济南交通拥堵影响因素分析及对策

聂智磊 季小妹 陈 建

（齐鲁工业大学(山东省科学院)山东省科技发展战略研究所，济南 250014）

1 济南交通拥堵的背景及研究现状

城市发展离不开交通运输，交通拥堵已变成城市一种普遍现象并带来诸多危害[1]，济南也正面临着交通拥堵的困扰。济南是山东省省会，地理条件特殊。它位于山东省中西部，地势南高北低，有丰富的地下泉源，但不利于地下轨道交通建设。在济南交通面积一定、道路建设不会大幅改变的前提下，如何缓解交通拥堵、提升交通效能成为济南发展面临的重要问题。

本文从交通拥堵的定义、造成交通拥堵的原因、交通拥堵影响指标的选取及交通拥堵的治理四个方面进行研究梳理。交通拥堵是指在某个时间区间内，道路总流通车辆大于最大负荷量，道路上的车辆不能顺畅通行而停滞于道路路面的现象[2]。Cason 等[3]研究得到造成交通拥堵原因有：一是高峰期出行；二是汽车供给量增多；三是自然灾害引发的道路不畅通；四是交通事故造成部分道路拥挤。国外主要用路段速度、道路交通密度、出行时长和车流量等指标对交通拥堵进行表示[4]，如Francois 等[5]对交通拥堵定量处理，设计大量的性能指标。国内研究则侧重于影响因素及治理策略的研究，如：黎靖[6]根据社会实践调研研究重庆交通拥堵影响因素。赵辉[7]研究北京交通拥堵原因，从需求和供给的角度选择交通拥堵影响指标。王丽艳等[8]基于公共管理视角从公共空间资源配置、城市土地利用与产权形态、公共服务供给三方面构建天津市交通拥堵影响指标。田荟汝[9]研究济南交通拥堵产生的原因，从交通供给、交通需求、交通制度三个方面提出缓解济南交通拥堵策略。王慧颖[10]研究济南公共交通体系，从信息化技术角度改善公共交通体系的问题。

综合来看，交通拥堵影响因素是分析区域交通状况的基础，对于区域交通治理有重要意义。本文以2001-2018 年作为研究时段，分析济南交通拥堵状况的多年份连续变化，探讨其影响因素，进而提出缓解济南交通拥堵的对策。

2 研究方法的选取

主成分分析法。主成分分析法中的因子分析是一种降维方法，通过提取共性因子，将不同的变量进行降维处理。SPSS25 软件可用于执行因子分析的全部过程。输出特征值大于1 的因子为主成分，累计百分比大于80%则认为解释结果有效。

采取主成分分析法分析理由在于：导致济南城市交通拥堵有诸多因素，这些影响因素中有些是具有相关性的，主成分分析法可以将多个影响因素进行合成，提取有共性的并且少于原先设定的因素个数，合成的主成分之间不相关，并且尽可能保持原有信息量，降低问题本身的复杂性。

3 指标体系的建立

将影响交通拥堵的指标量化，结合《济南统计年鉴》[11]，选取2001-2018 年的10 个影响指标：X1道路长度（公里）、X2道路面积（万平方米）、X3立交桥（座）、X4公共汽车（辆）、X5公路客运量（万人）、X6人口密度（人/平方公里）、X7私人汽车（百辆）、X8出租汽车（辆）、X9城市交通事故（起）、X10建成区绿化覆盖率（%），构建济南交通拥堵评价指标体系。

