（重慶市市政設(shè)計(jì)研究院，重慶 400020）

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展與居民汽車(chē)保有量的增加，城市道路交通擁堵問(wèn)題日漸成為一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。城市交通擁堵通常表現(xiàn)為汽車(chē)通過(guò)某條城市道路或者交叉口時(shí)間過(guò)長(zhǎng)甚至于長(zhǎng)時(shí)間停留，從而導(dǎo)致行駛時(shí)間超過(guò)正常水平。為從根源上分析城市道路擁堵原因，需要選取合適的道路擁堵評(píng)價(jià)指標(biāo)并構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，根據(jù)科學(xué)的交通指標(biāo)參數(shù)對(duì)擁堵道路進(jìn)行分析，從而提出切實(shí)可行的城市道路擁堵疏解方案。

國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者針對(duì)城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)問(wèn)題研究從20世紀(jì)80年代開(kāi)始。Marlon從交通量與通行能力角度定義了評(píng)估區(qū)域范圍擁堵程度的擁堵指數(shù)[1]。Mekky構(gòu)建了基于區(qū)域車(chē)輛分布的城市交通擁堵評(píng)價(jià)理論體系，用以評(píng)估整個(gè)交通網(wǎng)絡(luò)擁堵?tīng)顟B(tài)[2]。祝付玲構(gòu)建了綜合考慮行程時(shí)間、排隊(duì)長(zhǎng)度以及可達(dá)性等要素的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系[3]。姜桂艷基于宏觀、中觀、微觀三個(gè)不同決策角度，構(gòu)建了城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系[4]。張雪蓮在評(píng)價(jià)體系構(gòu)建中，從時(shí)間層面歸納城市交通需求，并通過(guò)車(chē)輛行駛時(shí)間計(jì)算評(píng)價(jià)模型中的指標(biāo)權(quán)重[5]。

以上研究可歸納為基于道路通行能力、排隊(duì)長(zhǎng)度以及行程時(shí)間的評(píng)價(jià)指標(biāo)。其中，道路通行能力指標(biāo)通俗易懂、計(jì)算方便，故其主要用于評(píng)價(jià)道路斷面擁堵?tīng)顩r以及解釋擁堵致因。排隊(duì)長(zhǎng)度指標(biāo)能從出行者感知角度上反映道路的擁堵?tīng)顩r，但其指標(biāo)計(jì)算數(shù)據(jù)獲取需要大量檢測(cè)設(shè)備。行程時(shí)間指標(biāo)可用于構(gòu)建模型對(duì)路段交通擁堵?tīng)顩r進(jìn)行量化評(píng)估，然而該類(lèi)指標(biāo)不適用于不同城市或者不同年份的道路擁堵?tīng)顩r的橫向?qū)Ρ取；谝陨戏治觯疚母鶕?jù)各類(lèi)指標(biāo)特點(diǎn)，嘗試構(gòu)建更加全面的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于灰色關(guān)聯(lián)度的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)模型，旨在為道路運(yùn)輸管理部門(mén)提供一定參考。

1 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)的最終目的在于環(huán)節(jié)城市道路擁堵?tīng)顩r，為達(dá)到這一目標(biāo)，需要篩選確定能反映道路擁堵程度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)城市道路擁堵進(jìn)行科學(xué)的量化評(píng)價(jià)，進(jìn)而提出相應(yīng)緩解措施。因此，在評(píng)價(jià)體系構(gòu)建過(guò)程中，需要盡可能保證指標(biāo)的全面性、客觀性以及實(shí)用性。

城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)指標(biāo)包含宏觀、中觀以及微觀三個(gè)層面，其中宏觀層面是指城市道路交通網(wǎng)相關(guān)指標(biāo)，中觀層面是指道路路段與交叉口相關(guān)指標(biāo)，微觀層面是指運(yùn)行車(chē)輛相關(guān)指標(biāo)。因此，城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系主要包括區(qū)域指標(biāo)、路段指標(biāo)以及交叉口指標(biāo)三個(gè)類(lèi)別。

1.1 交叉口指標(biāo)

