大中城市机动车保有量预警研究——以大连市为例

王立颖

（辽宁警察学院 治安管理系，辽宁 大连116036）

一、引 言

随着中国经济发展和汽车时代的到来，城市交通拥堵和环境污染成为最难以治理的顽疾。道路的修建跟不上车辆的增长，汽车尾气排放成为PM2.5的重要组成。怎样才能在城市管理中提前对车辆增长及与之相适应的道路建设做出合理设计并提前实施，从源头上改善交通拥堵和环境污染，这就需要建立一套对机动车保有量及交通管理预警的方法和体系，使城市整个交通系统始终处于良性发展状态，这对于实现城市交通可持续发展具有重要的理论价值和现实意义。

目前关于机动车保有量的研究主要集中在预测方法的研究。而利用预警理论对机动车保有量预警的研究较少。林峰等人从经济学角度对机动车保有量与城市主干道的相关性进行了研究，提出了机动车保有量预测模型和路网容量规划模型［1］。程继夏分析了机动车保有量和城市环境容量的关系，并建立了城市环境容量饱和度的计算公式［2］。彭福海分析了机动车保有量与路网承载力水平的关系，提出了机动车出行量预测模型，计算出机动车保有量控制规模［3］。以上文献虽未以预警为目标，但提出了机动车保有量与城市道路环境协调发展的双预测模型或计算公式，是进一步实施对机动车保有量预警的基础。张占峰、王勇利用预警理论，建立了一套城市机动车保有量预警系统，提出利用城市道路容量饱和度计算模型来对城市汽车保有量进行预警，并以重庆市为实证分析了汽车保有量与城市道路网络状况的预警信息［4］。但其只是进行了重庆市一年的警情分析，缺少对警情变化趋势的研究。本文运用预警理论建立机动车保有量警情体系，并利用时空消耗理论对城市路网容量饱和度进行分析计算，研究过程中采取统计结合模型的实证研究方法，提取大连市2005～2014年10年的机动车保有量和道路数据进行计算，并以统计报表和趋势图进行对比分析，对大连市路网承载能力进行警情分析评价。希望对城市交通的协调发展和政策制定提供事实依据。

二、研究设计

预警是对管理系统中不良状态进行检测和评估的基础上，对风险可能导致的危机所做的早期预报［5］。饱和度分析是评价道路网服务水平的重要指标，反映了交通供给与交通需求的匹配状况［6］。根据主成分分析方法，剔除次要因素，保留主要因素。机动车保有量警情体系设计原则即为：将城市的机动车出行总量与城市道路畅通条件的路网容量进行比较，计算出路网容量的饱和度，给出警情预报等级，从而能够适时对机动车保有量进行预警，合理调节增长速度。

1.机动车保有量警情体系建立

警情是指城市机动车保有量与城市路网容量的承载能力状态。即对交通安全、道路拥堵、行车环境等影响状况给出机动车保有量是否得到控制的一种预警状态。20世纪80年代，法国工程师路易斯·马尚从道路设施的时空资源角度提出了城市资源的时空消耗概念。在该概念下的路网容量是指城市路网这个具有时空属性的容器内，可以为之服务的交通个体数量。对于路网来说，在一定时期内资源都是有限的、相对稳定的。交通流中的任何一个交通个体都会占用道路设施一定的时间和空间，而其他交通个体只能使用除此之外的时空资源［7］。依据该理论，警情体系将交通个体（机动车）占用道路设施（路网容量）的饱和度（设为η）作为基本衡量指标，预警等级按路车供需关系划分为冷热两个区五级。以供需平衡为分割点（即η＝1），供大于求时为冷区，供小于求时为热区。冷区以绿色和蓝色标识。当路网饱和度小于80%时，即η≤0.8，车少路多，道路畅通，为绿色预警；当路网饱和度大于80%至饱和时，即0.8＜η≤1.0，车路协同，基本畅通，为蓝色预警。热区以黄色、橙色和红色标识，当机动车保有量大于道路容量20%以内，即1.0＜η≤1.2，车多路少不太畅通，为黄色预警；当机动车保有量大于道路容量20%至40%，即1.2＜η≤1.4，车流拥挤不畅通，为橙色预警；当机动车保有量大于道路容量40%以上，即η＞1.4事故频发拥堵不堪，为红色预警。机动车保有量警情体系如表1所示。

