基于熵權TOPSIS 法的浙江省大型城市交通擁堵特征分析

盧而侃,饒 瑤,陳子安

（浙江省交通運輸科學研究院交通發展研究中心，浙江 杭州 310012）

0 引言

伴隨著私人小汽車保有量的快速增長，城市交通需求與交通供給之間的矛盾日趨尖銳，道路交通擁堵現象越來越嚴重。為了從交通擁堵發生的根源上找出緩解、控制城市交通擁堵的辦法，除了對城市交通擁堵特征分析以外，有必要確定適當的擁堵指標，根據具體交通指標參數對擁堵進行定量評價。

國外發達國家20 世紀50 年代開始對擁堵指標進行研究。Francois 和Willis、Schwartz 等建議對擁堵進行量化，并提出了許多量化的性能指標[1]；Cesar 指出了出行時間為擁堵管理性能指標的優點，進一步探討了出行時間和速度的數據收集方法[2]。國內對道路交通擁堵的理論研究主要包括道路交通擁堵的一般特性、擁堵機理和擁堵程度的研究[3-8]。鄧衛等基于高速公路交通突變理論，提出了在確認交通擁堵出現的同時判別交通擁堵類型的算法；談曉潔等研究了擁堵的空間分布特點及其發展趨勢，提出了一種空間分布判別方法；佟炳勛從交通擁堵與道路服務水平的關系出發，對道路交通擁堵進行了界定；裴玉龍等提出了應用動態分配模型進行擁堵機理分析的三種途徑，進一步討論了使用隨機型瞬時動態用戶最優分配模型對交通擁堵機理進行分析的方法；達慶東等研究了流量與占有率之間的關系，提出了確定擁堵小時的相似度量法；孟路等使用模糊數學工具對城市道路網絡的擁堵度進行模糊識別，以此判斷道路交通狀況。

這些研究填補了我國在這一領域的空白，對進行城市交通擁堵管理提供了基礎條件，但一些方面還有待進一步研究和探討，如擁堵指標的選擇、擁堵評價指標體系的建立、擁堵的量化評價等，該文致力于填補這些空缺。

1 城市交通擁堵指標體系構建

該文從時間、速度、里程三個維度構建了由城區高峰時段擁堵路網長度、嚴重擁堵里程占比、擁堵里程比例、信控路口通行延誤、通勤高峰擁堵指數、周末擁堵指數、路網平均速度、高峰時段公共汽電車平均運行時速、通勤高峰實際速度、周末實際速度、1 h 內通勤比重等基礎指標與城市交通運行綜合指數這一綜合性指標組成的城市交通擁堵指標體系，見表1。

表1 城市交通擁堵指標體系

1.1 基礎指標

從時間維度選擇了信控路口通行延誤、1 h 內通勤比重、通勤高峰擁堵指數、周末擁堵指數4 個指標；從速度維度選擇了路網平均速度、高峰時段公共汽電車平均運行時速、通勤高峰實際速度、周末實際速度4 個指標；從里程維度選擇了城區高峰時段擁堵路網長度、嚴重擁堵里程占比以及擁堵里程比例3 個指標。

1.2 城市交通運行綜合指數

城市交通運行綜合指數是用來刻畫城市交通運行狀況的綜合性指標，主要通過熵權TOPSIS 法來確定各評價指標的權重后加權計算得到。

熵權TOPSIS 法用于研究評價對象與“理想解”的距離情況，結合“理想解”（正理想解和負理想解），計算得到最終接近程度C 值。熵權TOPSIS 法核心在于TOPSIS，但在計算數據時，首先會利用熵值（熵權法）計算得到各評價指標的權重，并且將評價指標數據與權重相乘，得到新的數據，利用新數據進行TOPSIS 法研究。

2 浙江省大型城市交通擁堵特征分析

2.1 基礎指標分析

通過網絡搜索、爬蟲等方式獲取到五個大型城市的相關基礎指標數值之后，分時間、速度、里程三個維度進行分析，基礎指標數值見表2。

表2 基礎指標數值

2.1.1 從時間維度來看

臺州市信控路口通行延誤時間最長（約48.06 s），溫州市最短（僅39.45 s）。浙江省的Ⅱ型大城市中，臺州市信控路口通行延誤時間分別是溫州市和紹興市的1.2倍和1.1 倍。總體來說，信控路口通行延誤時間與城市規模之間沒有很明顯的相關性，杭州與寧波的該項指標均優于臺州。

杭州市1 h 內通勤比重最小（約89.66%），臺州市最大（達95.82%）。浙江省的Ⅱ型大城市中，臺州市1 h內通勤比重比溫州市和紹興市分別略高0.88%和2.33%。總體來說，1 h 內通勤比重與城市規模呈負相關，紹興市該項指標相對落后。

杭州市通勤高峰擁堵指數最大（約1.73），紹興市最小（僅1.24）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市通勤高峰擁堵指數最大（達1.366），比紹興市和臺州市分別略大0.126 和0.055。總體來說，通勤高峰擁堵指數與城市規模呈正相關。

杭州市周末擁堵指數最大（約1.553），紹興市最小（僅1.18）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市通勤高峰擁堵指數最大（達1.25），比紹興市和臺州市分別略大0.07 和0.007。總體來說，周末擁堵指數與城市規模呈正相關，時間維度下基礎指標情況見圖1。

