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城市道路交通拥堵评价与判定方法研究

2022-06-03吕军

工程建设与设计 2022年9期
关键词:交通流城市道路交通

吕军

(中国公路工程咨询集团有限公司,武汉 430056)

1 引言

随着国内经济快速发展和城镇化进程的持续推进,基础交通设施网已逐渐成形。道路工程作为推动城市之间区域交流的重要枢纽,其建设规模逐年扩大。同时,城市人口和机动车数量的迅速增加也带来了严重的道路交通拥堵现象。如果对道路拥堵状况判定不当,可能造成道路交通功能瘫痪,影响行车安全,甚至会导致严重的交通事故和巨大的经济损失。为了全面、准确地评价道路交通拥堵状态,国内外很多学者和工程人员开始研究道路交通拥堵的判定方法,如侯丽萍[1]基于车道占有率、速度跃迁概率提出一种交通流状态评价方法和城市交通行程时间指数模型;林慧等[2]统计了国内多个大中城市的道路拥堵状况,分析了影响道路交通能力的主要因素,并提出了相应的解决措施。但目前没有形成系统性的理论和规范来指导城市道路的规划和设计。因此,研究城市道路交通拥堵评价与判定方法具有十分重要的工程意义。

2 城市道路交通拥堵概念及影响因素

2.1 道路交通拥堵概念

国际上对于城市道路交通拥堵并没有统一概念,但大多数学者主要是从交通需求和交通供给关系来评价交通拥堵,即某一段时间内,某条路段或道路交叉口的总车流量大于其通行能力,使得道路上的交通流无法正常通行而在道路上流滞,车辆出现停停走走或排队的现象。

道路交通拥堵的类型较多,可从拥堵原因、拥堵类型、拥堵程度、拥堵影响范围等方面来划分,如表1 所示。

表1 城市道路拥堵分类及特点

2.2 道路交通拥堵影响因素

2.2.1 交通需求

交通需求的大小是导致道路拥堵的直接因素。随着经济的快速增长和城市化进程的加快,人们的出行质量也不断提高,使得小汽车数量快速增加,即交通需求增加,这导致城市道路的通行能力和服务水平难以满足要求而造成拥堵现象。为了限制交通需求,北京、上海等一线城市出台了汽车限购政策,大力发展公共交通,以缓解供需矛盾。

2.2.2 交通供给

城市道路的设计受土地资源、设计理念、工程造价等因素的影响,导致其产生交通瓶颈。当道路运营超过一定年限,其通行能力会出现一定程度的下降。此外,如果某些道路缺乏有效的交通引导标志、交叉口信号灯设计不合理或道路临时维修管制等,也会导致道路的通行能力降低,打破了原有交通平衡,引发偶发性拥堵。

2.2.3 交通参与者

行人、驾驶员、交通管理者等是城市道路交通的主要参与者,他们对交通拥堵的影响主要体现在:(1)行人乱穿马路会导致交通秩序混乱,干扰道路通行能力;(2)驾驶员不遵守交通规则,出现抢占道路、违章停车等不文明的驾驶行为,也会降低道路通行能力;(3)交通管理者的管理手段落后,当发生交通事故后无法快速有效疏导交通流,不能及时发布交通信息,致使其他驾驶员无法及时了解路况,从而使局部拥堵转换成区域性拥堵。

2.2.4 交通环境

影响道路通行能力的外界环境主要有天气、路面质量、视线条件等,比如在雨雪天气或大雾天气,车辆运行速度减小,单位路段的道路车辆比平常有明显增加,直至出现拥堵;同时,地面上积水或积雪会使其滑动摩擦系数减小,车辆制动距离更大,容易出现交通事故而造成偶发性拥堵。

3 城市道路交通拥堵判定方法

3.1 道路拥堵判定标准

相关研究成果表明,当车辆运行速度变化时,交通流运行状态会发生变化,这会降低道路交通运输效率。不同车道出现交通流状态突变的速度有一定程度的区别,但是相差不大,速度临界值基本介于32~35 km/h。笔者结合多年的设计经验和相关文献成果认为,车道速度大于35 km/h 交通流就会处于饱和状态,建议将城市道路拥堵速度定位35 km/h。