根據(jù)城市道路交叉口的功能及交通特性，交叉口評(píng)價(jià)指標(biāo)包括：交叉口交通量V（當(dāng)量小汽車(chē)/小時(shí)）、飽和度S、平均延誤時(shí)間d（秒）、排隊(duì)長(zhǎng)度q、信號(hào)交叉口二次排隊(duì)率κ、效率指數(shù)I，其計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

1.2 路段指標(biāo)

根據(jù)城市道路路段交通特性，路段指標(biāo)包括路段交通量Q（veh/h）、路段長(zhǎng)度L（km）兩個(gè)基礎(chǔ)指標(biāo)，可以通過(guò)直接測(cè)量得到；還包括路段行駛時(shí)間tL（min）、路段平均速度v（km/h）、出行速率u（min/km）、可接受出行時(shí)間tLa（min）、可接受出行速率ua（min/km）、延誤時(shí)間dL（min）、總延誤DL（min·veh），其計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

1.3 區(qū)域指標(biāo)

區(qū)域指標(biāo)包括區(qū)域機(jī)動(dòng)性指數(shù)MI、擁堵道路長(zhǎng)度Lc（km）、擁堵出行量Cn（min·veh）以及可達(dá)性Ab，其計(jì)算方法詳見(jiàn)文獻(xiàn)[5]。

遵循系統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)的層次性原則、實(shí)用性原則以及可操作性原則，構(gòu)建城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系如圖1所示。

圖1 城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系

2 指標(biāo)權(quán)重確定

在工程評(píng)價(jià)問(wèn)題中，首先要對(duì)評(píng)價(jià)體系中的各個(gè)指標(biāo)賦予權(quán)重以反映各個(gè)指標(biāo)的重要程度，權(quán)重確定的合理與否往往決定了綜合評(píng)價(jià)結(jié)果是否科學(xué)客觀。較為常用的指標(biāo)權(quán)重確定方法包括專家打分法、德?tīng)柗品ㄒ约皩哟畏治龇?，但上述方法主要依靠人工決策，具有較強(qiáng)的主觀性。近年來(lái)，信息熵概念逐漸被應(yīng)用于工程領(lǐng)域的各個(gè)學(xué)科，熵值是一種描述系統(tǒng)無(wú)序程度的量化值，在綜合評(píng)價(jià)中可用熵值量化描述各個(gè)指標(biāo)提供給決策者的信息量，并根據(jù)信息量來(lái)賦予各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，從而使得指標(biāo)權(quán)重更加客觀合理。

基于信息熵的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算方法如下：

Step1：假設(shè)被評(píng)價(jià)對(duì)象（城市道路）包含m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)其統(tǒng)計(jì)的n年道路交通擁堵?tīng)顩r構(gòu)建樣本矩陣

一般而言，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括效益性指標(biāo)及成本型指標(biāo)兩類(lèi)，前者是指數(shù)值越大效果越好的指標(biāo)，后者是指數(shù)值越小效果越好的指標(biāo)，上述兩種指標(biāo)無(wú)量綱處理公式為：

效益性指標(biāo)

成本性指標(biāo)

樣本矩陣無(wú)量綱化處理后得矩陣Y=(yij)nxm；

Step2：根據(jù)如下公式計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)j的熵值

式中，k=1/ln m；

Step3：根據(jù)如下公式計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)j的熵權(quán)ωj

通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，并按照上述步驟計(jì)算得到各指標(biāo)權(quán)重值及排序如表1所示。

表1 評(píng)價(jià)體系中各因素權(quán)重及綜合排序

3 灰色關(guān)聯(lián)評(píng)價(jià)模型

3.1 最優(yōu)向量構(gòu)建

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)性相關(guān)理論，構(gòu)建城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)向量如下：

G=(g1,g2,…，gm)

此處G表示由上述m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)最優(yōu)質(zhì)所組成的最優(yōu)向量，需要額外說(shuō)明的是，由于各個(gè)指標(biāo)均存在一個(gè)基準(zhǔn)值，如果效益型指標(biāo)的實(shí)際值大于基準(zhǔn)值，則該指標(biāo)的最大值取值應(yīng)為基準(zhǔn)值，如果成本型指標(biāo)的實(shí)際值小于基準(zhǔn)值，則該指標(biāo)的最小值取值應(yīng)為基準(zhǔn)值。

