方志苗,謝皓汛

（1.重慶警察學(xué)院基礎(chǔ)教研部,重慶 401331; 2. 重慶市酉陽(yáng)縣公安局,重慶 409800）

0 引言

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代化都市道路交通擁堵的日益加劇和交通大數(shù)據(jù)信息化的快速發(fā)展，公安交通管理工作引入大數(shù)據(jù)應(yīng)用，對(duì)道路交通管理和決策開展科學(xué)化和精細(xì)化的改革[1]。在日常道路交通路況中，通常以紅、黃、綠來(lái)表示道路交通運(yùn)行的路況[2]。但僅用顏色來(lái)表示道路交通運(yùn)行狀態(tài)雖然直觀，卻不能表示不同顏色交通運(yùn)行狀況的程度差異，更不能區(qū)分同一種顏色的程度差異。因此傳統(tǒng)以紅、黃、綠三色定性描述道路交通運(yùn)行狀態(tài)的方式已經(jīng)跟不上時(shí)代發(fā)展的步伐[3]。

為實(shí)現(xiàn)道路運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)化，需要制定數(shù)字化的指標(biāo)來(lái)描述道路交通運(yùn)行狀態(tài)[4]。該文立足于公安視頻平臺(tái)和高德交通信息發(fā)布平臺(tái)數(shù)據(jù)，著眼于交通智能化、可視化的需求，在上海市擁堵指數(shù)的基礎(chǔ)上增加車流量指標(biāo)參數(shù)[5]，構(gòu)建交通狀態(tài)指數(shù)計(jì)算模型，并對(duì)指數(shù)進(jìn)行分級(jí)。同時(shí)在不同路段對(duì)該指數(shù)計(jì)算模型進(jìn)行驗(yàn)證以確定局限性，并對(duì)交通狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行展望。

1 研究路段的基本道路工程情況和道路交通狀態(tài)

該文模型數(shù)據(jù)采集于重慶市南岸區(qū)的城市快速路海峽路（鵝公巖大橋至四公里立交方向）。海峽路為城市快速路，中央綠化隔離帶寬1.2 m，雙向6車道，雙向車道對(duì)稱，車道寬3.75 m，路肩寬0.8 m，道路限速70 km/h，設(shè)計(jì)速度60 km/h。西接鵝公巖大橋，東連江南立交，相交路段有南濱路、大石路，途經(jīng)趙家壩立交、南湖立交，是一條進(jìn)出南岸區(qū)的主干道。

根據(jù)高德地圖交通信息發(fā)布平臺(tái)公布的重慶市早晚高峰擁堵排名顯示，海峽路作為重慶市通勤日早高峰擁堵道路中擁堵延時(shí)指數(shù)（城市居民平均一次出行實(shí)際旅行時(shí)間與自由流狀態(tài)下的旅行時(shí)間的比值）最高的一條道路，指數(shù)達(dá)5.12，其早高峰行車速度6.45 km/h，基本處于堵塞狀態(tài)，晚高峰行車速度18.16 km/h，早晚高峰擁堵延時(shí)指數(shù)介于3.8~6.4，平均耗時(shí)比自由流時(shí)段多3.1倍。該文在交通狀態(tài)指數(shù)模型中采用基本通行能力，海峽路段設(shè)計(jì)速為60 km/h，即通行能力1 800 vel/h。

2 道路交通狀態(tài)指數(shù)模型構(gòu)建及應(yīng)用

上海市道路交通擁堵指數(shù)結(jié)合行程速度、車道數(shù)、自由流速度通過加權(quán)計(jì)算從宏觀角度得出的交通擁堵指數(shù)的數(shù)學(xué)計(jì)算模型，將交通擁堵指數(shù)0~100劃分為4個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)暢通、較暢通、擁擠、堵塞四種擁堵情況。

該文提出的交通狀態(tài)指數(shù)是以一定范圍內(nèi)各個(gè)路段實(shí)時(shí)采集的高德地圖用戶的平均車速為基本參數(shù)，按道路的車流量和通行能力加權(quán)計(jì)算，并經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化后計(jì)算生成。計(jì)算模型如下：

式中，vf——自由流車輛速度；vi——不同時(shí)段行車速度，即運(yùn)行速度；——路段飽和度；N——路段觀測(cè)橫截面經(jīng)過的實(shí)際車流量；C——路段所有車道的通行能力。TSI取值范圍0~10，所得數(shù)值越大，道路交通狀態(tài)越差（車流密度越大），數(shù)值越小，道路交通狀態(tài)越好（車流密度越小）。

下述將以海峽路段早高峰時(shí)段的實(shí)際車流量、運(yùn)行速度、自由流速度數(shù)據(jù)著手進(jìn)行，參照采集斷面車流運(yùn)行速度、車流量數(shù)據(jù)所得出的車流密度與高德地圖大數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)給出延時(shí)擁堵指數(shù)（出行旅行時(shí)間與自由流暢通時(shí)間作比）比較驗(yàn)證該文所提出的交通狀態(tài)指數(shù)能更為準(zhǔn)確地描述交通擁堵狀況。

