基于需求分析的公路網運行狀態分類

路敖青，隋麗娜，劉 娜，狄曉峰

（交通運輸部科學研究院交通信息中心，北京100029）

0 引言

自“十五”以來近15 年的建設，我國公路建設迎來跨越式發展階段，公路網規模迅速擴大，但是大規模建設也為我國交通出行提出了新的課題，以往通過道路建設解決交通出行問題已難以為繼，公路運輸如何改善運行效率，挖掘既有道路資源的潛在能力，已經成為當前公路研究和實踐的重要問題。而目前我國公路網運行監管與公眾服務尚處于起步階段，公路網監測體系仍與美國、日本、歐洲等發達國家存在著較大差距，尚未建立起針對公路網運行狀態監測的指標體系架構，監測指標相對零散，而在公路網運行狀態監測、運行態勢評估、交通流組織、公眾出行服務以及路網改建擴容等方面還存在著關鍵技術、裝備及產品的制約瓶頸。

本文旨在通過廣泛需求分析，探討公路網公路運行狀態分類，為構建監測指標體系、監測體系及其標準研究提供有效參考，指導物聯網技術在公路網運行監管與服務體系建設中的應用，從而有效提升公路網交通運行狀態的感知水平，提高公眾出行信息服務水平，增強公路網安全運行能力。

1 公路網運行狀態分類現狀

對于公路網運行狀態，國內外多是以某一種特定運行狀態為主要研究對象，如針對公路擁堵情況，亦或是針對公路在不同氣候狀況下的運行情況等的具體描述，從現有掌握的資料中還未有系統性總結和歸類。

國外相關研究和實踐主要來自美國、歐洲、日本等國，以美國為例，針對公路網的監測一般從“用戶方”和“管理方”兩方面考慮：

（1）站在用戶角度，公眾傾向于了解公路網的運行效率，通常通過擁堵程度、機動程度和道路可達性等三個基本方面來進行描述；

（2）站在管理者角度，管理者傾向了解公路基礎設施基本條件及狀態、公路使用情況和公路運行特點等方面，指標涉及路網現狀容量、線路狀態、交通量、地理形態、路面狀態和特殊路網情況等，而對公路網的氣象條件、擁堵狀況和應急監測也有特別關注，并有專項支持。

我國的公路網監測研究工作多是從高等級公路層面入手開展研究，且缺乏具體項目支撐，應用性較差，針對公路網運行狀態方面的監測和研究更加傾向于政府決策層面，面向用戶角度（特別是社會公眾層面）的監測和研究相對較少。在我國既有研究中，對于公路網監測的分類已經有了相對寬泛的界定，一般是把交通流信息、基礎設施信息、氣候環境信息、應急等相關內容作為公路網監測的重要組成。比較有代表性的是在交通運輸部的《公路網運行監測與服務暫行技術要求》中，初步劃定了公路運行信息中主要采集信息（包括交通運行數據、公路交通突發（阻斷）事件信息、重要基礎設施運行數據、路網環境信息、公路出行信息等）。

2 公路網運行狀態基本內涵

針對公路網運行狀態，國內外相關研究中尚未有確切或統一的定義和表述。在我國《公路網運行監測與服務暫行技術要求》中將公路網運行狀態信息分為了交通運行數據、視頻圖像數據、公路交通突發事件信息、重要基礎設施運行數據和路網環境信息等，這雖為明確公路網運行狀態分類奠定了一定的基礎，但依然沒有對公路網運行狀態進行明確的界定。因此，可嘗試從公路自身特點入手開展分析。

（1）作為公共物品的經濟屬性

公路普遍具有社會效益，高速公路也會根據特殊情況免費開放以實現其社會效益的特性。因此，公路網本身作為準公益產品的運行勢必成為政府部門、行業管理部門、用戶以及公眾的共同關注對象。

（2）不可儲存性和不可移動性

由于公路網作為固定的建筑體只能夠提供設計的道路容量，無法通過其他方式實現道路容量的變化，因此，公路基礎設施的不可存儲性和不可移動性也會導致公路網呈現交通擁堵或交通量承載不足的現象。

