重庆市主城区道路交通运行指数时间特性及影响因素

吴祥国， 张建嵩， 戴许昊

(重庆市交通规划研究院，重庆 401147)

一、引言

随着城市化和交通机动化水平的不断提高，城市交通拥堵问题日益严峻。然而，城市交通拥堵现象具有明显的时变特性，不同季度、月度、星期以及一天内的不同时段均具有各不相同的交通运行特性。针对城市交通拥堵现象，研究人员以浮动车数据为基础，基于不同方法创建了道路交通拥堵指标，通常称为“交通运行指数”，对城市的总体运行状况进行评估[1-8]。北京最早从2006年开始由北京交通发展研究中心开展路网总体拥堵程度的指标研究，形成五级交通指数，并于2011年正式发布。此后，上海、深圳、广州、杭州、武汉等相继发布相关指数并对外发布应用。不同地方的指数略有不同，但一般选择车速、拥堵里程比例、负荷度综合加权、行程时间比等指标进行综合加权确定[4-8]。

重庆自2013年由重庆市交通规划研究院率先开始指数的调研及建设工作，并于2015年逐步应用于交通管理与规划项目、对外发布[9-10]。目前，重庆市已逐步形成交通年报、半年报、季报、月报和周报等层次清晰且完善的报告制度，向上级领导、相关单位以及公众发布交通运行指数。

交通运行指数以道路交通运行车速为基础来反映城市交通运行状况，然而城市道路交通运行车速受多种因素的影响，如时段、天气[11]、是否设置公交专用道以及桥梁限行等，但不同因素对于交通运行指数的影响程度如何、是否显著，以及展现出何种规律，却鲜有研究。本文以重庆市主城区2018年度全年周报数据为基础，开展相关研究。

二、重庆市主城区交通运行指数

从主要输入参数及其特点对比北京、上海、深圳三个城市的指数计算方法，见表1。经综合比选，深圳、上海的交通运行指数算法评价范围广，可连续反映路网拥堵变化，物理意义更强。

表1 典型城市交通运行指数特点

在此基础上，进一步对行程时间比的加权系数及其与交通运行指数的分段对应关系进行适当调整，具体计算步骤如下。

1.计算发布路段的平均车速。路段平均车速是分析交通拥堵指数的基础单元与参数。计算公式如下

(1)

式中，vi为路段i的平均车速，m为路段i所含小路段k且有车速数据的小路段数量，lik为小路段k的长度，vik为小路段k的平均车速。

2.计算路网行程时间比。采用车道数作为行程时间比的加权系数

(2)

式中，TR为路网R范围的行程时间比，αi为加权系数，li为路段i的长度，vi为路段i的平均车速，vi0为路段i的自由流车速，di为路段i的车道数。

3.计算交通运行指数。定义交通运行指数范围(0-10)，设置交通运行指数与行程时间比的函数关系

IR=f(TR)。

(3)

式中，TR为路网R范围的交通运行指数，TR为路网R范围的行程时间比。

三、道路交通运行时间特性分析

(一)高峰小时时段

图1 2018年工作日高峰时段频次分布

重庆市主城区高峰时段在工作日与节假日具有明显的不同，其中工作日具有明显的双峰特征，节假日一般具有单峰特征。在一年的250个工作日中，早高峰起点时刻出现频次最多的为7：40，晚高峰为17：40，见图1。节假日高峰起点时刻一般出现在17:30—17:45，与工作日晚高峰起点时刻基本一致。

(二)年度变化趋势

随着城市交通出行需求的不断增长，城市交通拥堵状况日益严峻，道路交通运行速度不断下降，交通运行指数逐步增长。根据重庆市主城区综合交通信息平台监测，自2015—2018年，主城区工作日高峰道路交通运行速度由23.6km/h逐步下降为23.1km/h，交通运行指数由4.54增长为4.86。

(三)季度时间特性分析

从全年看，主城区工作日高峰道路交通运行指数无论是取值范围还是平均值均高于节假日，其中工作日晚高峰均大于早高峰，拥堵情况更严重，见表2。从各季度来看，工作日早高峰二季度道路交通运行指数最高，一季度最低；工作日晚高峰四季度最高，一季度最低；节假日四季度最高，三季度最低。

