(天津市交通規(guī)劃研究中心，天津300201)

0 引言

基于出租汽車浮動車大數(shù)據(jù)研制道路交通運行指數(shù)，以彌補傳統(tǒng)綜合交通調(diào)查(5～10年一次)難以有效掌握城市交通運行規(guī)律的不足，是當前城市交通非常重要的基礎(chǔ)性研究工作。目前開展交通指數(shù)研制并對外發(fā)布的公司或城市主要有荷蘭TomTom公司交通指數(shù)(traffic index)、高德軟件有限公司擁堵延時指數(shù)、北京市交通擁堵指數(shù)、上海市道路交通指數(shù)、深圳市道路交通運行指數(shù)等。上述交通指數(shù)直觀反映交通擁堵程度，動態(tài)跟蹤道路交通運行規(guī)律，在交通政策、規(guī)劃、建設(shè)與管理等方面發(fā)揮重要作用。由于指數(shù)在計算方法、樣本規(guī)模、擁堵界定等方面的差異，不同交通指數(shù)均有其應(yīng)用局限性。

為優(yōu)化城市交通環(huán)境，緩解交通擁堵狀況，改善空氣環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)機動車保有量的合理有序增長，天津市自2013年12月16日起實施機動車牌照無償搖號與有償競價相結(jié)合的限牌措施(以下簡稱“機動車限購”)，自2014年3月1日起實施機動車尾號限行措施(以下簡稱“機動車限行”)，成為中國繼貴陽市之后第二個同時實施雙限政策的大城市，引發(fā)了各方高度關(guān)注。為科學評估雙限政策實施效果，天津市亟須借鑒現(xiàn)有交通指數(shù)經(jīng)驗，提出符合自身實際情況的交通指數(shù)，以直觀反映雙限政策實施前后的交通運行特征。

1 研究目標與思路

1.1 研究目標

現(xiàn)有交通指數(shù)的功能主要包括交通政策評估、交通規(guī)劃研究、交通擁堵排查、交通出行誘導(dǎo)四個方面(見表1)。不同功能對應(yīng)的主要服務(wù)對象、路網(wǎng)分析范圍、所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均不一樣。

目前，天津市僅4 000輛出租汽車安裝了GPS設(shè)備，且規(guī)劃部門獲取的數(shù)據(jù)為歷史數(shù)據(jù)。雙限政策評估是當前研究最急迫的需求，故此次交通指數(shù)研究的目標主要為服務(wù)宏觀層面交通政策評估以及交通規(guī)劃研究。

1.2 研究思路

交通指數(shù)主要分兩類：一類主要反映道路實際行程時間與自由流狀態(tài)下道路行程時間的比值，即出行時間延誤，該類指數(shù)以TomTom公司交通指數(shù)[2]及高德?lián)矶卵訒r指數(shù)[3]為代表；另一類將道路平均車速作為基本參數(shù)，結(jié)合其他交通運行參數(shù)對道路交通運行狀態(tài)進行判斷，并將其標準化為指數(shù)，以更加直觀易懂的方式反映交通擁堵程度，該類指數(shù)以北京(2011年)[4]、上海(2013年)[5]、深圳(2012年)[6]等市的交通指數(shù)為代表。

從現(xiàn)有計算方法及狀態(tài)劃分看(見表2)，交通指數(shù)具有如下特點：1)出行時間延誤由于具有概念清晰明確的特點，成為交通指數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，如TomTom公司的交通指數(shù)、高德?lián)矶卵訒r指數(shù)、深圳市道路交通運行指數(shù)。2)北京、上海、深圳等市的交通指數(shù)有明確的交通運行狀態(tài)劃分，更加直觀易懂，且能反映各自城市的交通運行特點；但在交通運行狀態(tài)劃分和指數(shù)標準化過程中，依據(jù)某一城市的特點及其自身推行的交通運行狀態(tài)劃分方法，通過大量實地調(diào)查以及各自掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如車公里)進行參數(shù)標定和加權(quán)得到的交通指數(shù)既不能與其他城市的交通指數(shù)進行橫向比較，也不能直接在其他城市推廣應(yīng)用。

借鑒現(xiàn)有交通指數(shù)發(fā)展經(jīng)驗，基于交通指數(shù)研究目標，天津市交通指數(shù)研究的主要思路(見圖1)如下：1)鑒于出租汽車浮動車樣本量有限，首先需要確定分析范圍和對象，以達到宏觀層面交通政策評估以及交通規(guī)劃研究的精度要求；2)在指數(shù)類型選擇上，標準化的指數(shù)比直接采用出行時間延誤指數(shù)更為直觀易懂，可為決策提供更為直觀的分析數(shù)據(jù)，更好地實現(xiàn)研究目標；3)以實際擁堵感受為中心，選取合理的參數(shù)并通過嚴謹?shù)慕煌ㄕ{(diào)查進行參數(shù)標定，使標準化后的指數(shù)符合天津市城市交通擁堵特點和大眾實際感受。在關(guān)鍵參數(shù)選擇上，出行時間延誤無疑成為反映出行擁堵感受的最佳參數(shù)，路段期望車速也被作為計算出行時間延誤的重要參數(shù)。

