第37卷 第1期 2013年2月 武汉理工大学学报(交通科学与工程版) Journal of Wuhan University of Technology (Transportation Science&Engineering) Vol_37 No.1 Feb.2013 基于四阶段法的鹦鹉洲长江大桥交通量预测 何 波 (武汉天兴洲道桥投资开发有限公司 武汉430011) 摘要:交通量预测是进行交通状况评价、综合分析建设项目必要性和可行性的前提和基础.结合武 汉市交通预测模型,采用四阶段模型预测法,对拟建武汉鹦鹉洲长江大桥进行交通流量预测,并对 鹦鹉洲长江大桥车道数规模和交通特征进行了分析. 关键词:四阶段模型法;交通量预测;车道数;交通特征 中图法分类号:U495 doi:10.3963/j.issn.2095—3844.2013.01.026 0 引 言 江流量由2003年的22万辆/d,增加至2008年的 30.3万辆/d,其中2008年有较大幅度增长,较 2007年增长8.2 .中心区的2座过江桥梁长江 大桥和长江二桥长期超负荷运行,长江大桥由于 采取了单双号通行的限制措施,交通量长期保持 武汉是一个典型的滨江城市,三镇鼎立、两岸 均衡发展的格局导致长期以来过江交通一直是城 市交通的首要问题,也是制约武汉市发展的一个 重要因素.新~轮《武汉市城市总体规划(2006~ 2020年)》提出,在武汉都市发展区范围内构建 在8.5万~9.5万辆之间,平均每车道承担交通 量2.3万辆.长江二桥流量增长迅速,从2000年 的每日不到6万辆迅速增长到2008年的13万辆 “四环十八射”快速路骨架系统,形成“环网结合、 轴向放射”的城市快速路体系,强化长江两岸沿江 快速通道建设.为缓解中心城区过江交通压力,建 设鹦鹉洲过江通道迫在眉睫. 本文以拟建武汉鹦鹉洲长江大桥为对象,采 用国际通用的“四阶段”预测模型,使用国际先进 的交通规划软件EMME/3,对其未来交通流量进 行预测分析,为桥梁建设项目评价、桥梁技术经济 以上,最高峰时达到了14万辆,平均每车道承担 交通量2.3万辆.通过对长江二桥持续的流量观 测,长江二桥全天和全周都不存在明显的波峰和 波谷特征,通行的全时段都是高位超负荷运行.2 座中心区桥梁交通量已经远远超出设计通行能 力,处于严重的超负荷运行状态,急需新的过江通 道来分担过江交通压力. 评价和桥梁两岸疏解方案提供依据. 鹦鹉洲长江大桥是新一轮城市总体规划中新增 的一条过江通道,是城市二环线的重要组成部分,其 1 工程概况 目前,武汉市主城区长江上现有5条通道,分 别为武汉长江大桥、武汉长江二桥、白沙洲长江大 距长江大桥约2.0 km,距规划的杨泗港过江通道约 3.2 km,距白沙洲长江大桥约6.3 km,距轨道交通4 号线过江段约0.5 km,设计车速60 km/h,双向8车 道.两岸接线工程采用全程主线高架加地面道路 形式,汉阳岸设交江堤立交、墨水湖立交与墨水湖 桥、青岛路长江隧道和天兴洲大桥,共有过江车道 26条.近年来,过江交通总量逐年上升,且分布极 不均衡,过江交通矛盾主要集中在中心城区,过长 北路相接;武昌岸在津水路附近设梅家山立交(三 期)与雄楚大道相接,工程主线全长9 181m. 收稿日期:2012—11-15 何波(1975一):男,博士,高工,主要研究领域为桥梁建设管理 ・ l 1 2 ・ 武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 201 3年第37卷 2 交通流量预测方法 交通量预测是进行交通状况评价、综合分析 建设项目必要性和可行性的前提和基础,也是确 定公路建设项目的技术等级、工程规模以及经济 评价的主要依据和决定公路项目效益的核心内容 之一.其根据历史的、现状的、未来的经济发展水 平和交通状况与特征,预测未来的交通流量,预测 的水平和质量将直接影响到项目决策方案的科学 性和合理性’ 。. 国内外一般采用的以集合分析思想为指导, 包含各类预测方法和模型在内的四阶段预测法来 进行交通需求预测.