基于动态车速的高速公路拥堵识别及对策探析.pdf

19交通科技与管理智慧交通与应用技术0引言改革开放以来，广东省高速公路建设迅速发展，取得了显著成绩。至 2020 年底，广东全省高速公路通车里程达 10 488 km，位居全国第一1，创下了高速公路建设的“广东速度”。随着经济社会持续快速发展、新型城镇化和工业化稳步推进、人民生活水平不断提高，交通运输需求尤其是以小汽车出行为代表的公路运输需求持续迅猛增长，我省高速公路发展适应性问题由总规模不足、大通道薄弱为主，向珠三角核心都市圈主要环线和部分干线交通承载功能复杂（疏导、组织和转换重叠等）导致总体通行能力不足、至粤东西北地区通道可靠性不高、部分路线衔接不畅为主转变2。目前，研究高速公路拥堵主要以联网收费数据为主，通过静态交通分配再现运行状态，但因节假日小客车高速免费，收费流水数据不完全，同时宏观交通模型分配路径与实际有所偏差，无法真实反映路网运行状态。因此，该文主要以动态实时数据为基础，在微观层面对交通运行的不适应进行分析，精准甄别实际拥堵路段，挖掘交通拥堵形成的原因，在此基础上提出切实可行的路网疏堵保畅策略，以此提升高速公路的运行效率，为未来的路网规划及节点的组织管理提供科学的决策依据。1数据说明1.1数据源基本情况采集的车速数据包括各路段编码、路段类型、所在城市编码、自由流车速和全天 24 h 每 1 h 的车速数据，具体如表 1 所示。该次分析共使用了 2020 年共 105 d 的高速公路车速数据，其中 3 月 22 d，4 月 30 d，5 月 20 d，6 月 18 d，7 月 15 d。1.2相关定义（1）自由流车速：高德车速数据识别的夜间车速。（2）日均拥堵小时：统计数据拥堵路段拥堵小时总数/统计数据天数。（3）拥堵指数3-4：旅行时间与自由流旅行时间比值，计算公式如下：（1）式中，Rkt 路段 k 在时刻 t 的拥堵指数；lk路段 k 的长度；vkt 路段 k 在时刻 t 的实际行驶速度；vkd 路段 k 的自由流速度。（4）拥堵路段5：拥堵指数大于 3 的路段（拥堵指数小于 2 为畅通，23 为缓行，34 为拥挤，大于 4 为严重拥挤）。（5）时间界定：工作日指正常上班的周一至周五，周末为周六和周日，节假日为国家法定的小长假，统计期内包含清明节、劳动节、端午节。2非拥堵状态最大车速识别将车速映射到路网中，识别广东省域高速公路网非拥挤状态6-8下的最大车速。约 8.9%的路段最大车速低于 80 km/h，主要为广州、深圳境内高速公路；约 30%高速公路最大车速达到 100 km/h 以上，大多分布在粤西地区。约 25%的高速公路车速在 90 km/h 以下，该部分路段长期长时段处于低速运行状态，已基本丧失高速通收稿日期：2023-09-05作者简介：欧阳喜军（1988）,男,硕士,工程师,研究方向：交通运输规划与管理、交通经济等。基于动态车速的高速公路拥堵识别及对策探析欧阳喜军,金双泉（广东省交通运输规划研究中心,广东 广州 510101）摘要高速公路作为综合运输大通道的重要组成部分，对经济社会发展和综合运输体系建设具有支撑和促进作用，也是改善民众出行质量的重要载体。然而，近年来高速公路规模持续扩大，交通流量迅猛发展，一些节点和路段常态化拥堵现象严重，成为限制整个区域路网运行效率的瓶颈。文章基于动态车速数据对广东省高速拥堵路段进行甄别，从车速、拥堵次数、拥堵时空分布等方面深入挖掘路段平常日及特殊节假日的运行特征，以明晰交通拥堵形成的原因，并提出切实可行的路网疏堵保畅策略，以此提升全省高速公路供给能力与运行效率，为路网规划及组织管理提供合理的决策依据。关键词高速公路；常发性拥堵；拥堵识别；时空分布；疏堵保畅 中图分类号U491.1文献标识码A文章编号2096-8949（2023）19-0019-03表 1采集数据示意表城市编码 路段编码路段名称行驶方向 路段长度/km自由流速度 V/(km/h)V0/(km/h)V1/(km/h)V24/(km/h)441 3001 030 842S20 潮莞高速由东向西93.806104.350 297.329 393.474110.2682023 年第 4 卷第 19 期20交通科技与管理智慧交通与应用技术行功能，这种高速公路不高速的问题需要在高速公路优化规划中予以重点考虑。3路网拥堵特征分析3.1拥堵次数分析在研究的 105 d 时间里，发生过拥堵的路段共有 320处，拥堵次数 6 508 次，日均拥堵 62 次。