表1 交通指數(shù)主要功能分析Tab.1 Functions demonstration of the traffic index

表2 交通指數(shù)劃分Tab.2 Classifications of the traffic index

圖1 天津市交通指數(shù)計算框架Fig.1 Development framework of Tianjin traffic index

表3 調(diào)查路段信息Tab.3 Introduction of surveyed road sections

表4 道路車速精度與樣本量的關(guān)系Tab.4 The relationship between the speed detection accuracy and sample size

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 車速精度分析

出租汽車樣本量與車速精度緊密相關(guān)。北京市的經(jīng)驗表明，路段樣本量少于3，結(jié)果值可信度低；樣本量3～9，可信度中等；樣本量大于10，可信度較高[7]。考慮到天津市出租汽車浮動車樣本量僅為4 000，總量偏少，因此有必要基于天津市實際路況開展針對性調(diào)查，驗證基于出租汽車浮動車GPS數(shù)據(jù)計算得到車速的精度。

調(diào)查選取一條快速路及兩條主干路(見表3)。調(diào)查日期為2012年8月2日，調(diào)查時間為早晚高峰時段(7:00—9:00，16:00—18:00)，調(diào)查方法為車牌法，調(diào)查主要目的為獲取路段的實際車速，以驗證浮動車車速的精度。調(diào)查結(jié)果表明：

1）出租汽車樣本數(shù)量越多，車速精度越高。當樣本達到3個及以上時，計算得到的快速路及主干路平均車速趨于穩(wěn)定。當快速路樣本不少于3個、主干路樣本不少于4個時，車速誤差小于5%，達到較高精度(見表4)。

2）表5列出早晚高峰5 min典型時段的路段樣本量覆蓋率?？焖俾?、主干路、次干路能滿足3個及以上樣本量的路段比例分別為72%，80%，31%，主干路及快速路覆蓋率較高，但次干路覆蓋率較低，難以滿足分析要求。

基于上述調(diào)查結(jié)果，結(jié)合天津市實際情況將交通指數(shù)分析研究的對象確定為快速路和主干路，分析間隔為5 min，車速精度可達到中等可信度。如表6所示，樣本量由核心區(qū)向外圍區(qū)成倍減少，說明出租汽車車速的精度按圈層不斷降低。

2.2 路段期望車速選取

為計算出行時間延誤以反映交通擁堵情況，需確定能反映道路設(shè)施實際通過能力且延誤較小狀態(tài)下的理想車速。由于自由流車速不考慮信號燈控制延誤，無法反映城市道路設(shè)施的實際通過能力，因此文獻[8]在深圳市采用期望車速作為參照反映路段在不同交通量情況下的延誤，同時選取3:00—4:00的車速均值作為期望車速。

期望車速是指在天氣良好、交通量較小情形下的實際車速，且考慮交叉口間距和信號控制等產(chǎn)生的延誤，是能夠反映道路設(shè)施實際通行能力、具有穩(wěn)定性的交通參數(shù)。基于該定義，選取全年交通量最小情形下的路段平均速度作為路段期望車速。從天津市各月交通運行情況看，春節(jié)假期前后交通量最小，是全年交通最暢通的時期；從全天的交通運行情況看，在交通信號大部分正常開啟時段，6:00—7:00交通量相對較小，且視線條件相對較好，因此選取春節(jié)期間6:00—7:00的路段浮動車速度作為期望車速。圖2展示了被調(diào)查路段的期望車速。經(jīng)分析，快速路期望車速范圍為60～100 km·h-1；主干路期望車速范圍為30～60 km·h-1。

2.3 指數(shù)標準化分析

指數(shù)標準化主要是以調(diào)查獲取出行者日常出行的擁堵感受和擁堵承受能力與出行延誤之間的定量關(guān)系為基礎(chǔ)，將出行延誤轉(zhuǎn)化為標準化交通指數(shù)的過程。

擁堵感受調(diào)查對象為居住在本市、以駕駛或乘坐小客車為主要出行方式的人群，調(diào)查時間為高峰通勤時間，調(diào)查范圍為中心城區(qū)。調(diào)查內(nèi)容主要包括：1)出行的基本屬性，包含出行目的、出行方式、出行時耗、出行起訖點等，以了解出行基本信息；2)居民出行時耗以及擁堵感受等信息，以獲取居民不同出行時耗對應(yīng)的擁堵感受。調(diào)查共回收有效問卷540份。

