城市道路交通拥堵状态的动态综合评价与对策研究

城市道路交通拥堵状态的动态综合评价及对策研究

（可行性研究报告）

一、项目实施的背景和意义

近年来，随着国民经济的快速增长，人流、物流、信息流以前所未有的密度涌向大中城市并向周边辐射，城市化进程明显加快，城市规模不断扩大，人口不断集中。统计资料显示：超过百万人口的大城市数量从1978年的13个增加到2010年的42个，目前城市化水平已经达到50%。此种状态在带动城市交通需求高速增长，机动车辆快速增加的同时，也促使城市道路负荷加重，交通拥堵现象日益加剧[1]。交通拥堵使交通延误增大，行车速度降低、时间损失、燃料费用增加、排污量增大、城市环境恶化、并诱发交通事故，直接影响人们的工作效率和身体健康[2]。

当前，城市道路交通拥堵已经成为阻碍城市快速健康发展的焦点问题之一，其所造成的经济、安全和环境等方面的重大损失已引起社会各方的广泛关注。例如，市城市干道平均车速比十年前降低50%以上，市区183个主要交叉口中，严重阻塞的达到60%；市中心区高峰期的道路平均车速不到20km/h[3]。同时各大城市交通拥堵日趋严重，并且开始由城市中心区向郊区蔓延；中小城市也普遍出现了交通拥挤现象。以市为例，近年来在经济日渐活跃、城市日益繁荣的同时，也被城市交通拥堵问题所困绕。“十一五”以来，市区域经济一直保持高速增长，但城市用地状况的改变与常住人口的迅速增加，城市客货交通行为发生了很大变化，机动车拥有量近年来一直保持着两位数以上的高位增长，南来北往繁忙的交通使得原先通畅的出行环境日趋恶化，且由此产生的尾气和噪声污染不断加剧，严重影响了作为全国十大宜居城市的社会声誉。事实上，城市交通拥堵不仅是我国发展中遇到的问题，也是世界各国需要共同面对的难题。美国运输研究所对美国39个主要城市进行研究后，估计美国每年因交通堵塞而造成的经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的损失均超过10亿美元；日本估计东京每年因交通拥堵造成的交通参与者的时间损失相当于123000亿日元；欧洲每年因交通拥堵和环境污染造成的经济损失分别为5000亿欧元和50~500亿欧元[4]。

为了缓解城市交通拥堵，各城市对交通基础设施投资不断加大，但交通拥堵问题并没有得到明显缓解，城市交通需求与交通供给之间的矛盾日趋尖锐，道路交通拥堵现象越发严重。一般情况下，城市交通拥堵的现象都是一致的，表现为车辆在交叉口、路段或一定区域的超出正常时间的滞留，但是城市交通拥堵的原因却涉及到经济发展、交通技术、交通政策、交通方式、道路网络等不同方面的问题[5]。为了从交通拥堵发生的根源上找到缓解、控制城市交通拥堵，保持城市交通畅通的有效方法，国外学者结合本国国情及区域特色，针对城市道路交通拥堵情况进行了广泛研究。欧美许多发达国家从二十世纪五十年代便开

始对交通拥堵的特征、定义以及系统指标进行研究，并探索出许多适合不同出行特征的交通拥堵评价指标和数据收集方法，在用于判断交通拥堵的发生和严重程度中取得了较好的效果，但在城市道路交通拥堵发展趋势的动态评价方法方面尚显不足。我国对城市交通拥堵的分析与管理起步较晚，目前基本处于探讨阶段，主要是从宏观意义上阐述交通拥堵的特性、成因以及缓解拥堵对城市发展的重要性，但实施中由于缺乏理论技术的支持，管理效果并不十分明显。

基于此，项目在回顾总结国外已有研究成果基础上，通过资料调研、理论分析、现场测试以及数值计算等技术手段，拟系统地分析城市道路交通拥堵特性及影响因素，建立科学合理的评价指标体系，并根据城市道路交通拥堵实时动态变化的特征，提出综合有效的评价分析方法，探讨解决交通拥堵的对策，并理论联系实际，以主城区主要路段及交叉口为研究对象，实施应用与验证。项目研究成果以期为城市交通拥堵管理、交通系统方案优化提供决策依据，并对提高出行效率、缓解和控制城市交通拥堵、促进城市的可持续发展具有更加现实的意义。

二、项目涉及的相关技术在国外研究现状和发展趋势

目前，国外学者对城市交通拥堵方面的相关研究主要体现在以下几个方面：

（1）交通拥堵的界定

交通拥堵的具体定义各国尚无统一标准，目前国际上对交通拥堵的定义标准主要有以下几种形式：

①日本道路协会对城市高速公路交通拥挤的定义：以时速40km/h以下低驶或反复停车、启动的车列连续1km以上并持续15分钟以上的交通状态。

②美国芝加哥运输部对道路交通拥挤的定义：30%或5分钟车道占有率对应的交通状态。

③美国德克萨斯运输部交通拥挤的量化定义：当出行时间超过在小交通流量或者自由流的出行环境下，正常发生的出行时间，进而产生较大延误时的交通状态，当这个延误超过大众能够普遍接受的界限时，称为不可接受的交通拥挤[4]。