2.1 數(shù)據(jù)收集

采用道路監(jiān)控視頻人工統(tǒng)計(jì)的方式采集車流量?；A(chǔ)數(shù)據(jù)采集時(shí)間段為2月20日—3月31日，期間在每日早高峰（7：00—9：00）、晚高峰（17：00—19：00）、平峰階段（11：00、13：00和15：00）內(nèi)每小時(shí)隨機(jī)采集2個(gè)5 min時(shí)段，由5 min的車流量得出該小時(shí)段的小時(shí)車流量，進(jìn)而得到早高峰、晚高峰、平峰時(shí)段的車流量。車流量采集的地點(diǎn)（斷面）選取在公安視頻基礎(chǔ)平臺(tái)上重慶南岸海峽路加油站出口右側(cè)的視頻監(jiān)控觀測(cè)斷面上。該地段道路運(yùn)行條件符合整條路段的道路工程條件，無(wú)大幅度坡道、立交聚分流等因素的影響，且該斷面位于整個(gè)路段的中間路段，所采集的車流量能夠代表海峽路路段的車流量。車輛運(yùn)行速度數(shù)據(jù)來(lái)自高德地圖交通信息發(fā)布平臺(tái)，自由流速度為高德用戶無(wú)其他交通要素干擾下的運(yùn)行速度（通常采取的夜間車流量極小時(shí)所采集用戶平均在該路段的運(yùn)行速度66 km/h）。

通過數(shù)據(jù)整理得到，在采集時(shí)間跨度內(nèi)早高峰時(shí)段運(yùn)行速度介于14~42 km/h，平均速度為31 km/h，車流量介于660~1 710 veh/h；晚高峰時(shí)段車輛運(yùn)行速度介于31~53 km/h，斷面車流量介于1 110~1 640 veh/h；平峰時(shí)段車輛運(yùn)行速度介于30~45 km/h，車流量介于1 270~1 480 veh/h。

2.2 數(shù)據(jù)處理

早高峰時(shí)段，海峽路在采集40日中有24日都處于不穩(wěn)定流的狀態(tài)，13日處于接近不穩(wěn)定車流，1日處于自由流狀態(tài)，飽和度介于0.65~0.97；交通狀態(tài)指數(shù)介于0.27~6.36，交通狀態(tài)指數(shù)與車流密度、飽和度的變化趨勢(shì)相同。晚高峰時(shí)段，有8 d處于不穩(wěn)定流的狀態(tài)，30 d處于接近不穩(wěn)定車流，2 d處于自由流狀態(tài)，飽和度介于0.63~0.94；交通狀態(tài)指數(shù)介于0.92~4.66，交通狀態(tài)指數(shù)與車流密度、飽和度的變化趨勢(shì)相同。

通過對(duì)每時(shí)段數(shù)據(jù)代入公式所得的交通狀態(tài)指數(shù)和飽和度，并結(jié)合服務(wù)水平與交通流的狀態(tài)關(guān)系，得到圖1~2。

圖1 交通狀態(tài)指數(shù)與飽和度關(guān)系

圖2 交通狀態(tài)指數(shù)與車流密度關(guān)系

對(duì)圖1~2以二分法將交通狀態(tài)指數(shù)進(jìn)行等級(jí)劃分。首先將交通狀態(tài)指數(shù)分為暢通和擁堵兩個(gè)顯著差異數(shù)據(jù)區(qū)間，在此基礎(chǔ)之上，在每個(gè)半?yún)^(qū)繼續(xù)分為2種指數(shù)特征，即形成4個(gè)閾值區(qū)間，將交通狀態(tài)指數(shù)分為4級(jí)，交通狀態(tài)指數(shù)越大，車流密度、飽和度越大；交通狀態(tài)指數(shù)越小，車流密度、飽和度越小。如表1所示。

表1 交通狀態(tài)指數(shù)路況等級(jí)對(duì)應(yīng)表

2.3 數(shù)據(jù)的差異性比對(duì)

經(jīng)過數(shù)據(jù)模塊化的統(tǒng)計(jì)比對(duì)，交通狀態(tài)指數(shù)在車速低于15 km/h時(shí)，交通狀態(tài)指數(shù)不符合路況對(duì)應(yīng)表的車流密度與路段飽和度的對(duì)應(yīng)值。

在表2所采集統(tǒng)計(jì)的7個(gè)車速低于16 m/h的通勤時(shí)段中，將采集的車流量和車速等數(shù)據(jù)代入交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型中，并將所得值對(duì)應(yīng)到路況對(duì)應(yīng)表中，車流密度、飽和度普遍都有1到2個(gè)等級(jí)的誤差，此時(shí)車流的狀態(tài)已處于時(shí)走時(shí)停、極不穩(wěn)定的狀態(tài)，車流量和速度同時(shí)由大變小，直至為零，交通密度隨交通量的減少而增大。此時(shí)的交通流狀態(tài)早已不屬于正常狀態(tài)，屬于堵塞近乎停滯的異常狀態(tài)，因此海峽路交通狀態(tài)指數(shù)在低于16 km/h時(shí)（即自由流速度的四分之一時(shí)，下文稱非正常車速）不適用于交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式。

