牛靈芝 溫惠英

（華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣州 510640）

0 引言

在推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中，城市道路網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為城市正常運(yùn)行的有力支撐。然而日益嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題使得城市道路網(wǎng)絡(luò)備受詬病。由中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)新型城市化報(bào)告2012》顯示，在內(nèi)地50個(gè)城市上班路上平均花費(fèi)時(shí)間排名中，北京以52 min 居首，廣州、上海以48，47min 緊隨其后［1］。對(duì) 比2011年首次計(jì)算的主要城市標(biāo)準(zhǔn)出行時(shí)間（即1個(gè)城市出行時(shí)間的“理想值”，這個(gè)“理想值”加堵車(chē)時(shí)間，即為1座城市上班平均花費(fèi)時(shí)間的“絕對(duì)值”）可知廣州市平均堵車(chē)時(shí)間高達(dá)12min（實(shí)際48min減去廣州的理想值為36 min）。因此，有效緩解城市道路擁堵問(wèn)題已經(jīng)成為刻不容緩的問(wèn)題。目前關(guān)于道路擁堵的比例一般用飽和度（V／C）來(lái)計(jì)算飽和度，然而，不同等級(jí)道路無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是交通組織管理方面都存在顯著的差異，所以采用單一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別會(huì)造成偏差。筆者將介紹不同等級(jí)道路上平均運(yùn)行速度與道路擁堵發(fā)生概率存在的關(guān)系，并分析不同時(shí)段不同道路的交通特性，以期為城市道路交通擁堵的有效治理提供理論支持。

1 數(shù)據(jù)采集與處理

目前，我國(guó)道路中有準(zhǔn)確等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的主要有公路和城市道路［2］。城市道路是指在城市范圍內(nèi)具有一定技術(shù)條件和設(shè)施的道路，不包括街坊內(nèi)部道路。根據(jù)道路在城市道路系統(tǒng)中的交通功能、作用以及對(duì)沿線的服務(wù)功能，一般將城市道路分為4類(lèi)：快速路、主干路、次干路及支路。城市道路運(yùn)行（尤其是速度分布）是評(píng)價(jià)道路服務(wù)水平的重要指標(biāo)，也是交通擁堵改善的重要依據(jù)［3－4］。為了掌握天河區(qū)城市道路網(wǎng)運(yùn)行狀況，筆者對(duì)天河區(qū)道路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查分析。

調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州市交委的城市道路交通運(yùn)行分析系統(tǒng)（感應(yīng)線圈采集數(shù)據(jù)信息）。分別提取了天河區(qū)道路網(wǎng)工作日全天和早晚高峰及非工作日全天和早晚高峰運(yùn)行速度和道路擁堵比例，見(jiàn)表1。其中，道路擁堵比例，是指在不同速度下，某類(lèi)道路發(fā)生擁堵的里程，見(jiàn)表2。本次調(diào)查主要針對(duì)天河區(qū)各等級(jí)城市道路（快速路6條、主干道70條，次干道111條，支路8條對(duì)于雙向通行道路，雙向均在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)）分別在上述6個(gè)時(shí)間段進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)1 170組有效數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)顯示可以看出，天河區(qū)城市道路整體運(yùn)行不能有效支撐交通需求，道路平均速度多維持在25～35 km／h之間，遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)服務(wù)水平［5－6］。

表1 數(shù)據(jù)說(shuō)明Tab.1 Introduction of the data

表2 各類(lèi)道路擁堵判別標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The congestion criterion of different roads

2 道路擁堵與道路平均速度相關(guān)性分析

在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，筆者主要依據(jù)交通工程學(xué)的基本原理，通過(guò)SPSS 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)所獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［7］。

表3 道路平均速度及擁堵比例特征Tab.3 Characteristic of survey roads

2.1 調(diào)查數(shù)據(jù)特征分析

城市道路交通運(yùn)行狀態(tài)受到道路等級(jí)及統(tǒng)計(jì)時(shí)間段的影響［8－9］。因此，在探析道路平均運(yùn)行速度與道路擁堵比例之間相關(guān)性之前，需要對(duì)道路等級(jí)及統(tǒng)計(jì)時(shí)間不同而可能造成的偏差進(jìn)行討論。

