俞鵬飛，萬超

（江西省交通投資集團路網(wǎng)運營管理公司養(yǎng)護技術(shù)中心，江西 南昌 330025）

0 引言

近年來，隨著我國高速公路交通需求快速增長，汽車保有量快速增加，呈現(xiàn)出公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)相對不足，交通擁堵問題日益突出，安全性下降的突出問題。交通擁堵帶來居民出行時間和成本增加，交通事故增多和大氣環(huán)境污染。因此，從公路交通運行特征評價入手，不僅能輔助分析交通運行不理想的原因，還可以對規(guī)劃設(shè)計起到指導(dǎo)作用。

傳統(tǒng)的公路網(wǎng)規(guī)劃評價方法中，大多采用年度為時間周期，指標數(shù)據(jù)多為靜態(tài)數(shù)據(jù)的規(guī)劃方法，且應(yīng)對擁堵問題使用的是加強基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的傳統(tǒng)解決辦法。其缺點在于評價的動態(tài)指標不足，分析粒度較為宏觀，規(guī)劃的傳統(tǒng)方案效果有限。

本方法采用了一種基于公路交通運行特征進行公路網(wǎng)規(guī)劃合理性判斷的方法，從時空上對路網(wǎng)和路段的運行特征進行分析。數(shù)據(jù)獲取上，主要通過公路行業(yè)管理路網(wǎng)現(xiàn)狀和規(guī)劃數(shù)據(jù)、交調(diào)量調(diào)查站交通量數(shù)據(jù)，以及互聯(lián)網(wǎng)獲取的公開數(shù)據(jù)進行處理。數(shù)據(jù)易獲取、粒度小、時效性強、質(zhì)量好，評價方法經(jīng)過實際工程驗證，有效、閉環(huán)且實操性強。

1 評價方法

本方法主要是針對省域內(nèi)高速公路路網(wǎng)的基于交通運行特征的公路網(wǎng)規(guī)劃合理性評價?？梢愿逦卣莆崭咚俟方煌ㄟ\行規(guī)律，提供科學(xué)依據(jù)，為公路網(wǎng)交通規(guī)劃合理性提供重要參考。

總體評價方法流程如圖1所示，共分為三個階段，指標選擇階段、單指標評價階段和多指標評價階段。

圖1 評價方法流程圖

指標選擇階段的主要目標是為高速公路交通運行特征選擇評價的一套科學(xué)合理的指標體系。該指標體系參考了國外和國內(nèi)的交通運行狀態(tài)指標，包括了交通服務(wù)水平類、交通流參數(shù)類、出行耗費時間類、交通擁堵類和其他類型的指標，并結(jié)合了我國國情和工程實際經(jīng)驗進行了取舍和創(chuàng)新。公路網(wǎng)規(guī)劃方案的評價通常劃分為技術(shù)指標、經(jīng)濟指標、環(huán)境指標和社會指標四類。本方法將技術(shù)指標劃分為路網(wǎng)結(jié)構(gòu)特征指標和路網(wǎng)運行特征指標，主要應(yīng)用于路網(wǎng)運行特征指標。選擇指標中，首先按照通用性指標的選擇原則進行選擇，其次，按照數(shù)據(jù)是否易于獲取進行選擇，最終形成一套全面、科學(xué)、實用的指標體系。

單指標評價階段為將前一階段中計算的指標體系中，分層級的各個指標進行獨立評價，建立干線公路運行特征的評價體系。

多指標評價階段是將多個指標進行綜合計算，得到路段交通運行特征評價結(jié)果，再獲得路網(wǎng)評價結(jié)果，進而評價公路網(wǎng)的交通運行特征。然后，評估規(guī)劃公路的合理性、必要性和可行性，評估改善措施的方案（如路段、路網(wǎng)可從車速控制、主線控制、車型控制、交通誘導(dǎo)方面考慮），并且可以形成新的建議方案，進入方案評價閉環(huán)。

最后可以得出按照路網(wǎng)運行特征評價出的最合理方案并形成相關(guān)報告。

1.1 選擇指標

本方法在參考國內(nèi)、外路網(wǎng)運行特征評價指標的基礎(chǔ)上，根據(jù)我國國情、工程實踐上動態(tài)數(shù)據(jù)獲取的便捷性、評價的全面性、指標的創(chuàng)新性，對路網(wǎng)運行特征評價指標進行了構(gòu)建。在考慮到路網(wǎng)運行微觀、中觀、宏觀特征上，從人、車、路、環(huán)境的角度提出了交通路況、交通氣象和交通事件三種一級分類指標。微觀特征選擇基本的交通運行參數(shù)，中觀特征選擇常態(tài)和非常態(tài)的路段綜合服務(wù)水平，宏觀特征選擇路網(wǎng)-路線-路段三級區(qū)域路網(wǎng)的交通運行狀況。

