城市道路交通擁堵評價與判定方法研究

呂軍

（中國公路工程咨詢集團有限公司，武漢 430056）

1 引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進程的持續(xù)推進，基礎(chǔ)交通設(shè)施網(wǎng)已逐漸成形。道路工程作為推動城市之間區(qū)域交流的重要樞紐，其建設(shè)規(guī)模逐年擴大。同時，城市人口和機動車數(shù)量的迅速增加也帶來了嚴(yán)重的道路交通擁堵現(xiàn)象。如果對道路擁堵狀況判定不當(dāng)，可能造成道路交通功能癱瘓，影響行車安全，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的交通事故和巨大的經(jīng)濟損失。為了全面、準(zhǔn)確地評價道路交通擁堵狀態(tài)，國內(nèi)外很多學(xué)者和工程人員開始研究道路交通擁堵的判定方法，如侯麗萍[1]基于車道占有率、速度躍遷概率提出一種交通流狀態(tài)評價方法和城市交通行程時間指數(shù)模型；林慧等[2]統(tǒng)計了國內(nèi)多個大中城市的道路擁堵狀況，分析了影響道路交通能力的主要因素，并提出了相應(yīng)的解決措施。但目前沒有形成系統(tǒng)性的理論和規(guī)范來指導(dǎo)城市道路的規(guī)劃和設(shè)計。因此，研究城市道路交通擁堵評價與判定方法具有十分重要的工程意義。

2 城市道路交通擁堵概念及影響因素

2.1 道路交通擁堵概念

國際上對于城市道路交通擁堵并沒有統(tǒng)一概念，但大多數(shù)學(xué)者主要是從交通需求和交通供給關(guān)系來評價交通擁堵，即某一段時間內(nèi)，某條路段或道路交叉口的總車流量大于其通行能力，使得道路上的交通流無法正常通行而在道路上流滯，車輛出現(xiàn)停停走走或排隊的現(xiàn)象。

道路交通擁堵的類型較多，可從擁堵原因、擁堵類型、擁堵程度、擁堵影響范圍等方面來劃分，如表1 所示。

表1 城市道路擁堵分類及特點

2.2 道路交通擁堵影響因素

2.2.1 交通需求

交通需求的大小是導(dǎo)致道路擁堵的直接因素。隨著經(jīng)濟的快速增長和城市化進程的加快，人們的出行質(zhì)量也不斷提高，使得小汽車數(shù)量快速增加，即交通需求增加，這導(dǎo)致城市道路的通行能力和服務(wù)水平難以滿足要求而造成擁堵現(xiàn)象。為了限制交通需求，北京、上海等一線城市出臺了汽車限購政策，大力發(fā)展公共交通，以緩解供需矛盾。

2.2.2 交通供給

城市道路的設(shè)計受土地資源、設(shè)計理念、工程造價等因素的影響，導(dǎo)致其產(chǎn)生交通瓶頸。當(dāng)?shù)缆愤\營超過一定年限，其通行能力會出現(xiàn)一定程度的下降。此外，如果某些道路缺乏有效的交通引導(dǎo)標(biāo)志、交叉口信號燈設(shè)計不合理或道路臨時維修管制等，也會導(dǎo)致道路的通行能力降低，打破了原有交通平衡，引發(fā)偶發(fā)性擁堵。

2.2.3 交通參與者

行人、駕駛員、交通管理者等是城市道路交通的主要參與者，他們對交通擁堵的影響主要體現(xiàn)在：（1）行人亂穿馬路會導(dǎo)致交通秩序混亂，干擾道路通行能力；（2）駕駛員不遵守交通規(guī)則，出現(xiàn)搶占道路、違章停車等不文明的駕駛行為，也會降低道路通行能力；（3）交通管理者的管理手段落后，當(dāng)發(fā)生交通事故后無法快速有效疏導(dǎo)交通流，不能及時發(fā)布交通信息，致使其他駕駛員無法及時了解路況，從而使局部擁堵轉(zhuǎn)換成區(qū)域性擁堵。

2.2.4 交通環(huán)境

影響道路通行能力的外界環(huán)境主要有天氣、路面質(zhì)量、視線條件等，比如在雨雪天氣或大霧天氣，車輛運行速度減小，單位路段的道路車輛比平常有明顯增加，直至出現(xiàn)擁堵；同時，地面上積水或積雪會使其滑動摩擦系數(shù)減小，車輛制動距離更大，容易出現(xiàn)交通事故而造成偶發(fā)性擁堵。

3 城市道路交通擁堵判定方法

3.1 道路擁堵判定標(biāo)準(zhǔn)

相關(guān)研究成果表明，當(dāng)車輛運行速度變化時，交通流運行狀態(tài)會發(fā)生變化，這會降低道路交通運輸效率。不同車道出現(xiàn)交通流狀態(tài)突變的速度有一定程度的區(qū)別，但是相差不大，速度臨界值基本介于32～35 km/h。筆者結(jié)合多年的設(shè)計經(jīng)驗和相關(guān)文獻成果認(rèn)為，車道速度大于35 km/h 交通流就會處于飽和狀態(tài)，建議將城市道路擁堵速度定位35 km/h。