表2 車流密度和飽和度對(duì)應(yīng)表

3 交通狀態(tài)指數(shù)特點(diǎn)分析

3.1 極端路況下的誤差驗(yàn)證

在速度極低狀態(tài)下的7個(gè)通勤日中，將采集的車流量、車速代入公式得到交通狀態(tài)指數(shù)與所對(duì)應(yīng)的車流密度與路段飽和度均不相符，偏差很大。因?yàn)榇藭r(shí)的道路運(yùn)行狀況屬于極不正常狀態(tài)，車流幾乎處于堵塞停滯狀態(tài)。

在車速接近路段自由流速度狀態(tài)下的4個(gè)通勤日中，將采集的車流量、車速導(dǎo)入數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式中所得到的交通狀態(tài)指數(shù)與所對(duì)應(yīng)車流密度、路段飽和度均相符，并且交通狀態(tài)指數(shù)與車流密度、飽和度的變化趨勢(shì)保持一致，即交通狀態(tài)指數(shù)越大，車流密度、飽和度越大。

3.2 在其他不同道路條件的道路上的誤差驗(yàn)證

菜園壩大橋路段不包括坡度和彎道等因素，模型計(jì)算公式在正常車速的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上均成立；正常車速的時(shí)間節(jié)點(diǎn)上不符合交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式，標(biāo)紅單元格的數(shù)值與交通狀態(tài)指數(shù)對(duì)應(yīng)的車流密度、飽和度閾值區(qū)間不相符，如表3所示。因此在不含坡道、彎道的橋梁、隧道路段，該文構(gòu)建的交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式成立。

表3 菜園壩大橋車流密度和飽和度對(duì)應(yīng)表

另外選取次支干路——中山二路和有坡度影響、彎道參入路段，驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)

交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式在隨機(jī)采集的四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)中有不相符的情況，因此，該文構(gòu)建的交通狀態(tài)指數(shù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式對(duì)上述路段不適用。

3.3 交通狀態(tài)指數(shù)的優(yōu)勢(shì)

該文所構(gòu)建的交通狀態(tài)指數(shù)較高德地圖大數(shù)據(jù)團(tuán)隊(duì)給出的擁堵延時(shí)指數(shù)更能在數(shù)值上體現(xiàn)出道路交通運(yùn)行優(yōu)劣程度上的不同。

在研究路段平均行車速度為32 km/h時(shí)四個(gè)通勤日中，高德地圖與上海市的擁堵指數(shù)均為一個(gè)定值（表4所示），而應(yīng)用交通狀態(tài)指數(shù)能夠?qū)⒌缆愤\(yùn)行狀況體現(xiàn)在數(shù)值上，再將交通狀態(tài)指數(shù)的數(shù)值所對(duì)應(yīng)的車流密度、路段飽和度等指標(biāo)將道路運(yùn)行狀況體現(xiàn)在具體路況。

表4 交通狀態(tài)指數(shù)與擁堵指數(shù)對(duì)比

4 交通狀態(tài)指數(shù)的展望

在紅黃綠三色評(píng)價(jià)道路運(yùn)行狀況時(shí)，交通運(yùn)行態(tài)勢(shì)預(yù)測(cè)分析報(bào)告中只有單一的車速參數(shù)，無(wú)法表示車流具體的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，也就無(wú)法就道路運(yùn)行的實(shí)時(shí)路況合理施策。而交通狀態(tài)指數(shù)評(píng)價(jià)了道路運(yùn)行的真實(shí)情況，能夠表示車流密度，較傳統(tǒng)顏色區(qū)別道路運(yùn)行狀況，能夠以數(shù)值的形式直觀地表達(dá)車流在道路上的狀況，為道路交通管理部門提供信息化支撐。后續(xù)，將坡道系數(shù)、轉(zhuǎn)彎半徑系數(shù)、交通設(shè)施利用率、重車混入等因素并入評(píng)價(jià)交通狀態(tài)指數(shù)的數(shù)學(xué)模型計(jì)算公式當(dāng)中，形成各有側(cè)重、互相補(bǔ)充、多維度考量的交通狀態(tài)指數(shù)體系。

5 結(jié)語(yǔ)

在全力推進(jìn)大數(shù)據(jù)建設(shè)縱深發(fā)展的背景下，推進(jìn)公安交通管理工作創(chuàng)新，是時(shí)代與技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。該文構(gòu)建的交通狀態(tài)指數(shù)將道路運(yùn)行狀況進(jìn)行量化，得出相應(yīng)的交通密度、飽和度等指標(biāo)和對(duì)應(yīng)運(yùn)行情況，以服務(wù)于道路交通管理的量化管理，便于給出具有針對(duì)性的舉措，給民眾出行提供數(shù)據(jù)化、可靠的出行指南。