（1）交通路況

高速公路交通運行狀況信息的數(shù)據(jù)來源，包括傳統(tǒng)的交通量調(diào)查站、高速公路門架視頻抓拍數(shù)據(jù)和ETC通行數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)交通路況通過API提供的平均車速、自由流車速和擁堵狀態(tài)[浮動車軌跡，來源為手機客戶端、車載客戶端、物流車輛（三通一達、菜鳥網(wǎng)絡(luò)等）等]。交通量調(diào)查站可以獲取交通流量分布情況、車型結(jié)構(gòu)分布、交通量方向分布、交通量時間分布等。

（2）交通氣象

交通氣象的數(shù)據(jù)來源，主要包括傳統(tǒng)的交通量氣象站、共享接入的地方氣象部門數(shù)據(jù)、應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采用經(jīng)過空間解算和匹配至行業(yè)管理高速公路路網(wǎng)的互聯(lián)網(wǎng)交通氣象（國家氣象局、地方氣象局、國家水利部門、國家科技部門等）數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)的交通量氣象站或傳感器在氣象條件惡劣路段、隧道安裝的能見度檢測儀、多要素氣象檢測儀等實時采集獲得的能見度、結(jié)冰、雨量等數(shù)據(jù)較少。

關(guān)注內(nèi)容通常涵蓋衛(wèi)星云圖、降水實況、中短期天氣預(yù)報，暴雨、暴雪、霧霾、寒潮、大風、沙塵暴、高溫等氣象信息，地質(zhì)災(zāi)害范圍、區(qū)域和時間，以及地質(zhì)災(zāi)害類型（如泥石流、滑坡、塌方）等，主要用于及時發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵路段（如氣象條件惡劣路段、事故易發(fā)路段、交通流量大路段、自然災(zāi)害頻發(fā)路段、特大橋和互通立交等）交通環(huán)境的變化情況和氣象狀況。

對于交通運行，溫度能夠直接反映交通環(huán)境狀態(tài)的好壞，溫度明顯高于正常水平時，易引發(fā)車輛爆胎事故，一般可以判斷該地點或路段處于嚴重影響交通運行的惡劣氣象狀態(tài)。溫度明顯低于正常水平時，易引發(fā)路面結(jié)冰，進而引發(fā)交通事故，一般可以判斷該地點或路段處于嚴重影響交通運行的惡劣氣象狀態(tài)。

（3）交通事件

交通事件的數(shù)據(jù)來源有四種。一種來源是傳統(tǒng)的行業(yè)填報，可人工采集異常事件信息，由養(yǎng)護或路政巡查人員、社會公眾人工填報或利用電話、短信、傳真、郵件等方式報送軟件系統(tǒng)，主要是由自下而上的填報系統(tǒng)、手機端APP或小程序進行填報，其特點是權(quán)威性強，時效性不高；一種來源是可以利用“互聯(lián)網(wǎng)+”手段，獲知眾包事件和交警管制事件，其特點是時效性高，但眾包的權(quán)威性和準確性欠佳；一種來源是由預(yù)警信息經(jīng)人工核對轉(zhuǎn)換后的事件，對自動或人工采集的信息，經(jīng)過判斷可產(chǎn)生《公路網(wǎng)運行監(jiān)測與服務(wù)暫行技術(shù)要求》中的公路交通突發(fā)事件等級單項監(jiān)測指標；最后一種來源來自視頻監(jiān)控，對攝像機采集的視頻信號進行數(shù)字化處理和事件檢測，對異常交通事件進行自動檢測、記錄和預(yù)警。

1.2 單項指標評價

由于各個指標的內(nèi)涵不同，且有各自的量綱，直接使用不同量綱的值進行比較是沒有意義的。因此，為了便于后續(xù)的分析和處理，保證各個指標之間具有等效性，使各個指標無量綱化和歸一化。各指標可分為如下4種類型：區(qū)間型（落在某個區(qū)間范圍內(nèi)為最佳）、定指標型（越接近某個固定值為最佳）、極大型（值越大為最佳）、極小型（值越小為最佳）。對每種類型使用不同的歸一化方法，將其歸一化為[0-1]區(qū)間內(nèi)的極大型無量綱指標。（如圖2）

