王道強, 吳祥龍, 楊 銘

(黑龍江萬象交通科技有限公司, 哈爾濱 150081)

0 引言

隨著社會經濟的發(fā)展,機動車的保有量持續(xù)上升,根據公安部統(tǒng)計數據顯示,2022年全國新注冊登記機動車3 478萬輛,機動車保有量達4.17億輛[1],全國各地為了緩解緊張的交通狀況,逐步加大信號燈建設和信號設施的改擴建投入,信號控制路口規(guī)模實現(xiàn)了“量”的擴張. 近年來,隨著科技的進步,信號控制也逐步趨向智能化,交通檢測智能化設備、互聯(lián)網+、交通大腦、車聯(lián)網等新技術與信號控制結合也更加緊密.

2020年10月,公安部發(fā)布《關于進一步加強城市道路交通信號控制應用工作的指導意見》中明確提出要加強信號控制方案調優(yōu)和效果評估. 行業(yè)需要1套具有指導意義的評價體系,以合理評估城市道路交通信號控制的效果,并獲得廣泛認可,從而提高信號控制優(yōu)化工作的價值;另一方面,雖然學術界在交通信號控制研究領域取得了豐碩的成果,但國家與行業(yè)層面始終沒能形成 1套完整的信號控制評價程序,無法對信號優(yōu)化工作進行指導. 因此,為了解決以上需求,針對城市交通信號控制建立1套科學有效、實用可行的評價指標體系與評價方法,更有利于交通管理者進行決策,進一步提高城市道路交通信號控制系統(tǒng)的精細化運行管理水平.

1 研究背景

1.1 研究現(xiàn)狀

近年來,學者們針對城市交通信號控制評價體系已有很多的研究,提出了一系列不同類別的城市交通信號控制評價指標,如交通建設、交通管理、交通運行效率、交通安全、交通環(huán)境等. 吳海燕等[2]選擇一系列影響交叉口交通的技術、經濟、環(huán)境等建立了11個指標的交叉口綜合評價指標體系;劉慶濤等[3]從城市交叉口運行效率、安全和環(huán)境出發(fā),建立了9個指標的城市交叉口綜合評價指標體系;連星宇[4]從交叉口、路段、路網3個層次,對城市區(qū)域交通網絡的交通信號控制效果進行全面綜合的評價;朱志威等[5]分別從單點信號控制與路段協(xié)調控制兩個層面,建立了15個指標信號控制優(yōu)化的評價指標體系;王修光[6]從交通運行狀況、時間資源利用、交通安全及環(huán)境污染4個層面建立了19個評價指標的交叉口與干線協(xié)調信號控制效果的評價指標體系;周沛等[7]對交通信號控制運行效果進行分析,分別從正向、負向建立了9個指標的評價體系;趙星等[8]基于城市平面交叉口信號控制策略,對交叉口交通效率、安全和環(huán)境3方面效益的綜合影響,針對各效益建立了包括延誤、排隊長度、效率系數、沖突點面密度、污染物排放、噪聲在內的多級指標體系;劉東波等[9]通過對交通場景的核心特征進行分析,將城市道路劃分為多方式交通、非飽和交通、過飽和交通3大類共14種典型交通場景,并凝練基礎性、系統(tǒng)性兩大類共6類場景,建立了32個指標的整體交通系統(tǒng)綜合評價體系.

學術界在信號控制理論及其評價方法中的獲得了比較豐富的成果. 首先,學者們提出了許多基于數學建模的城市交通信號控制評價模型,如馬爾可夫模型、混合模型和改進的馬爾可夫模型[10],基于計算機視覺的交通流量檢測技術,智能交通系統(tǒng)的控制和優(yōu)化算法,智能交通控制策略,城市交通網絡狀況評估,城市交通擁堵模型[11]等. 這些模型提供了一種通用的城市交通信號控制評價方法,可有效指導城市交通管理者,實施有效的交通控制措施.

國家與行業(yè)也出臺了很多相關的規(guī)范與技術標準,例如《道路交通信號控制方式 第2部分:通行狀態(tài)與控制效益評估指標及方法》(GB/T 527.2—2016)、《城市交通運行狀況評價規(guī)范》(GB/T 33171—2016)、《道路交通擁堵度評價方法》(GB/T 115—2020)等,可更加全面地指導評估城市交通控制的效果,從而更好地服務政府的交通管理工作.