3.2 道路擁堵判定指標(biāo)

影響城市道路擁堵的指標(biāo)眾多，如果逐一分析可能造成效率低下，提高分析成本。在選取道路擁堵程度判定指標(biāo)時，應(yīng)根據(jù)指標(biāo)的重要性程度，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，建立科學(xué)、實用的城市道路擁堵評價體系。在選擇城市道路擁堵判定指標(biāo)時應(yīng)遵循以下原則：（1）全面性。選擇的評價指標(biāo)應(yīng)能全面反映待評價對象的基本特點，以最大限度提高評價結(jié)果的科學(xué)性和說服力；（2）科學(xué)性。評價指標(biāo)應(yīng)以定性指標(biāo)和定量指標(biāo)相結(jié)合，并有足夠的數(shù)據(jù)支撐；（3）可行性。評價指標(biāo)和評價方法不得過于煩瑣，便于設(shè)計人員執(zhí)行。

3.3 道路擁堵判定算法設(shè)計

3.3.1 算法設(shè)計目的

道路擁堵判定算法設(shè)計的主要目標(biāo)就是確定道路擁堵的主要信息，比如擁堵的發(fā)生和結(jié)束時間、擁堵程度、交通流狀態(tài)等，且一定要避免交通擁堵狀態(tài)的誤判，其中為了避免擁堵誤判，可對交通流狀態(tài)進行兩次判定，當(dāng)兩次判定結(jié)果不相同時，需要對擁堵狀態(tài)進行修正。

3.3.2 擁堵判定算法步驟

城市道路擁堵判定算法的計算步驟包括預(yù)判定、最終判定、驗證判定時刻的準(zhǔn)確性等，具體闡述如下：（1）利用參數(shù)速度-占有率比進行道路擁堵程度的預(yù)判定。當(dāng)?shù)缆飞先我卉嚨赖乃俣?占有率比超過臨界值時，可認(rèn)為交通流開始進入交通擁堵狀態(tài)，反之，道路處于非擁堵狀態(tài)。（2）利對t-1（最終判定）、（t預(yù)判定）、t+1（預(yù)判定）時刻道路的交通流狀態(tài)對比，如果三者結(jié)果一致，則預(yù)判結(jié)果為最終判定結(jié)果，否則，重新判定道路交通流狀態(tài)；（3）利用速度差驗證道路開始出現(xiàn)擁堵和擁堵結(jié)束時刻是否準(zhǔn)確。

4 城市道路交通擁堵評價方法

4.1 道路擁堵評價空間和周期

4.1.1 評價空間范圍

道路交通擁堵評價空間范圍指的是發(fā)生擁堵的范圍。根據(jù)交通擁堵的嚴(yán)重程度，其評價空間范圍可劃分成交叉口、路段、區(qū)域路網(wǎng)、城市等。

4.1.2 評價周期

道路交通擁堵評價周期包括長周期擁堵評價和短周期擁堵評價兩大類。

長周期擁堵評價：評價某一時段內(nèi)的道路擁堵狀況，評價周期為日、周、月，甚至以年為評價單位，主要用于擁堵常發(fā)路段的交通狀況分析。

短周期擁堵評價：對道路擁堵情況進行實時評價，以幫助駕駛?cè)藢崟r了解擁堵狀況，選擇最佳路徑出行，同時可避免道路擁堵范圍進一步擴大。

4.2 道路擁堵評價指標(biāo)

為了真實、準(zhǔn)確地反映道路擁堵情況，必須建立全面、科學(xué)的指標(biāo)評價體系。即道路交通擁堵是一項復(fù)雜的交通現(xiàn)象，僅僅依靠單一指標(biāo)無法對擁堵情況進行準(zhǔn)確評價，且各個指標(biāo)之間并不是完全獨立，而是相互，動態(tài)協(xié)調(diào)的?；诮徊婵谥笜?biāo)、路段指標(biāo)、區(qū)域指標(biāo)3 方面建立了完整的道路擁堵評價體系，如表2 所示。

表2 道路擁堵評價指標(biāo)體系組成

5 結(jié)語

本文詳細探討了城市道路交通擁堵的類型、影響因素、判定算法和評價指標(biāo)等，主要得到以下幾方面結(jié)論：（1）道路交通擁堵實際上是道路交通流供需不平衡，影響因素主要有交通需求、交通供給、交通參與者、交通環(huán)境等；（2）城市道路擁堵判定指標(biāo)選擇時應(yīng)遵循全面性、科學(xué)性、可行性原則，可采用速度-占有率比判定道路的交通流狀態(tài)，此時道路擁堵臨界速度可取35 km/h；（3）道路交通擁堵評價周期包括長周期擁堵評價和短周期擁堵評價，前者是評價某一時段內(nèi)的道路擁堵狀況，后者是對道路擁堵情況進行實時評價；（4）道路擁堵各個評價指標(biāo)之間并不是完全獨立，而是相互，動態(tài)協(xié)調(diào)的，可從成交叉口指標(biāo)、路段指標(biāo)、區(qū)域指標(biāo)等方面建立完整的評價體系。