考虑道路收费的系统最优高速公路改扩建交通分流方法

交通分流是保障高速公路改扩建期间交通运行效率的重要措施。然而,目前国内高速公路改扩建工程多依靠管理人员经验性地确定分流措施,缺乏系统客观的分流方法,分流效果有待进一步提升。根据区域分流路网的道路特征,在行程时间基础上考虑道路收费对出行者路径选择的影响,构建路段阻抗函数。从交通管理者角度出发,以路网总出行阻抗最小为优化目标,考虑需求守恒、路径路段流量关系和路径流量非负约束,建立系统最优高速公路改扩建交通分流模型。分析模型的卡罗需-库恩-塔克(Karush-Kuhn-Tucker,KKT)条件,设计基于梯度投影的路径型算法,求解得到路网各起讫点(origin-destination,OD)之间的分流路径和路径流量。以广东省某高速公路改扩建工程为例,量化分析不分流、分流时不考虑道路收费和分流时考虑道路收费3种情形下的整体路网及改扩建高速施工路段交通运行状况。结果表明:分流时不考虑道路收费,改扩建高速施工路段交通量平均降低27.72%,饱和度降低0.09,平均车速提高4.26 km/h;分流时考虑道路收费后,改扩建高速施工路段交通量平均降低44.8%,饱和度降低0.4,平均车速提高12.98 km/h,道路通行效率得到有效改善,同时分流并未导致路网中其它路段交通运行情况变差。以上结论验证了本文所提出的改扩建交通分流方法的有效性和优越性。