公路工程中交通流量预测与道路规划

摘要：本文聚焦公路工程领域，深入探讨交通流量预测与道路规划的关键要点及相互关系。剖析交通流量的时空变化特征及其影响因素，阐述基于历史数据、机器学习、深度学习等多方法融合的交通流量预测模型，研究从区域发展需求、地形地貌条件、现有交通网络评估到新建道路布局、改扩建方案制定的道路规划流程，探讨交通流量预测对道路规划的支撑作用以及二者协同发展路径，旨在为公路工程科学规划、合理建设，提升交通运输效率提供理论支撑与实践指导。

关键词：公路工程；交通流量预测；道路规划；协同发展

一、引言

在公路工程领域，交通流量作为反映交通运输需求的关键指标，其动态变化深刻影响着道路的规划、设计、建设与运营。精准的交通流量预测能够为道路规划提供前瞻性依据，使新建道路契合未来交通需求，既有道路改扩建更具针对性，避免资源浪费与交通拥堵。深入探究交通流量预测与道路规划的内在联系，对优化公路网络布局、提高交通系统运行效率、促进区域经济协同发展具有举足轻重的意义，是实现公路工程可持续发展的核心任务之一。

二、交通流量的特征及影响因素剖析

2.1 时空变化特征

交通流量在时间维度呈现显著周期性与波动性。日变化上，工作日通勤时段形成早高峰与晚高峰，流量剧增，平峰时段相对平稳，夜间流量低谷；周末出行规律因休闲娱乐活动而异，与工作日有别。季节变化方面，旅游旺季、节假日期间，通往热门景区、商业中心道路流量飙升；冬季寒冷地区或雨季，受出行意愿、路况影响，流量有所下降。空间分布上，城市中心区、产业园区、交通枢纽周边道路流量密集，呈辐射状向外递减；城乡结合部、偏远地区道路流量相对稀疏，不同区域道路承载交通压力差异明显。

2.1 影响因素

社会经济因素是主导力量。地区经济增长催生更多商务出行、货物运输需求，人口集聚增加居民日常出行频次，产业结构调整，如物流、电商产业壮大，改变货物运输流向与流量；政策法规影响显著，限购限行政策调控小汽车出行，公交优先发展战略引导出行方式转变，影响道路流量分配；交通基础设施完善程度，如周边道路新建、轨道交通开通，引发交通吸引与分流；自然环境因素不容忽视，恶劣天气降低道路通行能力，灾害事件致局部路段阻断，促使交通流改道，重塑流量格局。

三、交通流量预测方法

3.1 基于历史数据的传统方法

时间序列分析是常用手段，以历史交通流量数据为基础，运用 ARIMA（自回归移动平均）模型等，挖掘数据内在规律，识别趋势、周期、季节性成分，预测未来流量走势。通过差分运算处理非平稳数据，拟合模型参数，依据模型输出预测值，对短期流量预测有一定精度，适用于流量变化相对平稳、规律明显路段，但难以捕捉突发因素引致的流量突变。

3.2 机器学习方法

决策树模型依据流量特征属性构建树形结构，如按时间段、天气状况、道路类型等划分节点，从根节点至叶节点决策规则预测流量，直观易懂，能处理多维度离散数据，对复杂非线性关系有较好适应性；支持向量机借助核函数将低维流量数据映射至高维空间，寻找最优分类超平面划分流量类别，用于预测流量变化趋势，在小样本、非线性问题表现出色，可有效避免过拟合，但模型训练时间较长，参数调优复杂。

3.3 深度学习方法

神经网络深度挖掘流量数据隐含特征。多层感知器（MLP）由输入、隐藏、输出层神经元构成，通过反向传播算法训练，自动学习流量与影响因素间复杂映射，应对多变量非线性预测；卷积神经网络（CNN）擅长处理具有时空结构数据，对交通流量网格化处理，卷积层提取局部特征，池化层降维，全连接层整合特征预测流量，在捕捉流量时空关联性、处理大规模数据上优势突出，能适应复杂交通场景动态变化，精准预测交通流量。