（3）建設運營的露天性、開放性

公路網本身的露天性，一方面節約了建設和維護成本，但同時也直接導致其受到天氣、地質水文條件的影響，勢必要承擔交通運輸安全、基礎設施養護壓力等諸多后期維護工作。

綜上所述，如果從公路自身特點出發，公路網運行狀態是指對公路網在實際運行過程中，充分體現公路網運行自身特性的狀態描述，具體體現公路自身運行的準公共產品特性，不可移動性、存儲性和露天開放性。

3 公路網運行狀態影響因素

從政策角度，《公路安全保護條例》、《交通運輸“十二五”發展規劃》以及交通運輸部近期公路管理工作中對于公路網監測工作提出了重點發展方向和相應部署，未來我國公路政策關注點主要集中在保障公路交通流的高效和暢通，基礎設施的可靠和安全，以及公路網安全氣象監測預警三個方面；從行業管理方面，主要集中在公路交通控制、公路應急管理和基礎設施監測等方面；社會公眾作為公路網真正使用者，主要是滿足用戶對于出行行為中的目的地、預期花費時間和交通天氣條件的要求。歸結以上，綜合反映出當前國家政策層面、行業管理層面和社會公眾層面對于路網的連通性、暢通性、安全性的要求。而公路交通流、基礎設施條件、氣象環境是影響以上要求的主要因素：

（1）通過公路基礎設施狀態、交通流狀態以及氣象環境等三個因素的相關指標綜合反映路網兩點間是否連通和路網的連通度；

（2）通過交通流狀態和不同的氣象環境狀態（不同的氣象環境、不同的路段、不同的暢通性標準）兩個因素的相關指標綜合反映路網兩點間的暢通狀態以及路網的擁擠度；

（3）通過交通流、基礎設施以及氣象環境狀態等三個因素的相關指標才可綜合反映公路網運行的行車風險以及安全等級。

由此看出，從達到“連通性、暢通性、安全性”的客觀要求來看，監測交通流狀態、公路基礎設施狀態和氣候狀態的作用都是非常重要的。

從另一方面來看，交通系統本身是由人（駕駛員、行人、乘客、居民）、車輛（客車、貨車、非機動車）和道路（公路、城市道路、出入口道路及相關設施）等相關社會因素共同構成的動態系統。人、車、路三個因素相互影響，相互協調，三個因素各為交通系統運行這一狀態中的子系統。本文主要探討公路網運行狀態，因主體在路，即對公路狀態和公路運行環境的監測。而同為交通系統三要素的“人”和“車”，兩者主要在公路運行狀態中對直接影響因素的交通流產生影響，因此人和車可以視為公路運行的間接影響因素。而真正影響路的直接因素是交通流、公路基礎設施和氣象自然條件（見圖1）。

圖1 在交通系統中公路網運行狀態監測的影響因素

（1）公路基礎設施的影響：路的影響主要是指路面結構對于公路網運行狀態的影響，這包括了路面強度穩定性、平整度和抗滑性等相關指標，以及橋梁和隧道的穩定性和安全性。

（2）交通流的影響：交通環境的影響，主要是指交通流和氣象狀況等影響。在諸多影響公路運行狀態的因素中，交通流的影響起到了舉足輕重的作用，而行車速度、交通量、出入口擁堵情況都是對交通流和公路網運行狀態產生影響的主要因素。

（3）交通氣象的影響：氣象狀態因素也影響著公路網運行狀態，如道路的積水、濕滑程度、能見度等都是影響交通正常運行的主要因素之一。

4 基于不同利益人的公路網運行需求分析

4.1 公路網運行狀態相關利益人

為掌握公路網運行狀態的實際需求，求同存異，需要準確把握行業管理部門、研究機構、公路運營企業和社會公眾等四類人群：

（1）公路網的準公益性特征決定各級管理機構（部、省、地市級公路管理部門和路網中心）是公路網運行狀態的重點關注主體；

（2）研究機構從行業管理部門角度觀察公路網運行狀態，重點為政府行業管理部門提供決策支持；

（3）公路運營企業是公路（高速公路）運行的直接管理者和參與者，公路網運行狀態監測是其企業管理的重要組成部分；

（4）社會公眾是公路的直接使用者，是公路網運行狀態監測的直接受益者。

4.2 相關利益人具體需求

4.2.1 共性需求

在對相關利益人開展需求問卷調研的基礎上，通過分析，針對公路網運行狀態的分類需求有了一些比較明確的指向性——從需求類別來看，針對公路網運行狀態的監測內容著重體現在交通流運行情況、基礎設施運行情況和交通氣象條件這三個方面。而針對公路網運行狀態監測范圍，各相關利益人也具有極高一致性，普遍集中在高速公路、普通國道、普通省道這一監測范圍，而“整體路網”和“路網中的主要節點”是公路網的交通運行狀態的監測重點。