圖2 單項指標評價

1.3 多項指標評價

多項指標評價將多個指標進行綜合計算。綜合計算的方式是由專家組確定指標集的權(quán)重，即參考表1設(shè)一級指標集U=(U1,U2,U3,…Un),其中U1、U2、U3是一級指標，分別對應(yīng)路段1、路段2、路段3直到路段n。第一級指標集可以由第二級指標級Uij決定，第二級指標集可以由第三級指標集Uijk決定。一、二、三級權(quán)重集均滿足非負條件和權(quán)重和為1的條件。即Wu=(w1,w2,w3,…wn)，wi≥0且=1。

然后，構(gòu)造模糊關(guān)系矩陣，得到路段交通運行特征評價結(jié)果，再獲得路網(wǎng)評價結(jié)果，進而評價公路網(wǎng)的交通運行特征。

2 技術(shù)實現(xiàn)

2.1 技術(shù)路線

軟件開發(fā)環(huán)境使用ArcGIS，數(shù)據(jù)庫使用PostgreSQL，后端開發(fā)語言為JAVA,前端開發(fā)語言為基于JavaScript的VUE3.0進行開發(fā)。

數(shù)據(jù)庫中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、公路網(wǎng)數(shù)據(jù)和動態(tài)數(shù)據(jù)?；A(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要是行政管理區(qū)劃界，包括地市、區(qū)縣界。公路網(wǎng)數(shù)據(jù)包括現(xiàn)狀公路網(wǎng)和規(guī)劃公路網(wǎng)，路線屬性有路線名稱、路線編碼、行車方向、起點樁號、止點樁號等。路網(wǎng)拓撲數(shù)據(jù)由公路網(wǎng)數(shù)據(jù)生成，高速公路的互通立交作為節(jié)點。動態(tài)數(shù)據(jù)包括路況、氣象和事件數(shù)據(jù)。路況數(shù)據(jù)來源于行業(yè)的收費站及門架卡口數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)（包括百度、高德）。氣象數(shù)據(jù)來源于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)（中國氣象局及其他）。事件數(shù)據(jù)來源于行業(yè)上報數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)（高德）。

2.2 功能說明

電子地圖模塊：以圖層控制的方式顯示電子地圖，主要有基礎(chǔ)地理、現(xiàn)狀路網(wǎng)和規(guī)劃路網(wǎng)。基礎(chǔ)地理圖層和現(xiàn)狀路網(wǎng)圖層不可編輯，地圖可以放大、縮小、平移等操作。

指標計算模塊：用戶選擇管理區(qū)劃類型，選擇相關(guān)指標進行計算，通常選擇一個指標或者選擇全部指標。指標的計算結(jié)果以表格、電子地圖專題圖、報告的方式進行展現(xiàn)。

歸一化模塊：用戶選擇相關(guān)指標進行歸一化計算，通常選擇一個指標或者選擇全部指標。歸一化類型、固定最佳值、區(qū)間最佳值可以由用戶進行設(shè)置。歸一化指標的計算結(jié)果以表格、電子地圖專題圖、報告的方式進行展現(xiàn)。

綜合對比模塊：用戶選擇不同方案的歸一化指標矩陣進行對比。至少為兩個方案。一般有兩種選擇，一是選擇規(guī)劃前后的矩陣進行對比，二是選擇多種規(guī)劃方案進行對比。多種方案的，采用熵值法進行對比排序。對比結(jié)果以表格、報告的方式進行展現(xiàn)。

系統(tǒng)管理模塊：主要是用戶、權(quán)限、密碼、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)等配置管理。

3 總結(jié)

本方法以動態(tài)數(shù)據(jù)中既能夠獲取又能夠反映運行狀態(tài)的思路，對高速路網(wǎng)的各種空間結(jié)構(gòu)特征進行分析和評價，從多個動態(tài)指標進行計算、分析、對比，總結(jié)出一種獲取動態(tài)數(shù)據(jù)便捷、客觀、科學(xué)、實效的公路網(wǎng)規(guī)劃評價方法。其優(yōu)勢在于評價時所需的動態(tài)數(shù)據(jù)易于獲取，質(zhì)量有保障、時效性好，整體的評價方法為閉環(huán)，因此得出的結(jié)論較為準確。

本方法的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用了“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，選擇了一套在實際中易于獲取數(shù)據(jù)的路網(wǎng)規(guī)劃評價動態(tài)指標并做了歸一化處理，然后進行了綜合對比，形成了業(yè)務(wù)閉環(huán)，為最終形成最合理的基于動態(tài)數(shù)據(jù)的公路網(wǎng)規(guī)劃評價提供了工程上實用的方法和技術(shù)實現(xiàn)。