基于動態車速的高速公路擁堵識別及對策探析

歐陽喜軍,金雙泉

（廣東省交通運輸規劃研究中心,廣東 廣州 510101）

0 引言

改革開放以來，廣東省高速公路建設迅速發展，取得了顯著成績。至2020 年底，廣東全省高速公路通車里程達10 488 km，位居全國第一[1]，創下了高速公路建設的“廣東速度”。隨著經濟社會持續快速發展、新型城鎮化和工業化穩步推進、人民生活水平不斷提高，交通運輸需求尤其是以小汽車出行為代表的公路運輸需求持續迅猛增長，我省高速公路發展適應性問題由總規模不足、大通道薄弱為主，向珠三角核心都市圈主要環線和部分干線交通承載功能復雜（疏導、組織和轉換重疊等）導致總體通行能力不足、至粵東西北地區通道可靠性不高、部分路線銜接不暢為主轉變[2]。

目前，研究高速公路擁堵主要以聯網收費數據為主，通過靜態交通分配再現運行狀態，但因節假日小客車高速免費，收費流水數據不完全，同時宏觀交通模型分配路徑與實際有所偏差，無法真實反映路網運行狀態。因此，該文主要以動態實時數據為基礎，在微觀層面對交通運行的不適應進行分析，精準甄別實際擁堵路段，挖掘交通擁堵形成的原因，在此基礎上提出切實可行的路網疏堵保暢策略，以此提升高速公路的運行效率，為未來的路網規劃及節點的組織管理提供科學的決策依據。

1 數據說明

1.1 數據源基本情況

采集的車速數據包括各路段編碼、路段類型、所在城市編碼、自由流車速和全天24 h 每1 h 的車速數據，具體如表1 所示。該次分析共使用了2020 年共105 d 的高速公路車速數據，其中3 月22 d，4 月30 d，5 月20 d，6 月18 d，7 月15 d。

表1 采集數據示意表

1.2 相關定義

（1）自由流車速：高德車速數據識別的夜間車速。

（2）日均擁堵小時：統計數據擁堵路段擁堵小時總數/統計數據天數。

（3）擁堵指數[3-4]：旅行時間與自由流旅行時間比值，計算公式如下：

式中，Rkt——路段k在時刻t的擁堵指數；lk——路段k的長度；vkt——路段k在時刻t的實際行駛速度；vkd——路段k的自由流速度。

（4）擁堵路段[5]：擁堵指數大于3 的路段（擁堵指數小于2 為暢通，2~3 為緩行，3~4 為擁擠，大于4 為嚴重擁擠）。

（5）時間界定：工作日指正常上班的周一至周五，周末為周六和周日，節假日為國家法定的小長假，統計期內包含清明節、勞動節、端午節。

2 非擁堵狀態最大車速識別

將車速映射到路網中，識別廣東省域高速公路網非擁擠狀態[6-8]下的最大車速。約8.9%的路段最大車速低于80 km/h，主要為廣州、深圳境內高速公路；約30%高速公路最大車速達到100 km/h 以上，大多分布在粵西地區。約25%的高速公路車速在90 km/h 以下，該部分路段長期長時段處于低速運行狀態，已基本喪失高速通行功能，這種高速公路不高速的問題需要在高速公路優化規劃中予以重點考慮。

3 路網擁堵特征分析

3.1 擁堵次數分析

在研究的105 d 時間里，發生過擁堵的路段共有320處，擁堵次數6 508 次，日均擁堵62 次。從單日的擁堵次數來看，特殊節假日擁堵較為明顯，最大單日擁堵次數達到450 次以上，平常日擁堵次數在100 次以內。從出現過的擁堵路段數來看，單日最大出現擁堵路段數接近90 段，主要為節假日期間，平常日單日擁堵路段數約為20 處左右。從出現過的320 個擁堵路段的日均擁堵次數（按擁堵天數平均）來看，27.8%的路段日均擁堵1 次，27.5%路段日均擁堵兩次，此外日均擁堵次數超過3 次的也達到了27.5%，其中14.1%路段日均擁堵次數超過5 次，呈現全日反復擁堵的狀態。

3.2 擁堵時空分布

從擁堵時間分布[9]上來看，工作日呈現明顯的“雙峰”特征，周末上午峰值“壓扁拉長”，中午出現擁堵的小高峰，這與工作日和周末交通流量時間分布特征基本一致，表明流量越大，擁堵越容易出現；節假日下午擁堵時段長，且在夜間也會出現局部的擁堵。

從擁堵路段在城市分布來看，工作日廣州市內高速公路擁堵路段占比最多，達到全省的41.5%，其次為東莞市和深圳市，分別占22.6%和15.1%；周末除了廣州、深圳、東莞、佛山等城市外，惠州、肇慶等旅游城市高速公路也呈現一定的擁堵；節假日除珠三角核心城市外，珠三角其他城市高速公路均出現一定的擁堵路段。各市擁堵路段占比分布見圖1。

圖1 各城市擁堵占比分布圖

4 擁堵路段識別分析

根據動態數據，將擁堵指數大于等于3 的路段定義為擁堵路段[10-11]，將工作日和周末歸納為平常日（共7 d），清明、五一歸納為特殊節假日（共6 d），按兩種情況統計分析擁堵路段情況。