相關利益人對交通流、交通氣象和交通基礎設施監測的共性需求詳見表1。

表1 相關利益人對公路網運行狀態的共性關注點

4.2.2 相關利益人對公路運行狀態監測需求的差異

（1）各級行業管理部門

部級行業管理部門：由于是站在監測全國路網運行狀態的角度，因此針對公路網運行狀態監測指標的需求面相對較廣。如部級層面既要了解路網的連通情況，也需要了解路段的連通情況；而針對擁堵，則需要全盤了解通道、路段、節點三個層次的擁堵情況，省級和地市級行業管理部門是不需要完全掌握的。

地市級行業管理部門：地市級公路管理部門對于公路網運行狀態監測指標的需求最大，遠遠高于部級行業管理部門和省級行業管理部門。這與地市級行業管理部門主要職責范疇密切相關，地市級行業管理部門直接面對著轄區內道路狀態的監測職責，因此對于公路網監測關注點更細致，公路網運行期間交通流數據、道路基礎設施數據和交通氣象條件數據直接反饋至地市級行業管理部門，進而上報至當地政府或省級行業管理部門。如一些煤炭產地，會特別關注于煤運通道的交通流量監測，而對橋、隧等監測項目的監測頻率也較省級和部級行業管理部門要頻繁。

省級行業管理部門：對于公路網運行監測，從管理的角度來講對于監測范圍和具體監測指標的需求是介于地市級行業管理部門和部級行業管理部門之間。

（2）科研機構

科研單位對于公路網運行狀態的監測，一方面需要對原始交通量調查數據自行根據需求進行分析，如交通流量、交通安全、運輸效率等信息；另一方面，需要借助公路網運行狀態監測指標，獲取更多和更為詳盡的數據，研究整個路網、通道的銜接度、合理性等。科研單位需求調查最終的選取結果更加符合部級行業管理部門和省級行業管理的需求。對于監測指標的需求基本上不會過多涉及詳細數據，總體來看更傾向于采用較為宏觀的指標表征公路網運行狀態。

（3）公路運輸企業

公路運營企業對公路運輸效率、公路安全狀況等指標的需求明顯較為迫切。從調查的結果來看，公路運營企業一方面通常已經較為全面地掌握了自身經營道路的基礎設施情況以及與其他道路的銜接情況，因此，在實際公路經營過程中，公路運營企業更愿意獲取與公路網運輸效率、承載能力相關的監測指標。

（4）社會公眾

社會公眾對于公路網狀態的需求最大的特點就是分時段，即出行前和出行中兩個時間節點：①公眾出行前，對于運行狀態信息一般關注施工或交通管制信息、擁堵原因及位置信息以及衍生而來的繞避路線誘導信息，同樣也關注沿線天氣情況，此種對信息內容的關注度體現出行者在出行前對合理路徑規劃的需求；②公眾出行過程中，對于公路基礎設施一般關注服務區/加油站位置、公路名稱與編號；對于公路網交通流信息一般關注施工或交通管制信息、擁堵原因、位置信息以及繞避路線誘導信息。

5 基于需求的公路網運行狀態分類

5.1 公路網運行狀態分類的方法

公路網運行狀態的分類，歸根結底是對公路網運行狀態描述指標的分類。而公路網運行狀態分類的確定很難從一個維度進行，單一從路網影響因素入手，或是從需求主體入手都無法科學、合理地對公路網運行狀態進行分類。在確定公路網運行狀態監測指標的基本歸類時，應通過兩個維度共同進行明確，詳見圖2。