（2）城市交通拥堵的特征分析

关于城市交通拥堵特征的研究，国外大多根据道路特点，采用布置检测设备或人工进行现场观测的方法，采集数据，并分析交通流动规律以及车辆特性，分析城市交通拥堵空间分布和时间特点、交通拥堵表现形式、变化规律以及影响程度，为城市交通拥堵的成因分析和对策研究提供资料和依据[6]。

（3）城市交通拥堵的成因分析

交通拥堵是大城市发展过程中普遍存在的问题，而引致城市交通拥堵的原因众多，它涉及城市规划、交通供给与需求、交通意识等社会、经济、管理等多个方面，目前开展有针对性的交通拥堵成因研究的报道较为多见。但是在城市交通拥堵成因之间相互关系方面的研究尚没开展，而各成因间的相互关系对城市交通拥堵问题的研究具有重要影响[7]。

（4）解决城市交通拥堵的对策研究

国外关于治理城市交通拥堵的研究所提出的措施大致可以分三大类：增加供给、引导

需求和加强管理。引导需求的重点是实施交通需求管理，抑制交通产生；增加供给的重点是大力发展公共交通，实施优先发展公交，扩大服务能力等；加强管理的重点是树立全局观、疏导结合分流、应用智能交通系统等。针对具体的城市，开展基于仿真技术的综合治理城市交通拥堵问题的对策研究是重要的研究方向[8]。

针对上述相关研究容，国外学者结合本国国情及实际城市的交通运行现状，针对城市交通拥堵问题进行了广泛而又深入地探讨与分析。国外发达国家上世纪五十年代开始对拥堵指标进行研究。Meyer、Michael、Byrne等建立了一些主要城市区域的拥堵指标，但不能对发生在不同地点或时间的拥堵进行比较[910]。Lindley、Schrank、Marlon等根据道路路段以及城市区域的不同特点，基于充分的调查数据，对拥堵指数中的参数进行了设计[11,12,13]。Francois和Willis、Schwartz、Lomax等建议对拥堵进行量化，并提出了许多量化的性能指标[14,15]。之后，拥堵指标被划分为公路通行能力手册（HCM）指标、排队论指标和基于出行时间的指标。Cesar指出了出行时间为拥堵管理性能指标的优点，进一步探讨了出行时间和速度的数据收集方法[16]。Robert等对基于时间和基于距离的指标进行了比较，并讨论了各种指标对拥堵量化的影响程度，最后从出行者角度得出基于时间指标的拥堵分类方法[17]。Daniela Bremmer等提出了时间可靠性的概念，即出行的变化性，并应用采集的数据对其进行分析；同时提出了拥堵评价的新的原则，即采用实时评价方法而不是采用电脑模型[18]。Antony Stathopoulos and Matthew G.Karlaftis论述了研究城市交通拥堵中拥堵持续时间的重要性，分析并建立了计算拥堵持续时间的模型，由对数函数得出一般拥堵持续15分钟左右后消失，而如果持续时间超过24分钟，则可能是由外部交通事件引起的拥堵[19]。目前在美国，随着城市道路和公路拥堵的急剧增加，依照综合地面运输效率方案和联邦条例，很多城市建立了拥堵管理系统[20]。

我国对城市拥堵管理技术的研究起步较晚，到目前为止，对于拥堵管理的研究基本处于探讨阶段，仅从宏观层面上阐述交通拥堵的成因以及缓解拥堵对城市发展的重要性，但研究容没有形成系统的理论体系，对城市交通拥堵的特征、评价指标及评价方法等方面研究深入不够，研究领域主要集中在道路交通拥堵的一般特性、拥堵机理和拥堵程度的研究。邓卫等基于高速公路交通突变理论，提出了在确认交通拥堵出现的同时判别交通拥堵类型的算法[21]。谈晓洁等研究了拥堵的空间分布特点及其发展趋势，提出了一种空间分布判别方法[22]。佟炳勋从交通拥堵与道路服务水平的关系出发，对道路交通拥堵进行了界定[23]。裴玉龙等提出了应用动态分配模型进行拥堵机理分析的三种途径，进一步讨论了使用随机型瞬时动态用户最优分配模型对交通拥堵机理进行分析的方法[24]。达庆东等研究了流量与占有率之间的关系，提出了确定拥堵小时的相似度量法[25]。孟路等使用模糊数学工具对城市道路网络的拥堵度进行模糊识别，以此判断道路交通状况[26]。我国公安部《城市交通管理评价指标体系》（2008年）中规定，用城市主干道上机动车的平均行程速度来描述其交通拥挤程度：①畅通：城市主干道上机动车的平均行程速度不低于30公里/小时；②轻度拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于30公里/小时但高于20公里/小时；③拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于20公里/小时但高于10公里/小时；④严重拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于10公里/小时。