圖1為不考慮統(tǒng)計(jì)時(shí)間差別的情況下原始數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖分布。其中采用loess（擬合點(diǎn)的百分比為80%，內(nèi)核采用“三權(quán)重”）對(duì)散點(diǎn)進(jìn)行擬合如圖中曲線所示。由圖1可見(jiàn)，各等級(jí)道路的道路平均速度與道路擁堵比例不僅存在顯著的相關(guān)性，而且該相關(guān)性對(duì)不同等級(jí)道路而言存在明顯的相似性，但是在水平方向（即道路平均速度方向）上表現(xiàn)出顯著的分級(jí)特征。由交通工程知識(shí)，這種分級(jí)特征主要可歸因于不同道路等級(jí)設(shè)計(jì)速度的分級(jí)。而表4 對(duì)整體相關(guān)性的分析表明，對(duì)整體來(lái)說(shuō)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間的不同所造成的影響可以忽略。

圖1 道路擁堵比例與平均速度的散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram of the data

2.2 數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理

由于快速路和支路的數(shù)據(jù)較少，分析時(shí)將主要討論主干道和次干道這2類(lèi)具有充分?jǐn)?shù)據(jù)的道路。通過(guò)對(duì)主干道、次干道的平均速度及擁堵比例關(guān)于統(tǒng)計(jì)時(shí)間分布的假設(shè)檢驗(yàn)（見(jiàn)表5）可知，統(tǒng)計(jì)時(shí)間不同對(duì)這2類(lèi)道路的運(yùn)行狀態(tài)研究具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4 相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis

表5 主干道、次干道假設(shè)檢驗(yàn)匯總Tab.5 Hypothesis testing

圖2、3給出了主、次干道上偏離發(fā)生的具體時(shí)間段，由圖2、3可見(jiàn)，主、次干道的道路平均速度在工作日晚高峰明顯偏離了平均水平，相應(yīng)的在該時(shí)段發(fā)生道路擁堵的比例也明顯高于平均水平。不同的是，主干道上車(chē)速及擁堵比例在不同時(shí)間段上的分布相對(duì)于次干道而言較為分散，這主要和主次干道的所承擔(dān)的交通功能的不同有關(guān)［10］。次干道道路擁堵發(fā)生的比例明顯低于主干道，存在較大的波動(dòng)性（偏離點(diǎn)較多）。這從側(cè)面上反映出天河區(qū)城市道路功能沒(méi)有合理進(jìn)行分配。

通過(guò)上述分析可知，時(shí)間段上的嚴(yán)重偏離主要發(fā)生在工作日晚高峰，其次是非工作日晚高峰。根據(jù)散點(diǎn)圖分布可知，道路平均速度與道路擁堵比例的分布大致符合曲線分布［11］。所以通過(guò)曲線擬合操作，得出結(jié)果見(jiàn)圖4。

通過(guò)上述擬合曲線圖不能看出，在3類(lèi)線性擬合中，三次曲線擬合能夠達(dá)到最高的擬合度（見(jiàn)圖中紅色虛線）。對(duì)于主干道而言，車(chē)速不大于52km／h時(shí)，與三次曲線擬合度很高。而次干道道路平均速度在20～30km／h 的高度集中使得其擬合效果稍遜于主干道

圖2 主干道Kruskal－Wallis檢驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Kruskal－Wallis result of Arterial road

圖3 次干道Kruskal－Wallis檢驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Kruskal－Wallis result of Subsidiary road

表6 主、次干道三次曲線擬合的R 檢驗(yàn)Tab.6 Rtesting of the fitted lines

3 結(jié)束語(yǔ)

1）城市道路總體運(yùn)行狀況不佳。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，天河區(qū)工作日全天55.4%的道路運(yùn)行速度處于20～30km／h之間，處于30～40km／h的為32.7%，大部分道路處于低于設(shè)計(jì)速度運(yùn)行的狀態(tài)。

圖4 道路擁堵－平均車(chē)速擬合圖Fig.4 Best－fit line of survey roads

2）快速路的運(yùn)行速度主要集中在55～65 km／h；主、次干道速度集中于25～35km／h；支路速度呈現(xiàn)較大波動(dòng)，分布于20～35km／h。正因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)的速度波動(dòng)范圍較大，所以道路等級(jí)的劃分才有了速度控制的意義［12］。而分析結(jié)果顯示，主干道、次干道并未表現(xiàn)出明顯的速度分級(jí)，從側(cè)面說(shuō)明了城市道路網(wǎng)絡(luò)的空間等級(jí)功能并未有效發(fā)揮。

3）非工作日各時(shí)間段的運(yùn)行狀況優(yōu)于工作日各時(shí)間段。工作日晚高峰的運(yùn)行狀況最差，其次為非工作日的晚高峰；通過(guò)對(duì)主次干道分別進(jìn)行的齊次分析顯示，對(duì)于次干道，其兩類(lèi)晚高峰可以采用劃分為同一級(jí)別；而對(duì)于主干道而言，工作日的晚高峰運(yùn)行狀況明顯劣于非工作日晚高峰。