按照指标的内涵和主成分分析的便利，将正向指标定义为缓解交通拥堵程度的指标，负向指标定义为促进交通拥堵程度的指标。X1-X5为正向指标，X6-X10为负向指标。

4 济南市交通拥堵现状

4.1 数据标准化

由于指标量纲、单位不同，对评价指标原始数据按式（1）、式（2）进行0-1 区间的标准化处理，处理后的标准化得分如图1、图2 所示。

图1 正向指标标准化得分变化趋势

图2 负向指标标准化得分变化趋势

式中：rij下标i表示年份，j表示指标序数；min(Xj)、max(Xj)分别表示第j个指标中数据值的最小值与最大值，rij代表经过标准化后的数值。

根据以上标准化过程，得分的内涵为：标准化得分越高，越不拥堵；得分越低，越拥堵。

从图1 可知：除公路客运量指标以外，其他指标标准化得分总体呈现上升趋势。公路客运量指标得分在2001-2006 年变化较稳定，2007 年和2014 年变化较大，2015-2018 年又趋于稳定，但总量有所下降。由原始数据得知，2007 年公路客运量比2006 年增长了近1.3 倍，而在2014 年数据值急剧下降。立交桥数量在2005 年变化较大，同比2004 年增长了3 倍。道路长度在2001-2006 年和2009-2018 年年平均增长率分别为9.25%和5.40%，而在2007-2009 年增长率高达31.84%。

由图2 可知：标准化后的指标得分总体呈现下降趋势，因为是负向指标，与原始数据变化正好相反。原始数据显示：从2001-2007 年，建成区绿化覆盖率与城市交通事故变化趋势相反，在2005 年分别达到此期间的波峰和波谷，2008-2018年两者变化趋于一致。2002 年出租汽车数量较前一年相比下降25.26%，2001-2004 年出租汽车年平均下降率达到10.1%，2005-2018 年数量逐渐增长。人口密度的变化2001-2006 年原始数据匀速增长，2007-2012 年增长波动不大，数据量较稳定，2013-2018 年又呈现直线上升趋势。私人汽车数目2002-2018 年增长稳定，呈直线趋势上涨。

4.2 主成分分析

采用SP SS 中的主成分分析法[12]对这10个影响因素进行降维处理，特征值大于1 的作为主成分，最终所得的主成分累计贡献率达到85%即可选取为主成分。进行KMO 和巴特利特球形度检验，KMO 值越接近1 则变量之间的相关性越强，巴特利特球形度检验值越小于显著性水平0.01，说明变量之间相关性越显著，适合进行主成分分析。表1 显示，本文选取的数据KMO 值为0.804，极显著，可进行主成分分析操作。

表1 KMO 和巴特利特检验

对已进行0-1 标准化的数据在SPSS 中进行主成分协方差矩阵分析，进而提取两个主成分，进行旋转，其特征值分别为6.114、2.519，两个主成分的总方差解释累积占比为86.34%（表2），将这两个主成分记为C1、C2。为了进一步探究影响指标和主成分之间的关系，再利用因子分析法得到旋转后的成分矩阵（表3）。选择因子载荷量绝对值大于0.700 为主要影响因子，反之则为次要因子，对交通拥堵影响效果作用不强。

表2 总方差解释

从表3 中可以看到成分1 可以解释道路面积、道路长度、公共汽车、立交桥等正向指标以及私人汽车、人口密度负向指标，称为交通供给-需求对极因子；而成分2 可以解释的指标有公路客运量、建成区绿化覆盖率和城市交通事故，将成分2 定义为交通需求因子。

表3 旋转后的成分矩阵

由旋转后空间中的成分图（图3）可以看到，交通需求因素集中分布在第二象限，交通供给因素集中在第一、四象限交汇处，与旋转后的成分矩阵相对应，确定主成分1 与交通供给因素相关，主成分2 与交通需求因素相关。

图3 旋转后空间中的成分图

4.3 主成分得分计算

为获得2001 到2018 年济南交通拥堵主要影响因素得分，由已知成分得分系数矩阵（表4），可得F1、F2 的计算公式。

表4 成分得分系数矩阵

式中：F1、F2 表示两个主成分的得分；ZX1-ZX10为指标标准化后的数值。各主成分特征值占比对应与主成分相乘之和即对主成分的合成，得到主成分综合表达式（5）。

式中：F为两个主成分的综合得分；λ1、λ2为旋转后的各主成分特征值。通过相关计算，其主成分综合得分表达式如下。

根据式（3）、式（4）和式（6），计算得到主成分得分（表5）。

表5 主成分得分

4.4 研究结果与结论

结合数据处理结果，绘制主成分得分折线图（图4），分析并总结如下。

（1）主成分1 是交通供给-需求对极因子，其指标包含道路面积、道路长度、公共汽车、立交桥、私人汽车、人口密度，这些指标主要为缓解交通拥堵的影响因素。主成分2 是交通需求因子，包含指标有公路客运量、建成区绿化覆盖率和城市交通事故，主要为促进交通拥堵的因素。