表1 机动车保有量警情体系

2.预警模型设计

本文假定在道路基本畅通的情况下（平均时速20 km／h），计算动态车辆之间保持的最小间距，从而对城市道路路网容量进行计算，最后和城市标准当量的小型汽车保有量进行比较，以判断机动车保有量饱和情况，从而判断该城市机动车保有量是属于什么警情等级。

设计城市机动车保有量预警的基本模型步骤如下：

（1）标准车型当量换算及出行校正换算

城市机动车保有量主要包括摩托车、小型车、中型车、大型车，计算过程需要将不同类型机动车转换成标准小型车当量，并进行出行校正，得到城市当前实际拥有的标准小型车当量保有量。根据《公路工程技术标准》和《城市道路设计标准》的车辆转换系数［8］［9］，不同类型机动车的转换系数如表2所示。实际路上行驶的机动车数量受到很多因素的影响，根据2013年辽宁省公安厅应用创新项目《城市主次干道沿线小区出行交通量对干线交通的影响》的调研数据［10］，分别对摩托车、小型车、中型车、大型车出行校正系数确定为0.6、0.8、0.7、0.6，如表2所示。

表2 标准小型车当量换算系数及出行校正系数

根据城市各类机动车辆的统计数据分别乘以当量换算系数和出行校正系数便可以计算出标准小型车当量下的机动车出行总量（用M表示）。

（2）确定城市道路动态车辆间的最小车头距离（动态行驶标准车长）

基本通行能力是道路和交通都处于理想条件下，标准车辆以最小的车头间距连续行驶的理想交通流，在单位时间内通过道路断面的车辆数，是理论上能通行的最大交通量。理想状态下，建立车流计算模式，所得出的最大交通通过量，车头最小间隔即车辆在动态过程中保持的最小距离，如图1所示。

具体计算公式如下［11］：

其中，l0为动态车头最小间距，单位m；l反为驾驶人反应时间内车辆行驶的距离，单位m；l制为车辆的制动距离，单位m；l安为车辆间保持的安全距离，单位m，一般取2m；l车为标准车辆静态长度，单位m；按照标准小型车车长6m；t为驾驶人反应时间，单位s，通常取1s；v为行车速度，单位km／h；φ为轮胎与路面附着系数，干燥混凝土路面取0.6～0.8。

（3）城市路网容量计算

城市道路容量计算的几个假定条件：一是路上行驶的各种机动车辆需要折算为标准当量小型车；二是车辆在城市道路上基本通畅，假定平均车速为20km／h；三是考虑路口及一些瓶颈路段对道路通畅能力的影响。

根据动态车辆最小距离和城市道路网络，保证城市道路通畅条件下，确定城市道路网络的交通容量，即城市路网通畅情况下所能容纳的标准小型车当量。

设每辆标准车辆在城市道路基本畅通情况下，行驶占用的道路面积为S，其计算方法为：

其中，b为标准车辆在正常行驶下所占道路宽度，通常取车道宽度，单位m。

道路交通容量计算公式［12］：

其中，Q为城市道路容量，城市道路拥堵状况主要集中在上下班高峰期，所以道路容量是高峰时段所能容纳的车辆数；A为城市道路网络车行道总面积，单位m2；a为机动车占用车行道的面积率，0.75～0.95，各城市视具体情况不同；B为围转系数，高峰小时T内路网对于标准车可重复使用的系数，可用高峰小时T除以标准车使用道路面积的时间t；C为路口等因素而降低道路网络容量的系数，根据《城市道路设计》中的规定，取C＝0.4；D为道路综合使用系数，0.7～0.9，通常取0.75；S为每辆标准车辆在城市道路基本畅通情况下，行驶占用的道路面积；e为高峰时段的出车率。