四阶段法以1962年美国芝加 哥市发表的((Chicago Area Transportation Study})为 标志,之后逐渐演变成了交通发生、交通分布、交 通方式划分和交通分配4个步骤,将现状的地区 社会经济资料,现状的地区交通出行资料,按照地 区经济的增长趋势及目标,利用预测方法推导出 未来的地区出行需求,再将未来各个交通区的交 通发 与吸引总量进行地区问的空间分布预测, 求得区与区之间的出行,再通过交通方式选择模 ,求得各种交通方式的分担量,最后将所有的出 行需求分配到路网上,并以此配合道路网规划,检 验现有道路网的负荷,为区域道路网的规划提供 科学的依据 ,其武汉市交通预测模型结构及功 能见图1. 出行生成预测 — 交 出行分布预测 —+ 通 方式选择预测 — 模 型 I出行分配预测 I — 1 武汉市交通预测模型结构及功能 2.1交通预测模型 武汉市的模型由客流模型和车辆模型组成, 即模型是在人员出行调查和车辆出行调查的基础 上分别建立的,车辆模型与客流模型之间的相互 联系紧密,由人员出行方式划分所得的客车(泛指 客车、出租车、摩托车等)方式总量,决定车辆生成 总量. 根据交通预测“四步骤”理论,预测模型包括 出行生成模型、出行分布模型、方式划分模型和交 通分配模型四部分.由于人和货物的移动主要通 过车辆来进行,机动车是道路的主要使用者,其出 行情况与城市经济发展和土地利用息息相关,因 此客车的生成总量受人员方式划分中客车方式总 量制约,车辆出行分布规律可依照车辆模型而来. 这样,机动车出行模型分为机动车生成模型、机动 车分布模型、机动车分配模型3大块. 2.1.1 机动车生成模型 该预测模型是在1998 年综合交通调查数据基础上,基于EMME/3软 件平台建立的,之后经过多次小样本调查和出租 车、白行车和武汉市对外交通集散点客流抽样问 询调查,将主城划分为429个交通小区,外围组团 划分为282个交通小区,按照武汉三镇、7个片 区、4类用地采用交叉分类方法生成交通量. 2.1.2机动车分布模型 出行分布是指交通分 区之间的出行交换,任意2个交通分区之间的出 行分布量与这2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,对武汉市内车辆选用了重力 模型,出入口采用了增长系数法.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 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2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: 式中:T 为i区到 区出行量;P 为i区发生量; A 为J区的吸引量 t为i区到J区的出行阻抗; F(t )为摩阻函数,用r函数表示. 模型校核:与居民客流分布模型相比,本次机 动车分布模型校核主要看计算OD值与调查OD 值频率分布和平均出行长度,平均出行时间校核 结果、计算OD值与调查OD值拟合的拟合曲线 见表1和图2.从图2中可见,机动车分布模型符 合要求. 表1 平均出行时间校核结果 2.1.3机动车分配模型 1)机动车分配算法 在已知全部的出行的 起点和终点的情况下,便可利用机动车分配模型 在路网上得出各路段和路口的交通流量,同时还 可以得到行程车速和交通延误的数值,并计算得 第1期 何波:基于四阶段法的鹦鹉洲长江大桥交通量预测 ・l13・ 铎\咖阁 8 6 4 2 O 8 6 4 2 咖 ∞∞∞∞∞∞∞∞∞0 咖咖㈣ 0 a)客车拟合曲线图 0oO 000 薜 000 \ 000 啦《 000 咧 000 000 000 0 b)货车拟合曲线图 O.3O 0.25 静0.20 0.15 0.1O O.O5 O t/min c)出租车拟合曲线图 图2机动车拟合曲线图 出道路的v/c.这些成果往往是人们进行交通预 测所需要的最后成果,是进行交通分析和方案评 价所需要的指标,因此交通分配模型是交通预测 模型中最关键的一部分.本次交通分配模型建立 在EMME/3上,采用平衡分配法. 2)路阻和延误函数 在确定了交通分配算 法后,在路网上对OD矩阵进行分配时首先需要 计算路径的阻抗,即路阻.武汉市的路阻综合考虑 了时间、距离、费用等阻抗,将之称为“综合阻抗”. 