基于指數模型的城市路網交通擁堵評判方法研究

李丹丹，王建強

(蘭州交通大學交通運輸學院，甘肅 蘭州 730070)

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基于指數模型的城市路網交通擁堵評判方法研究

李丹丹，王建強

(蘭州交通大學交通運輸學院，甘肅 蘭州 730070)

城市路網交通擁堵評判方法研究一直是擁堵評判技術領域內的重點、難點問題之一。交通擁堵指數模型能夠把復雜的城市路網交通運行狀況進行簡單化、透明化，并能應用到其他城市或區域路網評判體系研究中。文章提出了基于交通擁堵指數模型的一般性交通擁堵評判方法，介紹了該模型各評判指標的計算過程。并以蘭州市七里河區和城關區的路網交通為例，對該模型的實用性進行驗證，最終得出兩城區整體交通擁堵規律及指數變化趨勢，說明了該評判方法的可行性和有效性。

城市交通；路網擁堵評判；指數模型；Matlab

0 引言

近年來，交通擁堵成為熱門話題，關于交通擁堵評判方法的研究也成為交通領域內的熱點。國外開展了大量擁堵評判方法的研究工作，其中美國較系統地開展了交通擁堵評判體系研究及其應用，以德克薩斯交通研究所為代表開發

出了道路交通擁堵指數RCI、出行率指數和出行延誤等指標，且RCI的使用最為廣泛，其他部分國家也相繼研究出各具特色的評判指標，伊朗[1]的研究人員參考HCM手冊建立適合未來發展中國家使用的擁堵指數體系。國內擁堵評判體系的建立理論依據還不完善，沒有對擁堵評判方法做出專門的研究。梁麗娟[2]等人借助杭州市相關交通流數據，構建交通擁堵評價指標體系，從區域和道路層面上評價交通擁堵的一系列特征；姚運梅[3]提出運用動態交通仿真技術對我國大型客運站路網交通進行仿真評價；祝付玲[4]在綜合評價方法的基礎上提出了“先狀態分類后趨勢分析”的擁堵評價方法等在交通擁堵評判的應用上都得到了肯定；高藝[5]提出基于一次擁堵的交通擁堵綜合評判模型，把擁堵形成和消散的過程為評判對象，體現了擁堵評判的集中化思想，并結合北京浮動車數據對該模型進行了驗證。而對于蘭州這樣的西部城市的道路擁堵研究還沒有受到重視，缺乏對城市路網交通運行狀況的簡單描述及整體掌握，所以本文針對西部地區的道路擁堵評判進行簡單研究，建立完善的、專業的擁堵評判體系以全面描述道路交通擁堵狀況，為及時開展擁堵救急方案提供依據。

本文源于北京交通發展研究中心開發的交通擁堵指數[6，7]應用系統和上海市道路交通擁堵指數系統，該系統已全面投入使用，為政府全面實時掌握路網交通運行狀況提供依據，并為交通部門提供大量的數據保障。本文針對此模型進行分析，對平均行程速度這一重要指標的獲取進行改進，并對各評判指標的計算過程進行描述，以便確定該模型的精確性和可行性。

本研究的目標在于通過利用指數模型對城市路網交通擁堵評判技術進行深入研究，以期望能夠量化路網擁堵的潛在規律，傳遞當前區域交通運行狀況，以此引起人們對蘭州市交通擁堵治理問題的重視以及說明指數模型引入擁堵評判領域研究中的重要性。

1 交通擁堵指數模型描述

從可行性、可持續發展的角度出發，把對影響城市路網交通運行狀況的主觀因素和客觀因素綜合考慮，創建交通擁堵指數模型。模型中涉及到了平均行程速度、交通量、嚴重擁堵里程比例等[7]多個評判指標，各評判指標之間通過計算公式相互聯系，這些指標能夠反映路網內交通運行特性及規律，以使模型能夠體現不同評判范圍內路網的交通擁堵情況，且重點分析嚴重擁堵路段的交通狀況。

1.1 指數取值

交通擁堵指數取值區間對應的路網交通擁堵級別如表1所示。

表1 指數范圍表

本研究針對平均行程速度這一重要指標的數據獲取作出改進。對于各等級道路的路段平均速度數據的獲取，采用路段里程、小時交通量和行程時間[9]進行計算得到，而不是通過出租車定位系統傳回的數據進行統計分析得到，以此說明因為天氣變差而使行程速度降低、路段交通流增多所造成的交通擁堵和天氣良好情況下的交通流增多造成的交通擁堵兩者情況的不同，使得交通擁堵指數更加準確。