（4）道路交通容量饱和度计算及警情评价

道路交通容量饱和度，η＝M／Q。其中，M为前文步骤（1）中当量换算及出行校正后计算出的城市标准小型车出行总量；Q为前文步骤（3）中计算出的城市路网容量。将城市道路路网能容纳的小型车当量和城市实际拥有小型车当量保有量对比，判断城市机动车保有量是否饱和。如果实际拥有的标准小型车保有量超过城市路网可以容纳的小型车当量，城市机动车保有量已经饱和。然后将η与前文中的警情体系相对比，找出对应的警情。

三、数据统计与实证分析

1.研究对象选取

所谓大中城市机动车保有量研究，主要指一线和二线城市。全国共有一线城市4个，二线城市36个，其中二线城市又分为四类，二线强11个、二线中12个、二线弱7个和准二线6个。首先放弃不具有代表性的一线城市和二线弱及准二线城市，二线强和二线中代表了最有发展潜力的中国发达城市；其次依据各城市政治地位、经济实力、城市规模、区域辐射力等要素定位于二线强城市；最后结合数据易得性和可靠性选择计划单列市大连市作为研究对象。

2.大连市机动车保有量及道路网络统计

（1）大连市主城区机动车统计

据大连市交通部门提供的数据统计，截至2014年底全市机动车保有量为1 369 041辆。2005～2014年10年间，全市（包括主城区、金州区、旅顺口区、普兰店市、瓦房店市、庄河市和长海县）机动车总量以每年10%以上的速度增长，2011年突破100万辆。10年间增长近2倍，其中以载客汽车增长为主，10年翻了两番多。为了研究的准确性，本文实际以最为拥堵的及管理最难的主城区机动车保有量和道路路网面积统计数据为计算依据。根据大连市公安局交通警察支队车辆管理所提供的截至2014年大连市城区（市内五区，含新划高新区）机动车保有量十年统计数据见表3。

表3 大连市主城区2005～2014年机动车保有量统计（单位：辆）

（2）大连市主城区路网容量统计

据大连市交通部门提供的数据显示，截至2014年，大连市道路总长度3101.8公里，总面积4467.8万平方米。其中主城区道路总长度820.4公里，总面积1513.1万平方米，车行道总面积982.8万平方米。10年间市区的路网容量呈不断增长的趋势，总长度和总面积均增长1倍左右，其中2006年和2007年的增长超过30%，2009年之后增长较慢。

表4 大连市主城区2005～2014年道路路网统计

3.大连市主城区标准当量小型车保有量计算

机动车中的其他汽车（指三轮农用车和低速载货车）、轮式拖拉机、挂车基本不进入主城区，主城区主要是载客、载货汽车和摩托车，载客和载货汽车又可区分为小型车、中型车、大型车，为方便起见，计算过程需要将不同类型机动车转换成标准小型车当量并进行出行校正。根据表2的换算与校正方法，对大连市主城区各类型车辆当量换算及校正后数据见表5。

表5 大连市主城区2005～2014年各类型车辆当量换算及出行校正后保有量统计（单位：辆）

4.大连市主城区道路路网容量计算

按照国家城市道路畅通工程的最低标准，结合大连市的地理环境和道路情况，汽车最低行驶平均速度取v＝20km／h，轮胎与地面的附着系数φ取0.7。由公式（1）计算求得大连市主城区动态车辆最小车头距离l0＝15.81m。由于大连市主城区道路面积相对紧张，车道宽度相对较窄，大部分车道宽度遵照国家标准下限，平均车道宽度b取3.0m。由公式（2）计算求得标准小型车行驶时占用道路面积S为47.43m2。另外，大连市因地形原因，设置非机动车道较少，大约只有1／3道路设有非机动车道，因此机动车占用率a值取0.9；根据大连市主城区机动车运行实际调查，高峰时段围转系数B取3，高峰时段出车率e取0.4，路口等因素影响容量系数C取0.4，道路网综合使用系数D取0.75。根据表4所统计的道路路网数据，代入公式（3）可以得到2005～2014年主城区各年度的道路容量Q值，见表6。