3.2 灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)確定

計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)Yj與G最優(yōu)向量的關(guān)聯(lián)系數(shù)ζi(Yj,G)，計(jì)算公式如下：

式中為樣本兩級(jí)的極小差；為樣本兩級(jí)的極大差；ρ∈(0,∞)為分辨系數(shù)，其值越小，分辨能力越大。

計(jì)算評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)向量G的綜合關(guān)聯(lián)度R，即城市道路交通擁堵指數(shù)：

4 實(shí)例分析

選用重慶市南岸區(qū)的某個(gè)路段城市道路網(wǎng)絡(luò)作為綜合評(píng)價(jià)的實(shí)例，根據(jù)前文構(gòu)建的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)體系及評(píng)價(jià)模型，并根據(jù)2011-2016年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)與基準(zhǔn)值之間的關(guān)聯(lián)度，將其匯總就得到2011-2016年的城市道路交通擁堵綜合指數(shù)，如表2所示。限于篇幅文中僅列舉部分?jǐn)?shù)據(jù)。同理根據(jù)公式（7），分別計(jì)算上述幾年交叉口指數(shù)、路段指數(shù)以及區(qū)域指數(shù)值，如表3所示。

表2 重慶市南岸區(qū)某路段城市道路擁堵指標(biāo)指數(shù)

表3 重慶市南岸區(qū)某路段城市道路擁堵綜合指數(shù)

根據(jù)城市道路擁堵綜合指數(shù)變化趨勢(shì)，并結(jié)合道路擁堵指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[6]，該路段自2011年以來(lái)，交叉口指數(shù)、路段指數(shù)以及區(qū)域指數(shù)在整體上均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，與城市道路交通的發(fā)展趨勢(shì)較為吻合。

從交叉口指標(biāo)來(lái)看，2011-2016年該類(lèi)指標(biāo)指數(shù)基本維持在0.63左右，各個(gè)年度指數(shù)相差較小，均處于一般狀態(tài)。

從路段指標(biāo)來(lái)看，該類(lèi)指標(biāo)指數(shù)從2011年的0.5520持續(xù)穩(wěn)步上升到2016年的0.6675，增幅達(dá)到21%，路段擁堵現(xiàn)狀趨于好轉(zhuǎn)。

從區(qū)域指標(biāo)來(lái)看，該類(lèi)指標(biāo)指數(shù)在整體上呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，但增速較小，數(shù)值均低于0.55，處于較差狀態(tài)，響應(yīng)力度不足。

各年的道路擁堵綜合指數(shù)均在0.50～0.70，說(shuō)明該路段城市道路擁堵?tīng)顩r變化不大，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果仍處于一般狀態(tài)。

5 結(jié)論

本文構(gòu)建了包含有交叉口指標(biāo)、路段指標(biāo)以及區(qū)域指標(biāo)的城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)模型，并結(jié)合信息熵賦權(quán)法與灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)重慶市南岸區(qū)某路段的城市道路擁堵等級(jí)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)，較大程度地避免了人工主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的干擾，能更加真實(shí)地反映被評(píng)估路段的擁堵水平，為進(jìn)一步研究城市道路擁堵的疏解方案提供科學(xué)的決策依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Boarnet,Kim,Parkany.Measuring traffic congestion[J].Transportation Research Record,1998,1634：93-99.

[2]Mekky.Measuring Congestion in the Greater Toronto Area[C].83rd Annual Meetings of the Transportation Research Board,Washington,D.C.,2004.

[3]祝付玲.城市道路交通擁堵評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[D].南京：東南大學(xué)，2006.

[4]姜桂艷，郭海鋒，孟志強(qiáng)，等.基于實(shí)時(shí)信息的城市道路交通狀態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].交通與計(jì)算機(jī)，2007（5）：21-24.

[5]張雪蓮，于雷，劉夢(mèng)涵.基于交通需求的路網(wǎng)交通擁堵評(píng)價(jià)模型[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2008（6）： 71-75.

[6]美國(guó)交通研究委員會(huì)TRB.道路通行能力手冊(cè)（精）[M].福田，劉小明，榮建，等譯.北京：人民交通出版社，2007：197-199.