4.1 平常日擁堵路段分析

通過分析，平常日高速公路出現過擁堵的路段共計36 處，主要集中在廣州、深圳市內高速公路，以及廣佛、廣莞深、深惠等主要城市聯系通道上。擁堵路中，90%天數均出現擁堵的3 處，接近30%天數以上出現過擁堵的路段17 處，其余19 處為出現過擁堵的天數占統計天數的15%以內。

從擁堵路段指數來看，潮莞高速（湖心立交以東段）雖僅出現過一次擁堵，但擁堵指數最高，達到9.4 表明該次擁堵非常嚴重；沈海高速廣州支線（S81 廣州環城高速西側）、莞佛高速（G4 京港澳高速西側）、廣州環城高速（沙貝立交）、珠三角環線高速（G94 珠三角環線高速出口至G9411 莞佛高速出口）、沈海高速（巴江河特大橋段）等路段均是擁堵次數較多且擁堵指數較大路段。擁堵路段的天數占比及平均擁堵指數情況（部分）見表2。

表2 平常日擁堵路段一覽表（部分）

4.2 節假日擁堵路段分析

清明和五一共6 d 節假日中，全省共有167 個高速公路路段出行過交通擁堵，其中6 d 均擁堵路段2 處，5 d 均擁堵路段4 處，4 d 擁堵路段8 處，3 d 擁堵路段17處，2 d 擁堵路段40 處。節假日擁堵2 d 以上路段情況（部分）具體見表3。

表3 節假日擁堵2 d 以上路段一覽表（部分）

5 主要結論

根據前述平常日和節假日擁堵點的分析，主要結論如下：

通過提取最大車速分析，廣珠西線高速（南環高速以南段）、廣州環城高速沙貝立交段、華南快速、長深高速（水官高速以南段）、莞佛高速（廣深沿江高速兩側段）、廣州南環高速、廣澳高速珠海支線、清平高速、廣清高速連接線等路段非擁擠狀態下最大車速較低，長期長時段處于低速運行狀態，這表明網絡已經處于滿負荷運行狀態，需要在網絡規劃中予以重點考慮。

通過擁堵指數數據分析，S15 沈海高速廣州支線（S81廣州環城高速西側）、S15 沈海高速廣州支線（廣清立交至沙貝立交）、G15 沈海高速（福民收費站）、S25 長深高速惠州支線（G25 長深高速至205 國道）、S81 廣州環城高速（沙貝立交）、G9411 莞佛高速（虎門大橋）、G55 二廣高速（北江特大橋段）等路段常發交通擁堵，應加強上述路段的交通改善及交通疏導工作（其中節假日擁堵路段可采取臨時交通引導措施）。

同時，結合全省高速公路交通運行狀況，發現主要呈現以下五個方面特征。

（1）易堵節點集中，影響范圍較廣。從全省高速路網擁堵區域來看，擁堵主要集中在廣深莞佛等珠三角核心區域城市的主要路段。

（2）珠江口東西兩岸交通需求旺盛，過江通道不足導致的瓶頸現象較為嚴重。

（3）高速出行距離呈現中短距離為主，由于城市圈（如廣佛同城化）的形成，通勤占比較大，城際間的“候鳥”現象尤為明顯，造成跨城主要路段（如北環高速）擁堵現象較為突出。

（4）假日流量激增，進出城（跨省）路段普遍存在擁堵。其中，出城擁堵路段主要集中在以廣州、深圳為中心及各片區出省通道；返程擁堵主要集中在廣州、深圳、珠海、中山、東莞等周邊路段。

（5）部分高速“市政化”現象凸顯。高快速路臨近主城區路段，在承擔對外交通和過境交通同時，也越來越多地承擔起城市交通功能，各種交通流相互交織，部分節點與城市道路銜接不暢，城市主干道交通擁擠問題蔓延至高快速主線[12]，嚴重影響路網整體效率。比如廣州的機場高速、深圳的機荷高速等。

6 擁堵治理策略

高速公路擁堵成因主要有交通需求和供給矛盾逐步加劇、流量分布不均衡、高速路網不健全、已建過江通道數量較少及整體通行能力無法滿足節假日大流量通行需求等。目前全省高速公路車流量大，珠三角范圍高速公路車流總量約為廣東全省的85%，人均高速公路客車流量約為全國平均水平的4 倍，路網運行壓力大，穩定性不強，尤其在節假日高峰期易堵路段較多。基于此，該研究主要通過交通供給側改革與出行需求側管理相結合，圍繞路網斷面通行能力最大化、路網流量均衡最大化及道路隱患治理最大化三大目標給出治理策略。

（1）設施改善策略：主要從增加高速公路供給方面進行考慮，具體措施有高速擴容、通道加密、網絡優化、服務區改造、道路提速、車道加寬以及標志優化。

（2）交通管理策略：主要包括路網誘導分流、客貨錯峰出行、交通渠化管理、主線流量控制、可變限速管理、潮汐借道行駛、貨車車道管控、應急車道借用、共乘車輛管理以及高普聯動管理。

（3）運行管理策略：包括信息發布、事故快處、快速養護、自動收費、價格調節和智能交通管理。