基于OD反推技术的城市新建高等级道路交通量预测方法——以镇江市长江隧道为例

王 磊，纪书锦，李星星，王 鹤

（镇江市规划设计研究院，江苏 镇江212001）

0 引言

随着经济的快速发展，原有城市路网已无法承载快速增长的交通需求，交通供需矛盾日益凸显。为缓解城市拥堵，各城市已逐步开始新一轮的路网调整工作，高架、隧道类型的主干道或快速路级别的城市高等级道路建设数量不断增多。这些高等级道路一般是城市的骨架性道路，承担着主要的交通流集散任务，它们的建设完成对于完善城市道路网络、缓解城市拥堵具有较大的现实意义。但这些高等级城市道路的建设投资往往较大，以双向六车道隧道为例，其单公里造价高达5亿元以上，且这些道路在建设期内将对现状交通的正常运行造成负面影响。因此，在规划决策初期阶段对道路规划方案进行道路交通量预测是一项极为重要的工作，在2010年出版的《公路建设项目可行性报告编制办法》中也明确提出，“交通量是道路建设可行性研究的重要内容，是确定建设项目技术等级、工程设施规模以及经济评价的基础”。

目前，新建道路交通量预测主要采用“四阶段”法，该方法的基础在于OD矩阵的获得，该矩阵反映了区域交通流量、流向等特征[1]。一般获取OD 矩阵采用的是大规模交通调查法，该方法所需时间较长，需要耗费大量的人力、物力及财力。随着现代交通理论的发展，OD 反推技术逐渐出现，该技术可通过对路段交通量进行逆运算得到具有一定精度的各小区现状OD，相比传统的OD调查方法，该方法具有数据可获取性好、成本低廉等优点[2]。本文以镇江市长江隧道为例，对基于OD 反推技术的城市高等级道路交通量预测方法进行介绍，以期为其他城市新建高等级道路交通量预测提供借鉴。

1 长江隧道规划方案简介

镇江市长江隧道规划位于镇江市北部区域，西起长江路，东至滨水路，总长约4 500m。隧道设计等级为城市主干道，双向四车道，设计时速为60km/h，设计通行能力为5 000pcu/h。隧道设计采用双孔单向设计，单孔宽度为10.2m，总宽度为21.4m，高7.9m，预计总投资为11.3 亿元，方案具体情况如图1、图2所示。

图1 长江隧道规划方案

图2 长江隧道横断面（单位：m）

隧道建设主要达到以下3个目的：

（1）作为镇江市北部区域重要分流通道，分流过境及景区到达交通；

（2）加强区域景区南北方向的慢行沟通；

（3）分担长江路交通压力，缓解老城区拥堵。

2 基于OD反推技术的交通量预测

由于进行OD调查所需时间较长，为了在较短时间内对项目建设近、远期交通量进行预测，本文运用OD 反推技术，结合现代交通量统计手段（如感应线圈）获得各路段流量，继而对隧道建设后交通量进行预测。

基于OD反推的交通量预测方法分为以下4个步骤：

（1）确定项目影响区域及研究道路现状，包括通行能力、设计速度、现状交通量等；

（2）反推现状OD矩阵；

（3）预测目标年OD矩阵；

（4）预测目标年新建道路交通量。

具体流程如图3所示。

图3 基于OD反推技术交通量预测流程

2.1 研究区域内道路现状

结合城市主干道合理间距及镇江市实际情况，确定长江路隧道规划方案1km范围内为影响区域，区域内东西向道路为竞争道路，南北向道路为集散道路。据此分析，长江路为隧道主要竞争道路；征润州路、中山北路、新河路、和平路、云台山路、迎江路、中华路、宝塔路、电力路、双井路、解放路、第一楼街、滨水路为隧道主要集散道路（见图4）。

图4 研究区域及道路示意图

现状区域内东西向交通量较大，南北向较小。其中长江路自电力路以东至滨水路一段，早高峰期小时双向交通量达到2 700pcu以上，路段饱和度达到0.8以上；南北向道路除中华路交通量较大，其余道路较为适中，具体各道路现状交通量见图5，道路信息见表1。

图5 研究区域内道路现状交通量（标准车）（单位：pcu/h）

表1 研究区域内道路基本信息

2.2 现状OD矩阵反推

OD矩阵反推过程归纳起来主要有3个步骤：

（1）构建现状路网并划分交通小区；

（2）构建阻抗矩阵及种子矩阵；

（3）现状OD矩阵反推。

2.2.1 路网构建及小区划分

路网模型是OD 反推的基础，可以将OD 矩阵与路段交通量之间进行联系。为保证将出行OD分配到各个相关道路，本文在各个连接道路处均设置一个交通小区，路网及小区划分见图6。随后为路网模型赋予相关属性，包括道路等级（Type）、通行能力（Capacity）、车道数（Lane）、设计时速（Speed）、路段阻抗（Time），交通量（Flow）及BPR 参数（Alpha&Beta）[3]共7 个属性，具体赋值如图7所示。

图6 道路网络及交通小区

图7 路段信息输入

2.2.2 阻抗矩阵及种子矩阵构建

阻抗是表示各交通小区间的出行阻碍大小的重要指标，也是OD矩阵反推的重要参数[4]。阻抗矩阵采用多路径计算法（Multiple Path），通过计算各质心点间最小阻抗值获得，最终阻抗矩阵如图8所示。