从单日的拥堵次数来看，特殊节假日拥堵较为明显，最大单日拥堵次数达到 450 次以上，平常日拥堵次数在 100 次以内。从出现过的拥堵路段数来看，单日最大出现拥堵路段数接近 90 段，主要为节假日期间，平常日单日拥堵路段数约为 20 处左右。从出现过的 320 个拥堵路段的日均拥堵次数（按拥堵天数平均）来看，27.8%的路段日均拥堵 1 次，27.5%路段日均拥堵两次，此外日均拥堵次数超过 3 次的也达到了27.5%，其中14.1%路段日均拥堵次数超过5次，呈现全日反复拥堵的状态。3.2拥堵时空分布从拥堵时间分布9上来看，工作日呈现明显的“双峰”特征，周末上午峰值“压扁拉长”，中午出现拥堵的小高峰，这与工作日和周末交通流量时间分布特征基本一致，表明流量越大，拥堵越容易出现；节假日下午拥堵时段长，且在夜间也会出现局部的拥堵。从拥堵路段在城市分布来看，工作日广州市内高速公路拥堵路段占比最多，达到全省的 41.5%，其次为东莞市和深圳市，分别占 22.6%和 15.1%；周末除了广州、深圳、东莞、佛山等城市外，惠州、肇庆等旅游城市高速公路也呈现一定的拥堵；节假日除珠三角核心城市外，珠三角其他城市高速公路均出现一定的拥堵路段。各市拥堵路段占比分布见图 1。4拥堵路段识别分析根据动态数据，将拥堵指数大于等于 3 的路段定义为拥堵路段10-11，将工作日和周末归纳为平常日（共7 d），清明、五一归纳为特殊节假日（共 6 d），按两种情况统计分析拥堵路段情况。4.1平常日拥堵路段分析通过分析，平常日高速公路出现过拥堵的路段共计36 处，主要集中在广州、深圳市内高速公路，以及广佛、广莞深、深惠等主要城市联系通道上。拥堵路中，90%天数均出现拥堵的 3 处，接近 30%天数以上出现过拥堵的路段 17 处，其余 19 处为出现过拥堵的天数占统计天数的 15%以内。从拥堵路段指数来看，潮莞高速（湖心立交以东段）虽仅出现过一次拥堵，但拥堵指数最高，达到 9.4 表明该次拥堵非常严重；沈海高速广州支线（S81 广州环城高速西侧）、莞佛高速（G4 京港澳高速西侧）、广州环城高速（沙贝立交）、珠三角环线高速（G94 珠三角环线高速出口至 G9411 莞佛高速出口）、沈海高速（巴江河特大桥段）等路段均是拥堵次数较多且拥堵指数较大路段。拥堵路段的天数占比及平均拥堵指数情况（部分）见表 2。表 2平常日拥堵路段一览表（部分）序号拥堵路段统计期内拥堵天数占比/%平均拥堵指数1S15 沈海高速广州支线（S81 广州环城高速西侧）996.50 2S15 沈海高速广州支线（广清立交至沙贝立交）99 4.25 3G15 沈海高速（福民收费站）99 3.87 4G9411 莞佛高速（G4 京港澳高速西侧）86 6.00 5S25 长深高速惠州支线（G25 长深高速至 205 国道）71 3.57 6S81 广州环城高速（沙贝立交）57 5.62 7G9411 莞佛高速（虎门大桥）57 3.73 8G94 珠三角环线高速（G94 珠三角环线高速出口至 G9411 莞佛高速出口）29 6.91 9G15 沈海高速（巴江河特大桥段）29 5.77 10G4 京港澳高速（望牛墩立交至长安立交）29 5.114.2节假日拥堵路段分析清明和五一共 6 d 节假日中，全省共有 167 个高速公路路段出行过交通拥堵，其中 6 d 均拥堵路段 2 处，5 d 均拥堵路段 4 处，4 d 拥堵路段 8 处，3 d 拥堵路段 17处，2 d拥堵路段40处。节假日拥堵2 d以上路段情况（部分）具体见表 3。图 1各城市拥堵占比分布图5主要结论根据前述平常日和节假日拥堵点的分析，主要结论如下：通过提取最大车速分析，广珠西线高速（南环高速以南段）、广州环城高速沙贝立交段、华南快速、长深高速（水官高速以南段）、莞佛高速（广深沿江高速两侧段）、广州南环高速、广澳高速珠海支线、清平高速、广清高速连接线等路段非拥挤状态下最大车速较低，长期长时段处于21交通科技与管理智慧交通与应用技术表 3节假日拥堵 2 d 以上路段一览表（部分）序号拥堵路段统计期内拥堵天数/d平均拥堵指数1G15 沈海高速（G25 长深高速东侧）65.282S303 华南快速（S15 沈海高速广州支线北侧）66.843S15 沈海高速广州支线（S81 广州环城高速西侧）55.724S15 沈海高速广州支线（广清立交至沙贝立交）53.895G15 沈海高速（福民收费站）53.896G55 二广高速（北江特大桥段）54.677G15 沈海高速（汕尾段）45.478G4E 武深高速（沥林西立交以北段）46.209G94 珠三角环线高速（G94 珠三角环线高速出口至 G9411 莞佛高速出口）48.5110G15沈海高速（鹤洲立交至龙岗收费站段）44.22低速运行状态，这表明网络已经处于满负荷运行状态，需要在网络规划中予以重点考虑。