由于时间阻抗最为常用,将距离阻抗和费用阻抗 按一定的当量折算成为时间阻抗.同时,认为距离 阻抗和费用阻抗在一个路段上是常数,不随流量 的变化而变化,因此在时间延误函数后加上两个 固定项,将之变成综合阻抗函数.武汉市机动车分 配模型中的综合阻抗如下式: Tc—T +TD+Tp—T +MDL+MFF 式中:T。为综合阻抗;T 为行程时间;TD为行程 距离阻抗;Tp为费用阻抗;L为行程距离;F为通 行收费;MD为时间/距离换算系数. 3)机动车分配过程在确定了分配算法、延 误函数、基本路网和车辆分布OD矩阵以后,就可 以进行交通分配,通过以下几个步骤完成:(1)非 机动车的交通分配.考虑到非机动车在道路上行 驶具有很强的灵活性,且对机动车有一定的影响, 因此先分配非机动车的流量.先在路段属性中将 非机动车延误函数代码提取出来,并将延误函数 集调入,再调用车辆OD矩阵,然后根据系统提供 的平衡分配方法进行分配;(2)公交车的交通流 量计算.由于公交车是定线行驶,在道路上的行驶 不受最短路径的影响,只与发车间隔有关,因此可 通过计算来确定公交车在道路上的流量;(3)机 动车的交通分配.主要通过多车种同时分配及单 车种分配方式完成.多车种同时分配方式为设定 所有车种在道路上的通行权相同,各车种同时分 到路网上.单车种分配方式,是将车辆OD逐一分 配道路网上,先分配的车种优先通行,后分配的车 种通行权越来越小.武汉市采取的是先分客车、后 分货车的方法.分配过程与非机动车的分配过程 类似;(4)分配模型校核.将现状机动车OD矩阵 模拟分配到现状路网上,并用现状道路交通流量 观测值进行校核,以各条校核线总量来校核OD 矩阵,以具体道路断面的流量来校核分配程序,特 别是检验路段延误函数设置的正确与否. 2.2预测前提 对于交通流量预测,假设前提条件不同,会导 致车流预测结果不同.按照武汉市委十一届五次 全会和《中共武汉市委武汉市人民政府关于围绕 “两型社会”建设、完善城市管理体制的若干意 见》,通过对武汉市经济发展水平、道路网络、人口 岗位规模与分布、过江通道的规划与管理、公共交 通、机动车拥有量、交通政策等方面的研究,得出 鹦鹉洲长江大桥交通流量预测假设前提总指标如 表2所列. 3 预测结果 3.1 鹦鹉洲大桥车道数分析 结合交通预测模型,在2015年主城区建成长 江大桥、长江二桥、鹦鹉洲长江大桥、二七路长江 大桥、青岛路过江隧道、天兴洲长江大桥和白沙洲 长江大桥,2020年前建成杨泗港过江通道, 2035年建成黄家湖过江通道的前提下,对鹦鹉洲 长江大桥6车道和8车道及武汉市其他过江通道 2015年、2020年及2035年的交通流量进行预测, 预测的结果如表3所列. 对比201 5年、2020年和203 5年3个年份流 ・ 114 ・ 武汉理工大学学报(交通科学与工程版) 2013年第37卷 表2鹦鹉洲长江大桥交通流量预测前提 项目 年份 车道的标准进行建设,2015年Et交通量将达到 7.4万辆,2020年达到7.7万辆,2035年达到9.8 万辆.若鹦鹉洲长江大桥按照双向8车道的标准 GDP/亿元 主城人口/TY人全市人口/TY人3 960 440 897 10 000 16 696 476 1 O62 724 77 190 533 11 42 190 590 1 600 1 183 90 350 864 4 502 1 18O 841 84 240 58O 7.50 进行建设,2020年日交通量达到9万辆,2020年 达到9.5万辆,2035年达到11.4万辆,相比于6 都市发展区出行人口/万人 城镇化水平/ 流动人口/7/人 560 66 120 车道方案,8车道方案中的所有其余过江通道的 交通压力均有所缓解,能够更有效的缓解中心城 区过江交通压力,同时对均衡各条过江通道的交 通压力作用更加有效. 因此,鹦鹉洲长江大桥采取6车道或8车道 均能有效缓解中心城区过江交通压力,但设置8 车道比设置6车道更能缓解中心城区的过江交通 压力. 