图8 阻抗矩阵（单位：s）

种子OD 能够反映OD 之间的交通分布结构，高质量的种子OD矩阵可以大大提高反推结果的精确度。由于出行者受交通小区间出行阻抗的影响，因此本文采用基于交通小区出行阻抗的种子OD矩阵计算方法，具体计算公式如式（1）所示[5]：

式中：fij为种子OD 矩阵中交通小区i与j的出行量比重；tij为交通小区i与j之间的出行阻抗值。

最终计算获得种子矩阵如图9所示。

图9 种子矩阵

2.2.3 现状OD矩阵反推

OD 反推（见图10）是交通分配的逆运算，因此其算法与交通分配相同，包括非平衡分配算法的全有全无法、容量限制法、系统优化法以及近年来出现的随机分配方法，如用户平衡法、随机用户平衡法等[6]。本文选取随机用户平衡法（SUE）以保证OD反推结果更接近现实，最终反推获得的现状OD矩阵如图11所示。

图10 OD反推

2.3 新建道路交通量预测

新建道路交通量主要包括区内转移交通量、区外转移交通量两个部分。区内转移交通量是指正常发展情况下，区域内交通需求自然增长后分配至新建道路的交通量。区外转移交通量是指项目建设后，引起区域交通条件变化，从其他区域转移至项目的交通量[7]。

2.3.1 区内转移交通量预测

图11 现状OD矩阵

区内转移交通量仍采用传统“四阶段法”进行预测。根据镇江市相关规划，隧道规划建设初期，其周边用地性质并不会发生较大变化，路网调整也较小，因此本文采用增长率法预测未来小区出行增长，根据弹性系数确定小区2015 年—2020年出行总量年平均增长率为5.1%。

2.3.2 区外转移交通量预测

区外转移交通量目前尚未有比较完善的定量计算方法，主要采用定性比较分析的方法确定。本文借鉴《城市道路设计规范》（CJJ 37—90）中新建道路设计小时交通量计算方法对该部分交通量进行预测。主要原因在于《规范》中提出的计算方法并不考虑道路竞合关系，若项目新建完成后，研究区域内交通量期望值应等于原有道路交通量与新建道路设计交通量之和，因此本文认为该部分交通量即为区外转移交通量。考虑到转移交通量分配与道路容量相关，本文利用新建道路与研究区域主要竞争道路通行能力作为分配权重进行配流，具体计算公式如下：

式中：qn为第n条道路转移交通量（pcu/h）；Nd为新建道路设计年平均日交通量（pcu/d）；k为设计高峰小时交通量与年平均日交通量比值，新建道路可参照性质相近的同类型道路的数值选用，不能取得时可采用11%；Cn为研究区域内第n条道路设计通行能力（pcu/h）。

综上分析，2020年长江隧道总预测交通量如表2所示。

表2 2020年早高峰长江隧道分向流量（单位：pcu/h）

为检验本方法预测精度，本文采用该方法与传统“四阶段法”分别对2030 年长江隧道交通量进行预测。通过表3 及表4 可以发现“OD 反推法”预测的交通量与传统“四阶段法”预测值间还存在一定差值，主要原因有：（1）区内转移交通量预测方面，随着远期道路周边用地性质发生改变后，居民出行行为及小区发生吸引均会发生一定变化，该部分交通量预测存在一定误差；（2）区外转移交通量方面，由于镇江市缺乏相关数据统计，k值为规范推荐值，并不完全符合实际现状，因此该部分交通量预测也可能存在一定误差。但“OD 反推法”与“四阶段法”差值比例基本在15%以内，其精度基本可满足初期规划及决策使用。

表3 2030年早高峰长江隧道分向流量（单位：pcu/h）

注：四阶段法基于《镇江市综合交通规划》（2015—2030），委托江苏省城乡规划设计研究院计算获得。

表4 2030年早高峰长江隧道双向流量（单位：pcu/h）

3 结语

本文对基于OD反推技术的城市新建高等级道路交通量预测方法进行了研究，并结合镇江市长江隧道交通量预测对该方法进行了应用，主要结论有以下两点。

（1）基于OD 反推技术的城市新建高等级道路交通量预测方法相对于传统“四阶段”法具有省时、省钱、高效的优点，可在较短时间内提供具有一定精度的交通量预测值，在初期决策阶段为规划方案提供数据支撑。

（2）该方法预测精度仍然有限，预测精度受项目周边用地性质的变化影响较大，适用于项目建设近期交通量预测，对远期用地性质变化较大的区域适用性相对较差。

[1] 王炜，徐吉谦，杨涛，等.城市交通规划理论及其应用[M].南京：东南大学出版社，1995.

[2] 张刚.OD 矩阵反推技术在交通量预测中的应用[J].交通科技，2010（2）：109-111.

[3] 戴继峰，赵延峰.机动车流路段阻抗函数参数标定与校核方法研究[J].城市交通，2007，5（1）：41-45，55.

[4] 陆化普.交通规划理论与方法[M].北京：清华大学出版社，1998.

[5] 卢佳斌.“OD 反推”技术在城市交通需求预测中的应用研究[D].广州：华南理工大学，2011.

[6] 姚宏伟.TransCAD 软件在高速公路交通量预测中的应用[J].沈阳工程学院学报：自然科学版，2005，1（4）：64-66.