四、道路规划流程

4.1 区域发展需求分析

深入调研区域经济发展规划、产业布局蓝图、人口增长趋势、城镇体系建设目标。新兴产业园区规划需配套货运通道与员工通勤道路；城市新区拓展，预估未来居住人口出行规模，规划主次干路网络；旅游景区开发，依据游客接待量预测，打造旅游专线、停车场等设施，确保道路规划与区域发展协同共进，满足各功能区交通需求。

4.2 地形地貌条件考量

借助地理信息系统（GIS）全面勘查地形地貌。山区路段依循等高线优化路线走向，避免高填深挖，减少生态破坏与工程成本，合理设置桥梁、隧道跨越障碍；平原地区兼顾农田保护、水系连通，规划规整道路网络，提高土地利用效率；滨水区域结合防洪、景观需求，布局路堤结合或高架道路，充分利用自然条件，保障道路工程可行性与环境友好性。

4.3 现有交通网络评估

对既有道路全面 “体检”，调查道路等级、路面状况、通行能力、拥堵节点等。通过交通调查获取路段流量、车速数据，分析拥堵成因，判断道路是否需拓宽、改造或功能调整；梳理道路衔接合理性，查找断头路、微循环不畅区域，为新建、改建道路找准切入点，实现新旧道路有机融合，提升整体网络通行效能。

4.4 新建道路布局与改扩建方案制定

依据上述分析，规划新建道路走向、功能定位、技术标准。主干道承担区域长距离快速交通，设计高标准车道、互通立交；次干道服务集散交通，注重与周边用地衔接；支路细密布局，提升街区可达性。针对拥堵路段，制定改扩建方案，拓宽车道、增设公交专用道、优化交叉口渠化，均衡交通流量，优化道路资源配置，保障交通顺畅。

五、交通流量预测对道路规划的支撑作用

精准交通流量预测为道路规划提供关键决策依据。在新建道路前期论证，预测未来数十年流量趋势，确定合理建设时机、规模与标准，避免过度超前或滞后建设；道路改扩建项目，依预测流量精准判断改造路段、幅度，如预测某路段货车流量增长显著，设计重载路面、加强桥梁承载能力；规划道路功能定位时，流量预测明晰其服务对象、优先级，主干道确保高流量快速通行，支路侧重短距离慢行交通，使道路功能布局契合交通需求结构，提升交通系统整体运行效率。

六、交通流量预测与道路规划的协同发展路径

建立动态反馈机制是协同关键。道路规划实施后，持续监测交通流量变化，将实际流量数据反馈至预测模型，校准模型参数，优化预测精度；预测模型实时为道路规划调整提供依据，如遇区域发展战略重大调整、交通政策突变，迅速更新流量预测，驱动道路规划动态优化，确保二者紧密联动，适应交通需求动态演变，保障公路工程持续高效服务社会经济发展。

七、结论

交通流量预测与道路规划是公路工程相辅相成的关键环节。通过剖析交通流量特征、运用多元预测方法，遵循严谨规划流程，强化二者协同，并顺应大数据、智能化、多模式融合趋势，有望打造科学合理的公路网络，高效承载交通需求，为区域经济腾飞、社会和谐发展铸就坚实交通基石，开启公路工程发展新篇章。

参考文献

[1] 刘艳荣. 高速公路建筑施工的短时交通流量统计预测的大数据分析[J]. 工程抗震与加固改造，2024，46（1）：后插1.

[2] 栗雪娟. 路网容量与交通流量预测算法研究[D]. 陕西：长安大学，2007. DOI：10.7666/d.y1528118.

[3] 刘永. 渝遂高速公路重庆段交通事故分析与预测[D]. 重庆：重庆交通大学，2020.