注：括号内的数值为季度的取值范围，括号外的数值为季度的平均值。

(四)周时间特性分析

从各周工作日早晚高峰及节假日高峰道路交通运行指数的变化规律来看，总体上随着周期的变化具有基本一致的变化趋势，工作日晚高峰指数略高于早高峰，且均高于节假日高峰1个单位，车速低2～3km/h。随着春节、国庆、元旦等节日的到来与结束，在第4～9、第37～41和第52周的工作日与节假日高峰运行指数均具有一致的降低与升高趋势。临近春节，出现节假日高峰大于早高峰，与晚高峰指数基本持平的现象。

(五)工作日不同天时间特性分析

受节假日调整影响，部分工作日出现在周六和周日。在2018年的250个工作日中，共计7个工作日出现在周六和周日，道路交通运行指数总体略高于普通工作日。在普通工作日中，从平均值和最小值来看，均出现周一特别是周五高于周二至周四的现象，说明周五和周一的道路交通运行压力较大。

(六)工作日不同时刻出行时间特性

道路交通运行指数具有明显的早晚高峰双峰特性，晚高峰略高于早高峰。其中，曲线图底层指数较为平稳的几个工作日均为春节前2～3周的时间运行规律，顶层双峰最明显的两条线分别为国庆、元旦前一周工作日的时间运行规律。不考虑春节等特殊节假日对于工作日运行规律的影响，早晚高峰的运行指数仍然有较大的浮动空间，其中早高峰3.60～5.91，晚高峰4.50～6.23，体现在高峰运行时速方面的浮动值为3～5km/h。

图2 2018年各日高峰道路交通运行指数

四、关键影响因素分析

2018年重庆市主城区产生了多种类型的交通事件，道路交通运行指数随着交通事件的发生而产生复杂变化。本文重点以节假日、天气、桥梁限行以及公交专用道开通等情况作为主要因素，对道路交通运行指数的复杂变化规律进行分析(见图2)。从各关键影响因素类型划分看：节假日的事件分类包括周末(普通周六周日)，国家法定节假日(元旦1月1日、春节2月15—21日、清明节4月5—7日、劳动节4月29日—5月1日、端午节6月16—18日、中秋节9月22—24日、国庆节10月1—7日、元旦12月30—31日)，中小学寒暑假(寒假1月27日—2月25日、暑假7月1日—8月31日)，大中专学生寒暑假(各学校略有不同，寒假1月15日—3月4日，暑假7月16日—9月2日)。桥梁限行情况的事件分类包括牛角沱嘉陵江大桥施工禁止社会车辆通行，渝澳大桥、嘉华大桥、黄花园大桥工作日针对社会车辆实施尾号限行(4月21日—10月17日)。工作日公交专用道开通情况的事件分类包括2017年12月12日12km、2018年8月7日31km、2018年8月15日35km、2018年8月28日48km、2018年9月5日50km、2018年9月12日62km、2018年10月31日71km、2018年11月7日81km、2018年12月26日109km。关于天气情况的事件分类包括晴天(晴、晴转多云、多云转晴、多云)，阴天(阴、阴转多云、多云转阴)，雨天(小雨、阴转小雨、小雨转阴、阵雨转多云、阵雨、中雨、中雨转小雨、中雨、中雨转多云、小雨转多云、多云转小雨、阴转阵雨、阵雨转阴、阵雨转小雨、阴转中雨、多云转阵雨、小雨转中雨、大雨、雨夹雪)。进一步运用股价图对各类因素进行分析，其中股价图的成交量取指数平均值，开盘取75%分位值，盘高取最大值，盘低取最小值，收盘取25%分位值。

图3 节假日情况对于道路高峰运行指数的影响

(一)节假日情况

综合考虑节假日相关因素，分析其中的复杂交叉关系，对工作日以及节假日类型可以细分为以下五类：春节、其他法定节假日、周末、工作日、工作日(寒暑假)。由图3可知，工作日高峰道路交通运行指数最高为5.06，春节期间最低为2.51。从波动性来看，春节期间最小，其他法定节假日与周末差距不大，工作日与工作日(寒暑假)波动性相对较大。工作日75%分位值为5.23，存在25%以上的极端高值，从时间分布图上来看主要出现在9—10月份，与学校集中开学以及中秋与国庆附近的集中商务活动等紧密相关；工作日(寒暑假)25%分位值为4.3，存在25%以下的极端低值，从时间分布图上看主要出现在2—3月份，与学校放寒假、务工人员返乡过年等活动有关。