表6 大连市主城区2005～2014年道路容量Q值计算

5.道路交通网络饱和度与机动车保有量警情体系对比分析

根据上两步的计算，2014年高峰期大连市主城区行驶的标准当量小型车M为506 899辆，大连市主城区道路路网目前能容纳的标准当量小汽车保有量Q为419 602辆。大连市主城区道路交通容量饱和度η＝M／Q＝506 899／419 602＝1.208 047 149 4≈1.21。将η＝1.21与前文中构建的机动车保有量警情体系相对比，可判断出此警情等级为橙色预警。根据此模型可计算出大连市主城区2005～2014年10年间的交通路网饱和度和警情状态，见表7。

表7 大连市主城区2005～2014年路网饱和度与警情状态

根据以上研究，对大连市主城区2005～2014年10年间的机动车保有量、道路网络容量和路网饱和度警情进行共图分析，见图2。为了便于图形展示，机动车保有量单位取百万辆，道路网络容量单位取千万平方米。

如图2所示，机动车保有量、路网容量、路网饱和度均呈现增长趋势，其中机动车保有量增长幅度最大，平均年增长率超过12%，其中2010年增幅最大，达到18%，2013年增幅最小，为5.95%。路网容量也在不断增加，2005～2008年增加较大，高于机动车增长，2008年以后增加明显缓于机动车增长，这也是造成路网饱和度增加的原因，其中2007～2009年处于绿色区，和路网面积增加较快有关系，如图3所示。

图2 2005～2014年大连市主城区机动车保有量、 路网容量和路网饱和度警限分析

图3 2005～2014年大连市主城区机动车保有量、车行道总面积增长率分析

四、结论及建议

城市机动车保有量预警警情体系的建立为饱受堵车和环境污染的大中型城市的机动车发展政策、城市路网建设规划提供了具体可靠的预警方法。

（1）取大连市2005～2014年10年的主城区机动车保有量、车行道总面积及相关影响因子经预警模型计算，得到各年度的路网饱和度警限η值，呈现总体上升趋势，从绿色预警逐渐进入橙色预警，城市拥堵和污染程度不断加重，与实际交通状况和驾驶人出行体验相吻合。证明该预警模型是科学的、有效的、实用的。

（2）随着城市规模和经济的发展，机动车增长率具有一定的稳定性，这与市民生活水平相一致；路网容量增长率呈现总体下降趋势，远远跟不上机动车增长率，这与主城区人口增加和土地供给不足关系密切。从图3可以发现，在2007～2010年间，机动车增长率和行车道面积增长率出现严重背离现象，这是缺乏预警机制而致规划不科学所造成的，也给后来的路网规划建设造成不良影响。

（3）机动车增长应该与路网容量供给形成良性协同发展，在城市土地供给不足的情况下，应该限制机动车增长速度。以大连为例，应保持在10%以下的增长率，以避免进入红灯区；在道路规划上应该向空中和地下发展，以拓展路网容量，保证每年有不低于5%的增长率；机动车保有量警限值应该保持在1.2以下，二线以下城市应保持在1.0以下，以保障交通畅通，减少污染。

对于不同的危机警情区域，可以采取不同的应对策略，但涉及基础设施建设的策略应有足够的提前量，涉及限制的策略应有充分的论证。例如针对目前大连市的橙色预警应对策略应以交通限制为主，辅助公共交通与轨道交通策略。在交通限制策略中，主要实施限制通行、限制停放和限制出行中的“错峰出行”，单行线可有序实施，其他限制通行措施可广泛的运用。在公共交通策略中应该推行短距离电瓶公交，为居民在繁华区域的交通提供便利；轨道交通由于建设周期长，此时可能处于建设后期或已完工，应该大量引导市民乘坐轨道交通出行。

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