林 慧 孫宇宇 李慧宇 杜國強 熊陳琴

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，全國汽車保有量不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計，2018年小汽車保有量已超過2億。飛速的發(fā)展帶來的交通擁堵成為大中城市普遍存在的問題。如何緩解交通壓力，更好的方便人們出行。首先要對各城市的交通擁堵情況進行分析評價。本文選取我國六座大中城市，對眾多交通壓力影響因素進行主成分分析，得到道路交通擁堵情況的評價模型。并以上述六座城市為例進行打分排名，為各城市有效地緩解交通壓力，進行科學(xué)決策提供依據(jù)。國外發(fā)達國家的專家學(xué)者自20世紀50年代開始對道路擁堵指標進行研究。Meyer，Michael等人建立了評價主要城市區(qū)域的擁堵指標[1];Marlon等根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，分析不同道路路段以及城市區(qū)域的特點，對擁堵指數(shù)中的參數(shù)進行了進一步的設(shè)計[2]；Cesar進一步討論了出行時間和速度的相關(guān)數(shù)據(jù)收集方法[3]。我國鄧衛(wèi)等基于高速公路交通突變理論，提出了及時判別交通擁堵類型的算法[4]; 佟炳勛基于交通擁堵與道路服務(wù)水平的關(guān)系，對道路交通擁堵情況進行界定[5];祝付玲構(gòu)建了道路交通擁堵評價體系，綜合考慮行程時間、排隊長度以及可達性等影響要素[6]。

2 道路交通擁堵情況評價模型

評價一座城市的交通擁堵情況要考慮各方面的因素。其中，城市面積、人口數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)展水平、居民出行習(xí)慣及素質(zhì)、政府政策、城市路網(wǎng)的規(guī)劃等因素對道路交通承載力及通行力十分關(guān)鍵。本文重點選取七個影響因素(城市面積、汽車保有量、常住人口、城市GDP、高峰行程延時指數(shù)、高峰小汽車平均速度、工作日平均擁堵時長)進行分析，利用主成分分析的數(shù)學(xué)方法，建立道路交通擁堵情況評價模型。通過實際調(diào)研及查閱資料，重點選取六座大中城市(哈爾濱、北京、上海、廣州、重慶、呼和浩特)的道路交通情況作為研究案例。結(jié)合高德地圖發(fā)布的《2018年度中國主要城市交通分析報告》，各城市相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

由于影響道路交通擁堵的因素眾多，無法統(tǒng)一評判，本文利用SPSS軟件進行主成分分析，結(jié)果見表2。

經(jīng)過主成分分析后，以上七個影響因素歸結(jié)綜合為兩個主要成分，從而簡化為兩個新的影響因素。其中主成分1占比62.849%，特征值為4.399；主成分2占比16.920%，特征值為1.184。主成分累計占比為79.770%，接近80%，結(jié)果符合要求。

表1 城市數(shù)據(jù)資料

表2 總方差解釋

因此，構(gòu)建道路交通擁堵情況評價模型為：

F=aF1+bF2。

其中,F為道路交通擁堵情況得分；F1為主成分1得分；F2為主成分2得分；a,b均為各主成分占比。

由上述內(nèi)容可知：

模型可進一步寫為:

F=0.788F1+0.212F2。

下面根據(jù)成分矩陣，求解F1,F2的計算公式。成分矩陣見表3。

表3 成分矩陣

經(jīng)過計算，可得F1,F2的計算公式為：

F1=-0.217 35ZX1+0.437 231ZX2+0.433 763ZX3+0.449 905ZX4+0.306 738ZX5-0.237 86ZX6+0.469 537ZX7。

F2=0.705 101ZX1+0.137 003ZX2-0.106 82ZX3-0.272 16ZX4+0.580 084ZX5-0.243 51ZX6+0.055 955ZX7。

由于各影響因素的量綱不同且大小差別極大，故將各城市的實驗數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理后的結(jié)果用上式中ZX1～ZX7表示。

需要注意的是，本文所構(gòu)建的城市道路交通擁堵情況評價模型是基于城市面積、汽車保有量、常住人口、城市GDP、高峰行程延時指數(shù)、高峰小汽車平均速度、工作日平均擁堵時長七個影響因素進行分析而后得到的。若選取的影響因素及實驗數(shù)據(jù)改變，則評價模型將會不同。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)研究目的及區(qū)域路段的實際情況進行分析。

3 案例分析

本文選取了哈爾濱、北京、上海、廣州、重慶、呼和浩特六座全國重點城市作為實驗案例，對各城市的道路交通擁堵情況進行分析評價。六座城市的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1，首先對各城市的實驗數(shù)據(jù)進行歸一化處理。

將歸一化處理后的數(shù)據(jù)代入上述道路交通擁堵情況評價模型。最終得到各城市道路交通擁堵情況得分F。結(jié)果見表4。

表4 城市道路交通擁堵情況得分

由表4可知，六座城市道路交通擁堵情況得分由高到低依次為北京，上海，哈爾濱，廣州，重慶，呼和浩特。作為我國政治文化中心的北京市和經(jīng)濟中心的上海市，道路交通擁堵問題依然嚴峻。隨著人口的加速流動以及居民對出行質(zhì)量要求的不斷提高，超一線城市的道路交通將面臨新的挑戰(zhàn)與考驗；同時，哈爾濱、廣州等省會城市的交通壓力也很大，哈爾濱作為東北重點城市之一，多次被評為“國內(nèi)最擁堵城市”，寒冷的氣候條件加上供不應(yīng)求的城市道路交通設(shè)施，讓哈爾濱市民常常感受到“堵在路上”的無奈；廣州市作為近年來飛速發(fā)展建設(shè)的新興城市，經(jīng)濟水平已超過國內(nèi)許多一線城市，隨著汽車保有量的增加及頻繁的人員流動，廣州市的道路交通壓力也越來越大。

4 結(jié)語

1)本文選取城市面積、汽車保有量等七個道路交通影響因素進行主成分分析，最終簡化綜合為兩個主成分，方便后續(xù)道路交通擁堵情況評價模型的構(gòu)建及案例的計算。

2)由于七個影響因素的量綱不同，數(shù)據(jù)大小不一，本文利用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)的歸一化處理，使實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一，便于比較。

3)本文選取國內(nèi)六座道路交通擁堵問題嚴峻的大中型城市作為案例，對構(gòu)建的模型進行進一步的分析與說明，得到道路交通擁堵情況排名。

4)根據(jù)實驗結(jié)果，結(jié)合各城市的實際情況對排名靠前的交通擁堵問題嚴峻的城市進行分析。綜合考慮各方面影響因素，討論交通擁堵原因，為城市科學(xué)有效的緩解交通壓力，更好的決策與規(guī)劃提供依據(jù)。