通过拥堵指数数据分析，S15沈海高速广州支线（S81广州环城高速西侧）、S15 沈海高速广州支线（广清立交至沙贝立交）、G15 沈海高速（福民收费站）、S25 长深高速惠州支线（G25 长深高速至 205 国道）、S81 广州环城高速（沙贝立交）、G9411 莞佛高速（虎门大桥）、G55 二广高速（北江特大桥段）等路段常发交通拥堵，应加强上述路段的交通改善及交通疏导工作（其中节假日拥堵路段可采取临时交通引导措施）。同时，结合全省高速公路交通运行状况，发现主要呈现以下五个方面特征。（1）易堵节点集中，影响范围较广。从全省高速路网拥堵区域来看，拥堵主要集中在广深莞佛等珠三角核心区域城市的主要路段。（2）珠江口东西两岸交通需求旺盛，过江通道不足导致的瓶颈现象较为严重。（3）高速出行距离呈现中短距离为主，由于城市圈（如广佛同城化）的形成，通勤占比较大，城际间的“候鸟”现象尤为明显，造成跨城主要路段（如北环高速）拥堵现象较为突出。（4）假日流量激增，进出城（跨省）路段普遍存在拥堵。其中，出城拥堵路段主要集中在以广州、深圳为中心及各片区出省通道；返程拥堵主要集中在广州、深圳、珠海、中山、东莞等周边路段。（5）部分高速“市政化”现象凸显。高快速路临近主城区路段，在承担对外交通和过境交通同时，也越来越多地承担起城市交通功能，各种交通流相互交织，部分节点与城市道路衔接不畅，城市主干道交通拥挤问题蔓延至高快速主线12，严重影响路网整体效率。比如广州的机场高速、深圳的机荷高速等。6拥堵治理策略高速公路拥堵成因主要有交通需求和供给矛盾逐步加剧、流量分布不均衡、高速路网不健全、已建过江通道数量较少及整体通行能力无法满足节假日大流量通行需求等。目前全省高速公路车流量大，珠三角范围高速公路车流总量约为广东全省的 85%，人均高速公路客车流量约为全国平均水平的 4 倍，路网运行压力大，稳定性不强，尤其在节假日高峰期易堵路段较多。基于此，该研究主要通过交通供给侧改革与出行需求侧管理相结合，围绕路网断面通行能力最大化、路网流量均衡最大化及道路隐患治理最大化三大目标给出治理策略。（1）设施改善策略：主要从增加高速公路供给方面进行考虑，具体措施有高速扩容、通道加密、网络优化、服务区改造、道路提速、车道加宽以及标志优化。（2）交通管理策略：主要包括路网诱导分流、客货错峰出行、交通渠化管理、主线流量控制、可变限速管理、潮汐借道行驶、货车车道管控、应急车道借用、共乘车辆管理以及高普联动管理。（3）运行管理策略：包括信息发布、事故快处、快速养护、自动收费、价格调节和智能交通管理。参考文献1 广东省高速公路网规划 Z.广州：广东省交通运输厅,2019.2 金双泉.广东省高速公路节假日交通拥堵研究 J.综合运输,2022(8):149-155.3 孙士宏,宋国华,孙建平,等.基于路网在途车辆数的拥堵指数短期预测 J.交通运输工程与信息学报,2021(23):1-13.4 王佳瑾,赵多平.基于高德导航数据的银川市交通拥堵时空特征及疏导对策 J.经济研究导刊,2022(6):52-54.5 杜浛.基于拥堵指数的上海市交通运行影响因素分析J.交通与运输,2021(4):66-70.6Dowling R.,Skabardonis A.,Carroll M.,et al.MethodologyforMeasuringRecurrentandNonrecurrentTrafficCongestion J.Transportation Research Records,2004,Vol.1867:60-68.7Yang Q,Yue Z,Chen R,et al.Real-time detection of trafficcongestionbasedontrajectorydataJ.TheJournalofEngineering,2019(11):872.8 池楚生,郑淑鉴.综合速度及流量数据评价交通运行状态的方法研究 J.广东公安科技,2021(1):35-38+60.9 李佳慧.基于态势地图的城市道路运行状态时空演变特性分析 D.重庆：重庆交通大学,2021.10 赵坡,吴戈,王翔,等.基于数据驱动的城市快速路段拥堵状态辨识及诱导对象选择方法 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