1.2 現(xiàn)有指標體系的不足

現(xiàn)有的評價指標體系,主要存在6個方面不足:

1)評價指標體系比較單一,內容覆蓋不全面

目前城市交通信號控制評價指標體系僅集中在流量控制和安全性能指標,沒有考慮到城市可持續(xù)發(fā)展的各個方面,缺乏計算機輔助評價和模型模擬能力.

2)評價指標體系應用范圍比較局限

城市交通信號控制評價指標體系沒有考慮到不同城市的實際情況,沒有考慮到交通信號控制的復雜性、多變性和動態(tài)性.

3)評價指標體系不能有效評價

目前的指標體系不能有效地衡量交通信號控制的效果,缺乏定量分析能力.

4)評價指標體系不能及時更新

目前的指標體系不能及時反映交通信號控制系統(tǒng)的變化,缺乏必要的技術支持.

5)評價指標體系需要大量的數據

對于小型城市來說,可能無法獲取足夠的數據來進行評價.

6)評價指標體系易遭到外部要素影響

比如城市規(guī)劃、交通管理等,評價結果可能不夠準確.

2 城市信號控制綜合評價思路

2.1 整體思路

1)設定評價層面

將城市道路交通信號控制效果評價設定為7個類別:

①交通運行效率;

②信號燈設施標準化;

③交通信號運維管理;

④智能化交通管理水平;

⑤交通安全;

⑥行人與非機動車出行環(huán)境;

⑦環(huán)保低碳.

2)針對不同層面,分別設定評價指標

①針對不同的評價層面,考慮到與城市道路交通信號控制效果的密切相關性、分析從交通管理者與交通參與者的不同視角進行分析,設定對應層面的評價指標;

②評價指標的不僅可進行現(xiàn)狀評價,還可對未來指標發(fā)展進行預測.

3)確定指標計算方法

通過調查、文獻查閱、現(xiàn)代信息技術等手段獲取或計算各個評價指標的結果,并參照類似規(guī)模城市的指標平均值進行評價.

2.2 應用場景

1)現(xiàn)狀評價

評價城市道路交通信號控制現(xiàn)狀,與類似規(guī)模的城市進行比較,同時提取、整理信號控制政策上的研究課題.

2)分析指標結果,設定目標值

對指標結果進行分析預測,并與類似規(guī)模城市的信號控制效果進行比較與評價,預測未來指標的評價值,制定未來信號控制的發(fā)展策略,合理設定目標值.

3)監(jiān)測評價

例如每隔1 a,基于各種信號控制建設及優(yōu)化調整的進展狀況,根據以前設定的目標值的完成情況進行驗證.

2.3 評價流程

按照不同類別的指標分別進行評價,具體操作流程如圖1所示.

圖1 評價方法的操作流程

2.4 應用意義

在構建評價體系的過程中,除了與交通運行效率層面的直接關系之外,還考慮到日常的交通參與者、城市交通管理者的視角設定了多層次的評價指標,通過靈活運用,也期待著以下的應用意義:

1)可與自身或其他城市信號控制現(xiàn)狀進行對照檢查,對未來城市信號控制優(yōu)化提供對策與建議

關于城市道路交通信號控制評價結果,通過與類似規(guī)模城市平均值和其他領域的評價結果的相互比較,可客觀、定量地把握信號控制的優(yōu)化方向,設定工作目標,合理的提出改善對策與建議.

另外,關于評價指標的一部分,可按區(qū)域、路段、路口進行評價,從而得到更詳細的改善思路.

2)可提升交通運輸效能,減緩交通擁堵

評價指標選取是以交通運行效率為核心,與信號控制緊密相關,因此,通過著眼于該指標,采取相應的優(yōu)化措施,改善其數值,從而達到提高城市交通的運輸效率,緩解交通擁堵的目的.

3)通過不同層面的評價,可反映城市交通的綜合實力

評價指標是考慮到各方交通參與者、交通管理者的視角而設定的,不僅可評價信號控制效果,還可從信號燈設施標準化、交通信號運維管理、智能化交通管理水平、交通事故、行人與非機動車出行環(huán)境、環(huán)保低碳等多角度評價城市交通的綜合能力.

3 評價指標體系

3.1 評價層面劃分

將受到城市信號控制效果影響的主體分成交通參與者與交通管理者兩大類人群,并站在不同人群的視角,根據城市道路交通信號控制的關聯(lián)因素,將評價內容劃分為交通運行效率、信號燈設施標準化、交通信號運維管理、智能化交通管理水平、交通安全、行人與非機動車出行環(huán)境、環(huán)保低碳七大類別進行分析,具體情況詳見表1.

表1 評價主體視角分析

并分別從正、反2個方面對不同類別帶來的效果進行分析,具體情況詳見圖2.

