通量預(yù)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(nèi)，其精度基本可滿足初期規(guī)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(zhèn)江市綜合交通規(guī)劃》（2015—2030），委托江蘇省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)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(jié)語

本文對基于OD反推技術(shù)的城市新建高等級道路交通量預(yù)測方法進行了研究，并結(jié)合鎮(zhèn)江市長江隧道交通量預(yù)測對該方法進行了應(yīng)用，主要結(jié)論有以下兩點。

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

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

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