圖2 公路網運行狀態分類方法

維度1：根據影響公路網運行狀態的因素，明確公路網運行狀態基本分類。

維度2：根據公路網需求主體的需求，明確公路網運行狀態基本分類下的細部分類。

5.2 公路網運行狀態分類

（1）公路網運行狀態基本分類

通過本文開展的影響因素分析（交通流、交通氣象和基礎設施是影響公路網運行的主要因素），并結合各方相關利益人對于公路監測的需求，因此將公路網運行狀態基礎分類分為交通流運行狀態、交通氣象和基礎設施運行狀態三類。

（2）各狀態下的細分類

基于公路網運行狀態基本分類下，根據信息的需求主體對各類指標進行細分。考慮各類狀態的基礎性和可讀性的需求，將描述交通流和基礎設施運行狀態的指標劃分為基礎指標和綜合指標，交通氣象指標在劃分基礎指標和綜合指標的基礎上，根據氣候預警的需求劃出預警類，詳見圖3。

圖3 公路網運行狀態分類

①交通流運行狀態分類

交通流基礎指標是通過采集設備或人工報送方式能夠直接獲取的單一監測指標，如斷面交通量、收費站交通量、車速、時間占有率、排隊長度等。

交通流綜合指標是基于基礎指標，通過直接采用或整合計算形成的指標，并根據指標用途，從反映路網運行的連通性、暢通性、可靠性和安全性四個方面對指標進行細分。

②交通氣象狀態分類

交通氣象狀態，以氣象部門《公路交通氣象觀測站網建設暫行技術要求》、《氣象災害預警信號發布與傳播辦法》等相關規范為依據，具體劃分為基礎指標、綜合指標和預警指標。

基礎指標：主要涉及氣象條件和路面氣象狀況。其中，氣象條件包括能見度、氣象狀況、降雨、降雪、溫度、風速風向等情況；路面氣象狀況涉及路面狀況、路面溫度、路面摩擦系數、積雪、結冰、積水情況等。

綜合指標：在獲取基礎性指標的條件下，基于《暫行技術要求》，選取對交通影響較大的能見度、路面積水、結冰等氣象的監測指標形成路面狀況綜合指標和交通出行綜合指標。

預警指標：根據《霧天公路通行條件預警分級》和《冰雪天氣公路通行條件預警分級》給出了兩種氣象參數的等級劃分方法和預警分級標準，結合各種氣象條件下公路通行條件劃分方法，確定根據能見度、道路結冰、降雪、降雨和高溫等對公路通行條件影響的預警。

③基礎設施運行狀態分類

對基礎設施狀態的描述，分為基礎指標和預警指標。其中，基礎指標根據基礎設施的分類類型，進一步劃分為路面、路基/邊坡、橋梁（包括中小橋、大橋及特大橋）、隧道、地質災害類的指標；預警指標是指利用能夠實時監測得到的基礎指標和設施靜態指標、定期養護檢測指標等進行計算或綜合評價得到的、反映基礎設施實時結構穩定性或安全狀態的指標。

6 研究結論

（1）公路網運行狀態是公路公共產品特性、不可移動性、存儲性和露天開放性的集中表現，明確公路網運行狀態內涵是提出公路網運行狀態分類的基礎。通過系統分析，明確了影響公路網“連通性、暢通性、安全性”等運行狀態的三個因素，分別來自交通流、交通氣象和交通基礎設施。

（2）公路網運行狀態的需求主體（相關利益人）在公路網運行狀態基本分類、監測范圍和監測重點等方面具有高度一致性，但也難以避免在很多環節，特別是公路運行狀態監測指標的具體環節具有需求差異性：行業管理部門注重各自職責范疇的監管指標，公路企業注重自身運營公路的細化指標，社會公眾關注自身出行條件的改善，研究機構更多關注于為其研究和相關決策提供支撐。

（3）公路網運行狀態分類的提出，應分為基礎分類和細化分類兩個層次，基礎分類是對交通運行狀態的宏觀分類，細化分類是在具體指標的基礎上的歸類，其中：基礎分類是將交通流、交通氣象和交通基礎設施的公路網運行狀態作為公路網運行基本分類；細化分類應基于行業管理機構、研究機構、公路運營企業和社會公眾的核心關切點，對迫切需要掌握和有能力掌握的信息點，從基礎屬性和向管理部門或是社會公眾發布的角度設置類別，基礎性指標作為基礎指標分類，由基礎性指標進行二次計算或延伸作為為綜合類指標或是預警類指標供行業管理部門和社會公眾使用。

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