1.2 指數計算過程

本文將城市道路分為四種類型：快速路、主干路、次干路及支路。

(1)平均行程速度的計算。根據分析路段的平均行程速度[6，10]，定義各等級道路上的嚴重擁堵路段上的速度標準：快速路為20 km/h；主干路為15 km/h；次干路和支路都為10 km/h。

(1)

式中：v——路段的平均行程速度，單位：km/h；

l——路段里程，單位：km；

m——路段的小時交通量，單位：輛/h；

ti——第i輛車通過路段的行程時間，單位：h。

(2)嚴重擁堵路段里程比例。根據道路等級計算各道路類型嚴重擁堵路段所占的里程比[7]，計算公式如下：

(2)

式中：Lj——第j等級道路嚴重擁堵路段里程，單位：km；

LQj——評判范圍內第j等級道路里程，單位：km；

Q——第j級道路嚴重擁堵路段里程比例，單位：%。

(3)道路網嚴重擁堵里程比例。其中各等級道路在整個道路網中的綜合權重為VMT。

(3)

式中：RQ——道路網嚴重擁堵里程比例，單位：%；

VMT——為第j等級道路的車輛行駛總里程權重；

n——道路等級的數量，n等于4。

(4)交通擁堵指數。道路網嚴重擁堵里程比例RQ與道路網交通擁堵指數[6-8]TPI的關系式為：

(4)

2 模型應用實例

對蘭州市七里河區和城關區的交通流數據開展調研并進行分析，評判路網擁堵程度。其中不同區域之間因為經濟發展狀況不同，人口分布不同，道路基礎設施的建設情況不同，它們之間的交通擁堵指數不存在可比性[6]。本文通過對兩個區在工作日期間的道路交通進行分析，統計估計一天中部分小時交通擁堵指數的變化情況，來以此說明路網交通具體擁堵程度。選取七里河區和城關區的部分主次干道作為實例研究對象，其路網結構如圖1～2所示。

本研究以1h為時間單位，各等級道路路段以0.5km為一個單位統計交通量等數據，然后用Matlab計算各路段的平均行程速度，判斷出路網中各個道路的交通擁堵等級，并得出各等級道路中嚴重擁堵路段里程比例。最后，計算出路網交通擁堵指數的值。

圖1 七里河區主要干道路網結構圖

圖2 城關區主要干道路網結構圖

2.1 七里河區路網交通擁堵狀況分析

統計蘭州市七里河區部分路網中各等級道路的里程：快速路總里程LQ1為3.6km；主干路總里程LQ2為20.7km；次干路總里程LQ3為19.1km；支路總里程LQ4為56.4km；確定該區的道路綜合權重VMT。在工作日期間，在道路高峰時段和全天平均的VMT值如表2所示。因晚高峰17：00～18：00時間段內的交通擁堵狀況比較明顯，故把這個時間段的交通擁堵指數的計算過程進行演示。

表2 七里河區工作日VMT值表

首先對通過該路段的車輛進行分類，按照車牌分為小型車、中型車、大型車，分別記錄三種車型的相關數據。

(1)快速路某路段交通流數據見表3：

表3 快速路數據表

(2)主干路某路段交通流數據見表4：

表4 主干路數據表

(3)次干路某路段交通流數據見表5：

表5 次干路數據表

(4)支路某路段交通流數據見表6：

表6 支路數據表

統計得出各等級道路上的嚴重擁堵里程數據見表7：

表7 各等級道路嚴重擁堵里程表

最后得出交通擁堵指數TPI=7.682 8。

通過計算，統計得出一天中部分小時交通擁堵指數變化曲線如圖3所示：

圖3 七里河區交通擁堵指數變化曲線圖

從指數的變化曲線可以看出七里河區的1：00～22：00時間段內小時交通擁堵指數的具體數值變化情況。早高峰時間段的交通擁堵指數明顯增大，路網交通處于輕度擁堵狀況，晚高峰時間段的交通擁堵指數變化最為明顯，路網交通達到中度擁堵級別。其他時間段的小時交通擁堵指數變化不明顯，路網交通基本暢通。

2.2 城關區路網交通擁堵狀況分析

以黃河為界線，把城關區分成了兩大部分，在相同時間內，分別計算其道路交通擁堵指數。其中城關區工作日期間的車輛行駛里程權重如表8所示。

表8 城關區工作日VMT值表

通過參考蘭州地圖算出城關區黃河以南區域的路網里程：快速路總里程LQ1為7.15km；主干路總里程LQ2為19.4km；次干路總里程LQ3為80.97km；支路總里程LQ4為65.13km。