圖1 時間維度下的基礎指標

2.1.2 從速度維度來看

寧波市路網平均速度最快（約33.4 km/h），臺州市最慢（僅24.3 km/h）。浙江省的Ⅱ型大城市中，臺州市路網平均速度最慢，比溫州市和紹興市分別慢6.2 km/h 和5.5 km/h。作為Ⅰ型大城市的寧波市路網平均速度比三個Ⅱ型大城市更快，而臺州市該項指標竟比杭州市慢3.4 km/h。

杭州市高峰時段公共汽電車平均運行時速最慢（16.11 km/h），紹興市最快（達18.1 km/h）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市高峰時段公共汽電車平均運行時速最慢（16.99 km/h），比紹興市和臺州市分別慢1.11 km/h和0.25 km/h。總體來說，高峰時段公共汽電車平均運行時速與城市規模呈負相關。

杭州市通勤高峰實際速度最慢（30.33 km/h），臺州市最快（達37.2 km/h）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市通勤高峰實際速度最慢（33.96 km/h），比紹興市和臺州市分別慢3.06 km/h 和3.24 km/h。總體來說，通勤高峰實際速度與城市規模呈負相關，值得一提的是，寧波市該項指標較為優秀，而溫州市則較落后。

杭州市周末實際速度最慢（33.44 km/h），寧波市最快（達40.42 km/h）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市周末實際速度最慢（36.71 km/h），比紹興市和臺州市分別慢2.09 km/h 和2.25 km/h。總體來說，周末實際速度與城市規模呈負相關。寧波市該項指標極為優秀，周末實際速度甚至比三個Ⅱ型大城市更快，速度維度下基礎指標情況見圖2。

圖2 速度維度下的基礎指標

2.1.3 從里程維度來看

杭州市高峰期擁堵路網里程最長（約59.3 km），紹興市最短（僅2.6 km）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市高峰期擁堵路網里程最長（達44.5 km），分別是紹興市和臺州市的17 倍和1.5 倍。作為Ⅱ型大城市的溫州市高峰期擁堵里程甚至比I 型大城市寧波更長，總體來說，高峰期擁堵路網里程與城市規模呈正相關。值得一提的是，寧波市該項指標較為優秀，而溫州市則較落后。

杭州市嚴重擁堵里程占比最大（約5.8%），臺州市最小（僅1.5%）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市嚴重擁堵里程占比最大（達5.4%），分別是紹興市和臺州市的1.8 倍和3.6 倍。作為Ⅱ型大城市的溫州市嚴重擁堵里程占比甚至比Ⅰ型大城市寧波更大。總體來說，嚴重擁堵里程占比與城市規模呈正相關。寧波市該項指標較為優秀，而溫州市則較落后。

杭州市擁堵里程比例最大（約8.6%），臺州市最小（僅3%）。浙江省的Ⅱ型大城市中，溫州市堵里程比例最大（達7.1%），分別是紹興市和臺州市的1.9 倍和2.4 倍。作為Ⅰ型大城市的溫州市堵里程比例甚至比Ⅰ型大城市寧波更大。總體來說，擁堵里程比例與城市規模呈正相關。寧波市該項指標較為優秀，而溫州市則較落后。里程維度下基礎指標情況見圖3。

2.2 綜合指數分析

以上述基礎指標數值為基礎，采用熵權TOPSIS 法，得到綜合性指標數值，并進行分析，各指標的權重系數計算結果見表3。

表3 各指標權重系數

從各項指標的權重來看，“嚴重擁堵里程占比”的權重占比最高（達12.65%），“城區高峰時段擁堵路網長度”“擁堵里程比例”“信控路口通行延誤”“高峰時段公共汽電車平均運行時速”四個指標的權重均大于10%，周末擁堵指數的權重最小（僅6.9%）。“嚴重擁堵里程占比”指標權重最大，一方面從數據層面說明不同城市這兩項指標的方差較大，另一方面亦說明城市的嚴重擁堵里程占比越小，城市交通運行水平越高，綜合性指標數值計算結果見圖4。

圖4 綜合指數與城市人口規模關系

從最終計算結果來看，城市交通運行水平最佳到最差依次為紹興市（0.727）、臺州市（0.592）、寧波市（0.583）、溫州市（0.508）、杭州市（0.109）。

總體來說，城市交通運行綜合指數與城市規模呈負相關。寧波市雖然屬于Ⅰ型大城市，但其綜合指數比Ⅱ型城市的溫州還高。

3 結論

該文從時間、速度、里程三個維度構建了由11 個基礎指標與城市交通運行綜合指數組成的城市交通擁堵指標體系。并對浙江省五個大型城市各自的擁堵特征、水平進行分析。得到結論如下：

從基礎指標來看，絕大多數指標均與城市人口規模有較強的相關性。但也有個例，如臺州市信控路口通行延誤時間最長（約48.06 s），寧波市多項指標較為優秀，溫州市部分指標較落后等。從綜合指標來看，城市交通運行水平從優到劣依次為紹興、臺州、寧波、溫州、杭州。而且，城市交通運行水平基本與城市人口規模呈負相關。寧波的城市交通運行水平相當高，甚至高于城市人口規模小于它的溫州市。