研究区域就业岗位/7i 实际人均GDP增长/ 466 全市机动车拥有量/万辆 道路网络 公共交通网络/条 El过江交通量/万车次 8O 144~ 179 190~ 25O 350~ 400 三环 四环 四环 十三射224 30 十八射十八射 中心区小汽车的使用(对 比2006年中心区增长)/ 轨道票价/元 公交票价/元 间 , 一 3.2各年鹦鹉洲通道过江流量 结合特征年鹦鹉洲长江大桥交通流量预测和 2 0.39 1.5/2.0 1.5~5 1.5~5 1.5~5 1.o/2.0 1.o/z.0 o.2 0.64 流量增长规律,按照鹦鹉洲长江大桥8车道设置、 杨泗港过江通道于2020年前建成通车进行分年 度预测,得出2014 ̄2035年鹦鹉洲长江大桥各年 交通流量,结果如表4所列. 万辆/d 长江二桥 6车道10.6 11.3 VoT)/ ) 15 0.28 (兀・I1"1113 量预测分析结果,若鹦鹉洲长江大桥按照双向6 黄家湖通道 … 表3 鹦鹉洲长江大桥6、8车道交通预测表 白沙洲大桥 6车道7.1 6.7 杨泗港通道 6车道8车道鹦鹉洲通道 6车道7.4 长江大桥 6车道8.2 8.6 青岛路隧道 6车道6.3 7.2 二七大桥 6车道6.2 9.1 天兴洲大桥 6车道3.6 5.6 6车道8车道8车道6.6 6.5 8车道9 9.5 8车道7.8 8.5 8车道6.3 7.1 8车道10.6 11.2 8车道6.2 9 8车道 3.6 5.5 201 5 2020 8.4 7.7 7.7 2035 5.2 5 9.2 8.9 10.5 10.1 9.8 11.4 9.4 9.2 7.9 7.7 13.4 l3.3 ll_1 11.1 7.9 7.9 表4鹦鹉洲长江大桥交通预测流量表 年份 流量/(辆・d ) 2O14 2O15 2O16 2O17 2O18 2O19 年份 流量/(辆・d ) 2025 2O26 2027 2028 2O29 2030 87 000 90 000 93 000 96 000 85 000 90 000 101 333 1O2 600 1O3 867 1O5 133 106 400 107 667 2O2O 2021 2O22 2O23 95 000 96 267 97 533 98 800 2O31 2032 2O33 2034 1O8 933 11O 2O0 111 467 112 733 图3 2020年鹦鹉洲长江大桥交通吸引范围图 鹦鹉大道和拦江堤路进行疏散,武昌岸则主要通 2024 100 O67 2035 114 000 过二环线上的梅家山立交、雄楚大街、复兴路以及 武咸公路进行疏散.从鹦鹉洲长江大桥引发流量 的主流向分析来看,主流向通过二环线上的墨水 3.3鹦鹉洲通道过江通道交通特征分析 为了准确把握鹦鹉洲长江大桥引发交通流量 的特征,本文对了鹦鹉洲长江大桥交通吸引范围 进行了预测分析,得出2020年鹦鹉洲长江大桥交 通吸引范围图,见图3. 湖北路、梅子路立交、月湖桥、梅家山立交进行疏 散;这切合了鹦鹉洲长江大桥作为二环线上一座 重要过江通道的功能定位. 3.4鹦鹉洲大桥车种构成比例预测分析 根据交通分配的结果,假定鹦鹉洲长江大桥 不限制任何车种的通行,统计得到2020年鹦鹉洲 从预测的结果来看,鹦鹉洲长江大桥在汉阳 岸主要通过一环线上的梅子路立交、墨水湖北路、 第1期 何波:基于四阶段法的鹦鹉洲长江大桥交通量预测 长江大桥车辆交通车种构成如表5所列.从车种 的构成看出,鹦鹉洲长江大桥的车种以客运为主、 江桥梁在造价上差别不明显等因素,建议鹦鹉洲 长江大桥采取8车道建设标准为宜. 参考文献 货运为辅,客运交通占总流量的6o%以上.(由于 城市道路交通车种的构成与交通政策、交通管理 措施等因素紧密相关,因此,本车种预测的结果仅 供参考). 表5 鹦鹉洲长江大桥车辆的车种构成 [1]盖春英,裴玉龙.基于公路网的路段交通量预测方 法研究EJ].公路交通科技,2002,19(1):76—79. 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Key words:four stages model;forecast of traffic volume;the number of lanes;traffic characteristics