（2）主成分1 的得分变化代表交通供给-需求对极因子的得分变化，主成分2 代表交通需求因素。从图4 得到，主成分1 得分与综合得分曲线变化趋势走向一致，解释了主成分1 的贡献率数值为61.14%，达到可以解释总体综合水平的程度。此外交通供给因素得分远低于交通需求因素得分。

（3）以2001-2004 年作为第一阶段，主成分1 得分趋于稳定状态，2005-2013 年为第二阶段，比第一阶段有明显的上涨，呈对数增长趋势，2014 年得分同比2013 年下降14.32%，2014-2018 年得分近似匀速增长。济南的交通供给得分整体呈现不断完善和提升的局势，除2013-2014 年有一个较明显的下降过程，其他时间段保持上升趋势。

（4）主成分2 的得分变化从2001-2004 年是较稳定状态，变化趋势不明显；2005-2008 年得分快速增长，2010-2013 年转为下降趋势，其中2014年呈现断崖式下降，同比2013 年下降59.88%，2014-2018 年仍在下降，但下降速度非常缓慢，趋于稳定。交通需求得分呈现“增加—稳定—下降—稳定”的状态，从对于交通拥堵的影响来说，2003-2008 年交通拥堵得到缓解，但2010 年至今需求因素促进交通拥堵，以2013-2014 年这种状况最为显著。

（5）主成分综合得分F 代表的是缓解济南交通拥堵的程度，即主成分综合得分越高，交通拥堵越不明显，得分越低，拥堵越明显。由图4 可看出，济南市交通拥堵程度分为四个阶段：2001-2004 年交通拥堵程度变化趋势较平缓，无明显波动；2005-2010 年济南交通拥堵程度减缓，年平均减缓程度为22.61%；2011-2015 年济南交通拥堵程度呈现先增强后缓解的状态，其中2014 年拥堵程度变化最大，达到近几年的最低值，是拥堵最严重的一年；2015-2018 年济南交通拥堵得到控制，拥堵水平呈缓慢下降趋势。

总体来看，济南交通拥堵水平是逐渐减缓并趋于稳定的趋势，得益于相关部门不断完善交通供给水平。虽然对人们交通需求方面采取控制措施，但交通需求仍然高于交通供给，交通供需不匹配仍然是城市交通拥堵的原因之一。

5 济南交通拥堵缓解对策

结合济南交通设施建设和实际情况，从交通供给和交通需求两个方面提出缓解交通拥堵的对策。

5.1 交通供给角度

优先发展城市公共交通系统，提倡市民选择公共交通出行。继续完善公共交通体系建设，合理科学设置公交站点，做到便捷快速、换乘方便。增加对城市公交建设投入，大力发展以BRT 公交、轨道交通为基础的公共交通事业。

加强交通基础设施建设，对城市路网进行层次化管理。按照道路等级以及实际交通状况，增设所需车道，道路主干路网交通指示灯合理设置时间，不宜过长，防止在路段高峰期由于信号灯造成交通拥堵。逐步推行智能交通系统（Intelligent Transportation Systems，ITS），运用数字化手段加强梳理车辆、道路、行人三者之间的关系，形成一种高效、智能、环保的交通运输体系。

5.2 交通需求角度

加强交通法规宣传。市民由于缺乏交通意识，逆行、看手机行走、闯红灯、疲劳驾驶等不良行为经常会引发交通事故，严重时造成道路交通局部拥堵，交通管理部门要及时处理管辖区域内发生的交通事故，避免范围扩大化。以开展活动的形式对市民进行交通规则知识普及，对路人发放宣传遵守交通规则手册。在学校开展交通法规讲座，增加学生有关道路交通方面的知识。

调控出租汽车及私人汽车增长速率。在道路车道数有限的条件下，尽量减少行驶车辆数量，有效降低交通拥堵次数。充分利用建筑设施结构在大型商场或者娱乐设施旁建立顶层停车场，规定合理的停车费用，减轻道路车辆停放难问题。