通過計算，統計得出一天中部分小時交通擁堵指數變化曲線如圖4所示：

圖4 城關區黃河以南路網交通擁堵指數變化曲線圖

如圖顯示的指數變化曲線中，數值變化幅度明顯，從6：00～20：00這段時間內路網交通基本都處于擁堵狀況，且早晚高峰時間段內路網交通處于中度擁堵級別，尤其晚高峰時期，路網總體接近于嚴重擁堵等級，即路網中處于擁堵的路段占很大比例。

同樣的對于城關區黃河以北的區域路網里程：快速路總里程LQ1為3.2km；主干路總里程LQ2為6.06km；次干路總里程LQ3為18.51km；支路總里程LQ4為15.5km。

則一天中部分小時交通擁堵指數變化曲線如圖5所示：

圖5 城關區黃河以北路網交通擁堵指數變化曲線圖

城關區黃河以北的路網交通總體來講基本暢通，很少有擁堵的情況。小時交通擁堵指數數值變化平緩，路網交通基本穩定。

3 結語

本文借助交通擁堵指數模型，構建出基于路網層面的交通擁堵評判方法體系，對路網交通運行狀況進行全面分析，為治理擁堵提供依據。蘭州市作為西部地區崛起的城市，道路交通擁堵治理問題目前還沒有得到廣泛關注，本文對其路網交通進行分析，說明在研究路網交通擁堵評判中能參考此模型。目前，擁堵評判方法的研究主要成就還是理論部分占絕對地位，在后續的研究中，希望采集更多的交通流數據來驗證指數模型的合理性，為盡早投入實際應用打下基礎。

[1]Bindra，SP.HighwayCongestionIndexforaDevelopingCountry[J].SCIENTIAIRANICA.Modeling，2007，14(1)：1-10.

[2]梁麗娟，鄭 瑾.城市交通擁堵現狀評價方法與應用-以杭州市為例[C].第八屆中國智能交通年會優秀論文集，2013.

[3]姚運梅.大型客運站站區交通疏解車流擁堵仿真評價方法研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[4]祝付玲.城市道路交通擁堵評價指標體系研究[D].南京：東南大學，2006.

[5]高 藝.基于一次擁堵的城市交通擁堵綜合評價方法研究[D].北京：北京交通大學，2011.

[6]北京交通發展研究中心，北京四通智能交通系統集成有限公司，北京交通大學.交通擁堵評價[R].北京，2007.

[7]郭繼孚，劉夢涵，等.北京市交通擁堵宏觀評價指標體系開發及其應用[C].第三屆中國智能交通年會論文集，2007.

[8]賈珊珊，李 娟.城市道路系統的綜合評價的量化方法——交通指數[J].中國水運，2007，8(7)：137-138.

[9]郭澤斌，李振龍.城市道路擁堵程度評判方法研究[J].交通標準化，2013(11)：62-65.

[10]王 煒，過秀成.交通工程學[M].南京：東南大學出版社，2000.

Studies on Traffic Congestion Evaluation Method of Urban Road Network Based on the Index Model

LI Dan-dan，WANG Jian-qiang

(School of Traffic and Transportation，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou，Gansu，730070)

Study on traffic congestion evaluation methods of urban road network has always been one of the focuses and difficulties in congestion evaluation technology field.Traffic congestion index model is able to make the complex urban road network traffic operation conditions simplistic and transparent，and can use it in the study of road network evaluation system in other cities or regions.This article pres-ented an general traffic congestion evaluation method based on traffic congestion index model，and described the calculation process of various evaluation indexes in this model.Moreover，with the road network traffic of Qilihe District and Chengguan District in Lanzhou City as the example，it verified the usefulness of this model，and finally obtained the overall traffic congestion rules and index changing trends of these two districts，which illustrated the feasibility and effectiveness of this evaluation method.

Urban transportation；Road network congestion evaluation；Index model；Matlab

李丹丹(1991—)，女，研究生，研究方向：城市交通規劃與管理；

王建強(1980—)，男，博士，研究方向：城市路網交通規劃與管理。

教育部人文社會科學研究青年基金項目(項目編號：12YJC63020 0)；甘肅省自然科學基金項目(項目編號：145RJZA190)

U491.1+

A

10.13282/j.cnki.wccst.2015.01.015

1673-4874(2015)01-0069-05

2014-12-09