圖2 期望車速空間分布Fig.2 Spatial distribution of expected vehicle speeds

表5 早晚高峰5 min典型時段不同等級路段樣本覆蓋率Tab.5 Sample coverage at various levels of road sections in a 5 min interval during the morning and evening peak periods %

表6 早晚高峰5 min典型時段各區(qū)域樣本量Tab.6 Sample sizes at regional level in a 5 min interval during the morning and evening peak periods

表7 調(diào)查結(jié)果對比Tab.7 Comparison between two survey results

資料來源：文獻[1]。

表8 不同交通運行狀態(tài)對應(yīng)的交通指數(shù)和出行延誤比閾值區(qū)間Tab.8 The critical traffic index and traffic delay ratio to various types of traffic status

調(diào)查得到的主要出行指標(見表7)均與2011年天津市第四次綜合交通調(diào)查基于家工作出行得到的指標接近，表明此次調(diào)查的樣本具有較強代表性。

調(diào)查將交通運行狀態(tài)劃分為5個等級：非常暢通、基本暢通、輕微擁堵、中度擁堵、嚴重擁堵，對應(yīng)的交通指數(shù)分別為[0,20)，[20,40)，[40,60)，[60,80)，[80,100)。將調(diào)查得到的理想出行時耗作為分母，以居民各種感受對應(yīng)的實際出行時耗作為分子，計算得到出行延誤比，同時調(diào)查得到該比值對應(yīng)的交通擁堵感受。將不同交通擁堵感受對應(yīng)的出行延誤比作為不同交通運行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，從而得到不同交通運行狀態(tài)對應(yīng)的出行延誤閾值區(qū)間(見表8)。例如，出行延誤比值1.45表示實際出行時間為理想出行時間的1.45倍，對應(yīng)的交通狀態(tài)為基本暢通。

圖3 不同出行延誤比值對應(yīng)的交通指數(shù)Fig.3 The obtained traffic indices in response to various travel delay ratios

表9 不同出行距離對應(yīng)的出行延誤比閾值區(qū)間Tab.9 The critical traffic delay ratios in response to different travel distance

圖4 中心城區(qū)干路網(wǎng)年交通指數(shù)Fig.4 The obtained annual traffic indices of the arterial road network in the central area

假設(shè)在閾值區(qū)間內(nèi)出行延誤比與交通指數(shù)呈線性關(guān)系，將臨界狀態(tài)下的各點以直線相連即得到出行延誤比與交通指數(shù)轉(zhuǎn)化關(guān)系的折線(見圖3)。

將調(diào)查對象按出行距離劃分，統(tǒng)計得到不同出行距離人群對應(yīng)的交通運行狀態(tài)劃分閾值(見表9)。結(jié)果表明，出行距離越長的出行者各交通狀態(tài)閾值越低，相應(yīng)承受的出行延誤比值越小。由于不同城市的出行距離不同，相同出行延誤下的擁堵感受也將呈現(xiàn)明顯差異，故不同城市的交通指數(shù)不能簡單對比。

3 交通指數(shù)在雙限政策評估中的應(yīng)用

應(yīng)用天津市交通指數(shù)分析2013年及2014年的交通運行特征，對天津市雙限政策的實施效果進行評估[9]。評估主要應(yīng)用交通指數(shù)在時間和空間方面的分析特性，從年、月、日、小時及區(qū)域五個方面進行剖析。

3.1 年交通指數(shù)

雙限政策實施后，城市道路擁堵狀況得到有效緩解。2014年工作日干路網(wǎng)平均交通指數(shù)36.4，同比下降18.9%，城市交通運行狀態(tài)由2013年同期的輕微擁堵提升至基本暢通?？焖俾方煌ㄖ笖?shù)30.0，同比下降21.9%；主干路交通指數(shù)44.8，同比下降16.9%(見圖4)。

3.2 月交通指數(shù)

2013年及2014年中心城區(qū)干路網(wǎng)月交通指數(shù)的變化規(guī)律如圖5所示：雙限政策實施后，2014年各月交通運行狀況較2013年同期均明顯好轉(zhuǎn)，均由同期的輕微擁堵下降至基本暢通。9—12月為全年交通最擁堵的月份，且通常情況下9月份交通指數(shù)最高。1—2月春節(jié)前后為全年最暢通月份，故2013年與2014年2月的交通指數(shù)非常接近。

3.3 日交通指數(shù)

從日交通指數(shù)看，由于限行號碼的差異，不同日限行效果差異較大。根據(jù)限行前四周數(shù)據(jù)分析，星期三限行尾號為3和8的車輛時，道路交通運行狀況最好，交通指數(shù)僅為32.7，處于基本暢通狀態(tài)；星期四限行尾號為4和9的車輛時，交通指數(shù)達38.0，雖然仍處于基本暢通狀態(tài)，但道路運行狀態(tài)最差，已接近輕微擁堵的最低閾值。