4）道路擁擠比例與道路平均速度之間存在顯著的關(guān)聯(lián)性，可以采用三次曲線進(jìn)行擬合。交通管理部門(mén)可以利用曲線擬合準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同道路平均速度下?lián)矶掳l(fā)生的比例，進(jìn)而對(duì)道路速度限制進(jìn)行合理的調(diào)整，以保證較低的擁堵率。

以往的城市規(guī)劃往往偏重快速路和主干道網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，而忽視次干道和支路網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，由此限制了系統(tǒng)功能的發(fā)揮。以上分析也正說(shuō)明了城市各等級(jí)道路協(xié)調(diào)性對(duì)系統(tǒng)整體效益發(fā)揮的重要性。因此，為使城市道路中各級(jí)道路有效體現(xiàn)其價(jià)值，就需要對(duì)不同等級(jí)的道路運(yùn)行狀況采取相應(yīng)的管理措施以充分協(xié)調(diào)系統(tǒng)功效。

［1］牛文元.中國(guó)新型城市化報(bào)告2012［R］.北京：中國(guó)科學(xué)院，2012.Niu Wenyuan.China′s new urbanization report 2012［R］.Beijing：CAS，2012.（in Chinese）.

［2］沈 穎，朱 翀，徐英俊.道路飽和度計(jì)算方法研究［J］.交通標(biāo)準(zhǔn)化，2007（1）：125－128.Shen Ying，Zhu Chong，Xu Yingjun.Research on calculation method for road saturation［J］.Communications Standardization，2007（1）：125－128.（in Chinese）.

［3］任彥銘，李鐵柱，孫 嬋.城市主干路路段車(chē)速分布特性研究［J］.交通運(yùn)輸工程與信息學(xué)報(bào)，2013（3）：98－112.Research on speed distribution characteristics of basic sections of urban major arteries［J］.Journal of Transportation Engineering and Information，2013（3）：98－112.（in Chinese）.

［4］王 瀟，王武宏，毛 琰，等.大城市交通擁堵致因的故障樹(shù)分析［J］.交通信息與安全，2012（2）：127－130.Wang Xiao，Wang Wuhong，Mao Yan，et al.Fault tree analysis of urban traffic congestion causes［J］Journal of Transport Information and Safety.2012（2）：127－130.（in Chinese）.

［5］王 煒，過(guò)秀成.交通工程學(xué)［M］.南京：東南大學(xué)出版社，2000.Wang Wei，Guo Xiucheng，Traffic engineering［M］.Nanjing：Southeast University Press，2000.（in Chinese）.

［6］諸葛敬敏.城市快速道路交通流特性研究［D］.北京：北京工業(yè)大學(xué)，2000.Zhuge Jingmin，A study of traffic behaviors on urban expressway［D］.Beijing：Beijing University of Technology，2000.（in Chinese）.

［7］章文波，陳紅艷.實(shí)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及SPSS12.0［M］.北京：人民郵電出版社，2006.Zhang Wenbo，Chen Hongyan.Practical data statistical analysis and SPSS12.0［M］.Beijing：Posts and Telecom Press，2006.（in Chinese）.

［8］P D Partha，C Satish，S.Gangopadhaya.Speed Distribution Curves under Mixed Traffic Conditions［J］.Journal of Transportatton engineering.2006，132：475－481.

［9］Dey P P，Chanda S，Gangopadhaya S，Speed distribution curves under mixed traffic conditions［J］.Transp.Eng.2006（6）：475－481.

［10］鐘連德，榮 建，周榮貴，等.快速路交通流中車(chē)速特性研究［J］.公路，2004（12）：158－162.Zhong Liande，Rong Jian，Zhou Ronggui，et al.A study on speed characteristics of traffic stream in express roads［J］.Highway，2004（12）：158－162.（in Chinese）.

［11］陸 建，孫祥龍，戴 越.普通公路車(chē)速分布特性的回歸分析［J］.東南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012（2）：374－377.Lu Jian，Sun Xiaolong，Dai Yue.Regression analysis on speed distribution characteristics of ordinary road［J］.Journal of Southeast University：Natural Science Edition，2012（2）：374－377.（in Chinese）.

［12］孫祥龍，陸 建，戴 越.普通公路車(chē)速分布特性影響因素分析［J］.交通信息與安全，2012：5－9.Sun Xianglong，Lu Jian，Dai Yue.Analysis of factors influencing speed distribution at ordinary highway［J］.Journal of Transport Information and Safety.2012：5－9.（in Chinese）.