图4 天气情况对于道路高峰运行指数的影响

(二)天气情况

将天气情况归纳为晴天、阴天、雨天三类，主要针对工作日(去掉周末以及法定节假日)的高峰道路交通运行情况进行分析。由图4可知，晴天、阴天天气的平均值差距不大，均在4.8左右，下雨天气的平均值相对较大，为5.11。从波动性分析，晴天、阴天的波动性均较大，而雨天相对较小。下雨天气的最大值和最小值均相对晴天、阴天的指数大，说明下雨天气道路交通拥堵情况相对严重。

(三)桥梁限行因素

图5 桥梁限行对于道路高峰运行指数的影响

自2018年4月21日—10月17日，牛角沱嘉陵江大桥大修施工，禁止社会车辆通行，渝澳大桥、嘉华大桥、黄花园大桥工作日针对社会车辆实施尾号限行。由股价图5可知，限行前后的平均值基本一致，均在4.9左右。受节假日以及学生放假等事件的影响，限行前后指数均有一定的波动，但25%～75%分位值的指数值基本一致，均在4.6～5.1之间，可见限行期间采取的交通管理措施有效保障了道路的稳定运行。

(四)公交专用道开通因素

受公交都市试点考核的影响，2018年下半年密集开通了近100公里的公交专用道。从对应时段工作日高峰道路交通运行指数平均值来看，自公交专用道12km增长为31km、62km增长为71km时，指数均出现下降，但并未出现随着公交专用道长度的增加而持续增加的现象。对指数均值与公交专用道长度进行一元线性回归分析，在样本量仅有9组的状况下，R2仅为0.66，可见相关性并不大。

五、单因素方差分析

(一)工作日与节假日分析

采用单因素方差分析法对影响主城区高峰道路交通运行指数的节假日与工作日情况进行分析。首先，对2018年365天的运行指数进行正态性检验发现，指数并不完全符合正态分布，其中工作日、工作日(寒暑假)的正态性检验值不显著，K-S和S-W检验值sig.均小于0.01。

对数据进行正态性转换，经检验满足正态分布。对工作日与节假日情况开展单因素方差分析发现sig.<0.01，说明节假日情况对于道路高峰运行指数具有显著的差异性。

进一步开展多重比较，发现周末与其他法定节假日之间并无显著性差异，春节、周末与其他法定节假日、工作日、工作日(寒暑假)之间具有显著的差异性。

(二)其他因素分析

公交专用道、桥梁限行情况主要针对工作日实施，进一步采用相同的方法针对天气、桥梁限行情况以及公交专用道开通情况进行单因素方差分析。

通过天气情况的单因素方差分析，发现晴天和阴天之间的显著性sig.为0.241，晴天、阴天与下雨天之间的显著性sig.分别为0.00、0.01。在显著性水平0.05情况下，晴天、阴天与下雨天之间具有显著的差异性，晴天和阴天之间的差异性不显著。

通过桥梁限行情况的单因素方差分析，发现桥梁限行与不限行的显著性sig.为0.994，在显著性水平0.05情况下，桥梁限行与不限行的差异性不显著。

通过公交专用道长度的单因素方差分析，发现不同长度的公交专用道显著性sig.为0.00，说明各长度情况下具有显著的差异性。进一步开展多重比较，在显著性水平0.05情况下，部分专用道长度之间存在显著的差异性。进一步结合开通时间来看，从31 km至109 km的间隔时间较短，道路交通运行指数较易受其他因素的影响，难以通过本分析得出公交专用道开通对于道路交通运行指数的影响是否显著。

六、结语

以重庆市主城区2018年交通运行周报发布的道路交通运行指数数据为基础，分析其时间运行特性，总结了工作日与节假日、天气、桥梁限行、公交专用道开通长度等因素的影响规律，并采用单因素方差分析法研究相关影响因素的差异显著性。具体表现为以下两方面：主城区高峰道路交通运行指数在各季度、周期、工作日以及工作日的不同时刻展现出规律性的运行时间特性；通过影响因素归类分析与单因素方差分析发现，主城区高峰道路交通运行指数受节假日、天气的影响显著，受桥梁限行的影响不显著，受公交专用道开通的影响较难判断。