3.4 小時交通指數(shù)

2013年及2014年中心城區(qū)干路網(wǎng)分小時交通指數(shù)呈現(xiàn)如下特點(見圖6)：1)2013年高峰時段交通運行狀態(tài)為輕微擁堵，2014年各時段交通運行狀態(tài)提升至基本暢通；2)2013年及2014年晚高峰交通指數(shù)均略高于早高峰交通指數(shù)，2014年早晚高峰與平峰交通指數(shù)差距同比縮小。

3.5 區(qū)域交通指數(shù)

2013年及2014年分行政區(qū)交通指數(shù)呈現(xiàn)如下特點(見圖7)：1)從擁堵指數(shù)的空間分布來看，和平區(qū)、河西區(qū)交通運行狀態(tài)從2013年中度擁堵改善至2014年輕微擁堵，交通指數(shù)分別為58.8和48.6，同比下降17.8%和19.5%，改善效果最為明顯；2)南開、河北、河?xùn)|、西青四區(qū)的交通運行狀態(tài)從輕微擁堵改善至基本暢通；3)其他各區(qū)仍處于基本暢通狀態(tài)，但交通指數(shù)均有不同程度下降。

4 結(jié)論

天津市在充分借鑒現(xiàn)有不同類型交通指數(shù)成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實際情況，通過出租汽車車速精度分析、期望車速選取、指數(shù)標準化等關(guān)鍵技術(shù)研究，提出可應(yīng)用于宏觀交通政策評估和交通規(guī)劃研究的交通指數(shù)。

應(yīng)用交通指數(shù)對雙限政策的評估結(jié)果表明：1)限行政策的實施大幅緩解了中心城區(qū)的交通擁堵狀況，城市交通整體運行水平由同期的輕微擁堵提升至基本暢通狀態(tài)，且越擁堵的區(qū)域與時段交通改善程度越顯著。2)與北京、廣州等城市在道路交通擁堵處于中度擁堵狀態(tài)下開始實施機動車限制政策相比，天津市在道路交通處在輕微擁堵狀態(tài)下開始實施。這一適度超前的政策取得顯著效果并得到廣泛支持。根據(jù)居民出行意愿抽樣調(diào)查結(jié)論，76%的居民支持機動車限購政策，81%的居民支持機動車限行政策。

受限于出租汽車浮動車樣本量，天津市交通指數(shù)尚難以在更大范圍、更深層次、更精細分析方面發(fā)揮交通指數(shù)的擁堵排查、出行誘導(dǎo)等功能。在大數(shù)據(jù)背景下，如何挖掘其他大數(shù)據(jù)源以擴大樣本量是下一階段指數(shù)研究的方向和重點。

[1]天津市城市規(guī)劃設(shè)計研究院.基于出租車GPS數(shù)據(jù)的天津交通指數(shù)研究[R].天津：天津市規(guī)劃局，2014.

[2]TomTom International BV.TomTom Traffic Index[EB/OL].2015[2015-05-01].http://www.tomtom.com/en_au/trafficindex/#/.

圖5 中心城區(qū)干路網(wǎng)月交通指數(shù)Fig.5 The obtained monthly traffic indices of the arterial road network in the central area

圖6 中心城區(qū)干路網(wǎng)分小時交通指數(shù)Fig.6 The obtained hourly traffic indices of the arterial road network in the central area

圖7 中心城區(qū)各行政區(qū)干路網(wǎng)年交通指數(shù)Fig.7 The obtained annual traffic indices of the arterial road network of different administrative districts appending to the central area

[3]高德交通信息事業(yè)部.中國主要城市交通分析報告[R].北京：高德軟件有限公司，2015.

[4]DB11/T 785—2011.城市道路交通運行評價指標體系[S].

[5]上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通發(fā)展研究院.交通指數(shù)解讀[EB/OL].2011[2015-05-01].http://www.jtcx.sh.cn/zhishu/jiedu.html.

[6]深圳市交通運輸委員會.指數(shù)解讀[EB/OL].2013[2015-05-01].http://szmap.sutpc.com/conginfo.aspx.

[7]朱麗云，溫慧敏，孫建平.北京市浮動車交通狀況信息實時計算系統(tǒng)[J].城市交通，2008，6(1)：77-80.Zhu Liyun,Wen Huimin,Sun Jianping.Floating Car Based Real-Time-Traffic-Info Collection System in Beijing[J].Urban Transport of China,2008,6(1):77-80.

[8]呂北岳.基于浮動車的深圳市道路交通運行評價研究[D].武漢：武漢大學，2013.

[9]天津市城市規(guī)劃設(shè)計研究院.天津市城市交通發(fā)展年度報告(2014年)[R].天津：天津市規(guī)劃局，2014.