3.2 道路拥堵判定指标

影响城市道路拥堵的指标众多,如果逐一分析可能造成效率低下,提高分析成本。在选取道路拥堵程度判定指标时,应根据指标的重要性程度,抓住主要矛盾,忽略次要矛盾,建立科学、实用的城市道路拥堵评价体系。在选择城市道路拥堵判定指标时应遵循以下原则:(1)全面性。选择的评价指标应能全面反映待评价对象的基本特点,以最大限度提高评价结果的科学性和说服力;(2)科学性。评价指标应以定性指标和定量指标相结合,并有足够的数据支撑;(3)可行性。评价指标和评价方法不得过于烦琐,便于设计人员执行。

3.3 道路拥堵判定算法设计

3.3.1 算法设计目的

道路拥堵判定算法设计的主要目标就是确定道路拥堵的主要信息,比如拥堵的发生和结束时间、拥堵程度、交通流状态等,且一定要避免交通拥堵状态的误判,其中为了避免拥堵误判,可对交通流状态进行两次判定,当两次判定结果不相同时,需要对拥堵状态进行修正。

3.3.2 拥堵判定算法步骤

城市道路拥堵判定算法的计算步骤包括预判定、最终判定、验证判定时刻的准确性等,具体阐述如下:(1)利用参数速度-占有率比进行道路拥堵程度的预判定。当道路上任一车道的速度-占有率比超过临界值时,可认为交通流开始进入交通拥堵状态,反之,道路处于非拥堵状态。(2)利对t-1(最终判定)、(t预判定)、t+1(预判定)时刻道路的交通流状态对比,如果三者结果一致,则预判结果为最终判定结果,否则,重新判定道路交通流状态;(3)利用速度差验证道路开始出现拥堵和拥堵结束时刻是否准确。

4 城市道路交通拥堵评价方法

4.1 道路拥堵评价空间和周期

4.1.1 评价空间范围

道路交通拥堵评价空间范围指的是发生拥堵的范围。根据交通拥堵的严重程度,其评价空间范围可划分成交叉口、路段、区域路网、城市等。

4.1.2 评价周期

道路交通拥堵评价周期包括长周期拥堵评价和短周期拥堵评价两大类。

长周期拥堵评价:评价某一时段内的道路拥堵状况,评价周期为日、周、月,甚至以年为评价单位,主要用于拥堵常发路段的交通状况分析。

短周期拥堵评价:对道路拥堵情况进行实时评价,以帮助驾驶人实时了解拥堵状况,选择最佳路径出行,同时可避免道路拥堵范围进一步扩大。

4.2 道路拥堵评价指标

为了真实、准确地反映道路拥堵情况,必须建立全面、科学的指标评价体系。即道路交通拥堵是一项复杂的交通现象,仅仅依靠单一指标无法对拥堵情况进行准确评价,且各个指标之间并不是完全独立,而是相互,动态协调的。基于交叉口指标、路段指标、区域指标3 方面建立了完整的道路拥堵评价体系,如表2 所示。

表2 道路拥堵评价指标体系组成

5 结语

本文详细探讨了城市道路交通拥堵的类型、影响因素、判定算法和评价指标等,主要得到以下几方面结论:(1)道路交通拥堵实际上是道路交通流供需不平衡,影响因素主要有交通需求、交通供给、交通参与者、交通环境等;(2)城市道路拥堵判定指标选择时应遵循全面性、科学性、可行性原则,可采用速度-占有率比判定道路的交通流状态,此时道路拥堵临界速度可取35 km/h;(3)道路交通拥堵评价周期包括长周期拥堵评价和短周期拥堵评价,前者是评价某一时段内的道路拥堵状况,后者是对道路拥堵情况进行实时评价;(4)道路拥堵各个评价指标之间并不是完全独立,而是相互,动态协调的,可从成交叉口指标、路段指标、区域指标等方面建立完整的评价体系。

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