圖2 城市信號控制影響效果分析圖

3.2 評價指標選取原則

1)相關性

要明確控制的目標和期望效果,應當優(yōu)先選用最具代表性,與信號控制效果有直接聯(lián)系的,最能反應評價效果的核心指標.

2)可比性

評價指標應具有普遍的統(tǒng)計意義,評價結果能直觀反應信號控制前后的變化情況,便于相互比較.

3)可操作性

評價指標應通俗易懂,表達方式要簡便易行,數據來源要便于采集,盡可能采用現(xiàn)代化信息技術手段獲取,要充分考慮到日常操作中的便利程度,降低實施難度和運行成本.

4)多樣性

評價指標應分成不同的層面,并能從不同的應用場景、不用的角度出發(fā),多維度的反應城市道路交通控制效果.

5)可持續(xù)性

評價指標可被長期使用,并能進行滾動評價,應具有可持續(xù)性.

3.3 評價指標體系構建

通過上述分析,根據指標的選取原則,針對 7個層面共設定33個評價指標,指標具體情況詳見圖3.

圖3 xxx城市交通信號控制評價雷達圖

4 應用示例

4.1 現(xiàn)狀評價步驟

關于城市道路交通信號控制效果的現(xiàn)狀評價,主要分成4個步驟:

1)按照評價城市規(guī)模劃分原則[15]選取類似規(guī)模城市的指標平均值

考慮到不同地區(qū)的經濟發(fā)展情況,可將進行評價的城市按照信號燈的數量、機動車保有量、人口或中國城市分級名單劃分成不同的評價等級,建立評價數據庫,評價城市按照類似規(guī)模城市的平均值進行評價. 考慮到樣本量、數據不足等因素,評價結果也可同時參照高等級或者低等級規(guī)模城市的平均值作為偏差分析的基準值.

2)將評價指標計算結果與類似規(guī)模城市平均值進行比較,繪制雷達圖[16]

雷達圖是由相同坐標下的多個同心圖形組成的圖表,可對多維度的不同指標進行對比分析.

3)提取雷達圖中產生偏差的關鍵評價指標

通過確認雷達圖表的凹凸,分析不同指標類別的優(yōu)化方向,提出合理的改善對策與建議.

4)通過產生偏差的關鍵性評價指標著手,合理制定未來信號控制的優(yōu)化方向,提出階段性、針對性強的改善對策

另外,雖然評價基本上是以整個城市為對象的,但評價指標的一部分也可按區(qū)域、路段、路口進行評價,從而得到更加詳細的改善思路.

4.2 指標計算結果對比

將各指標的計算結果按照評價類別與類似規(guī)模城市的平均值進行比較,制作對照表.

4.3 評價結果表示

將指標值與類似規(guī)模城市的平均值進行轉換,制作雷達圖,如圖3所示.

4.4 偏差分析

對雷達圖中產生偏差的指標與對應的類別進行提取,詳見表2.

表2 xxx城市評價結果偏差分析表

4.5 改善對策

根據偏差分析的結果,結合雷達圖的表示的凹凸曲線,分析現(xiàn)狀信號控制優(yōu)化改善方向并根據分析結果,制定不同類別的信號控制優(yōu)化改善對策.

5 結束語

為了實現(xiàn)對城市交通信號控制效果的整體評價,本文分別從交通運行效率、信號燈設施標準化、交通信號運維管理、智能化交通管理水平、交通安全、行人與非機動車出行環(huán)境、環(huán)保低碳7個不同層面,構建了33個評價指標集. 相對于現(xiàn)有的評價指標,本文提出的指標集能簡單、直觀、多維度的反映城市交通信號控制的整體效果,具有更好的實際操作與應用推廣能力,能直觀地反映配時優(yōu)化工作的實際效果,便于交通決策者進行管理,進一步提高城市道路交通信號控制系統(tǒng)的精細化運行管理水平. 但仍有以下需要繼續(xù)進行研究的方向:

1)研究確定不同規(guī)模評價城市的劃分標準

本文雖然提供了一套完整的評價指標體系及評價方法,但未對不同規(guī)模評價城市的劃分標準進行明確的說明,需要進一步研究確定.

2)研究建立不同城市規(guī)模的指標數據庫

本文采用的評價對照指標,選取的是與評價城市類似規(guī)模城市的指標平均值,需要依據大量穩(wěn)定的數據獲得,而且各指標的預測也要基于一定的數據樣本量,所以要進一步研究建立對不同城市規(guī)模的指標數據庫.