11081156-基于北京道路拥堵指数的对北京交通现状的分析与建议

学年第学期期
《系统分析与评价》课程考核报告
任课教师：
2013年月日
摘要:
针对北京日益严重的交通拥堵问题，结合系统分析的方法和理论，运用交通拥堵指数并举例对交通拥堵指数、北京交通提出一些改善建议和意见。

结合国际城市的交通管理的经验，参考国外对交通状态的评价方法，建议从控制机动车数量、出行率及鼓励市民采取公共交通等多方面加强对北京市交通的管理。

北京要想实现持续的、快速的发展，必须妥善地解决北京的交通问题。

关键词：
交通；交通拥堵指数；建议
引言：
城市交通系统是城市赖以生存和发展的保证。

北京作为全国的政治中心、文化中心，作为一座国际化的大都市，交通的顺畅程度直接影响着城市的发展，关乎着城市的形象。

近年来，随着居民生活水平日益提高，私家车的数量大幅度增加，北京城区道路交通拥堵的状况日益严重，已成为人们关注的热门话题。

造成交通拥堵的原因有很多，既有交通投入、道路系统的原因，也有交通结构、交通管理的原因，更有城市功能结构与布局上的原因。

如何控制北京的交通拥堵状况成为了北京市政府亟待解决的问题之一。

而北京市的交通拥堵问题一直被广泛关注，为此，北京市首创了综合反映道路网畅通或拥堵的概念性数值，简称交通指数，又称为交通拥堵指数或交通运行指数。

交通指数取值范围为0至10，每2个数一等级，分别对应“畅通”、“基本畅通”、“轻度拥堵”、“中度拥堵”、“严重拥堵”五个级别，数值越高，表明交通拥堵状况越严重。

而本文将根据这个交通拥堵指数，对北京的交通拥堵问题提出一些解决办法，并选择海淀黄庄地铁站作为例子。

一、北京道路交通拥堵的现状
20世纪90年代后，北京的道路建设有了突飞猛进的发展。

截止1997年底，北京市公路总里程已达12306公里，公路密度0.79公里/平方公里，居全国之首。

但与此同时，飞速发展的机动车的保有量以及伴随而来的交通拥堵现象也表现出来。

1990年以来，北京市机动车年增长率始终保持在10%至15%。

交通需求量的不断膨胀，与城市道路发展的滞后，共同促成了北京市区交通拥挤不堪。

并且随着GDP的不断增加，人民生活水平的不断提升，汽车的普及率也得到了飞速的提高。

这一切使得北京的交通状况日趋紧张。

进入21世纪后，北京开始朝着国际化大都市的方向迈进。

而在此进程中，也出现了一些副产品，交通拥堵便是其中之一。

虽然北京市政府每年都从财政预算中拿出相当一部分资金用于城市交通基础设施建设，一定程度上缓解了城市交通拥堵的状况，但与人口、车辆增长的速度相比，交通状况仍然不容乐观。

目前北京市已形成以二环路、三环路、四环路、五环路等城市环路和长安街、平安大街、门大街、两广路等多条主干道为依托，以八达岭、机场、京承、京通、京沈、京塘、京开、京石等多条高（快）速公路为放射，以若干次干道、支路为连接的网状基本道路格局，截至2005 年初，北京市道路总里程已达到19 009km。

北京的交通建设发展不可说不快，然而机动车的保有量却在以更快的速度增长。

1949年至1997年，在漫长的47年后，北京市的机动车总量才突破100万辆。

而1997年至2003年8月，仅用6年多时间，北京市机动车保有量就突破200万辆大关。

而在两年后的2005年，这个数字又被刷新成了258万辆，截至2009年6月，北京机动车已达到371万辆，机动车驾驶员537万人。

在九十年代末，北京街头还只能看到“京A”到“京C”号段。

而截至2009年6月，“京P”号段发放已接近尾声。

在这飞速的发展中，私家车成为了数量膨胀最大的一个群体。

根据国外现代化发展的经验表明，当人均GDP达到3000美元后，小型汽车就会进入高速发展期，基本普及进入普通家庭，而北京自2001年人均GDP就已经突破3000美元，2008年北京人均GDP就已经突破9000美元，私家车也已经开始普遍进入北京寻常百姓家，而事实也正是如此。

据北京市交通委统计，1994年北京市机动车保有量为67万辆，其中私家车拥有量20万辆，仅占机动车保有量的29.85%；2005年北京市机动车保有量为258万辆，其中私家车拥有量达130万辆，占全市机动车保有量的比率上升至50.39% 。

但这期间公路长度仅增长了22%，而民用机动车却猛增了208%，几乎是公路增长速度的十倍，由此可以看出供给与需求的增长是不平衡的。

可以说，这几年私家车的发展带动了汽车保有量的大幅提高，车辆需求的过剩与道路供给的不足成为了北京市交通拥堵的症结所在。

在早晚高峰时间段，二、三环路与各个进出城主要联络线统统成为了拥挤的“停车场”，拥堵大面积的出现。

可以说，日复一日的堵车已经成为了北京居民生活中的一部分，而每天面对堵车所表现出的麻木也已经成为首都居民心态上的真实写照。

有研究表明，二环路高峰小时流量达到12000多辆，最严重的时候甚至可达到16000辆，远高于当初设计流量9000辆；三环的最高流量已经达到14000多辆。

北京早晚流量高峰期间，城区内道路90%以上处于饱和或超饱和状态，高峰小时干道平均车速为每小时20公里左右，在一些路段，车辆的通行时速有时降到10公里以下，个别路段甚至降到5公里以下，真是开车还不如走着快，堵车都成堵心了！
北京市交通管理局于2006年4月公布了全市周期性拥堵较为突出的59处点段。

在这些拥堵点中，分布最多的三个区就是CBD所在的朝阳区、高校等科研机构集中的海淀区以及商贸批发物流发达的丰台区。

上述地段本身的交通压力就很大，一旦遇到突发的交通状况便会形成大面积的拥堵，在这些地方车辆平均排队长度达550米。

如果以每辆车长5米，双方向有6条机动车道计算，则受到拥堵影响的车辆至少有660辆，这还没有包括环路上的状况。

可见整个北京市受拥堵影响的车辆数目是十分惊人的，而由拥堵所造成的社会成本的数字也是十分庞大的。

首先，汽车本身就拥有着不小的外部成本，首当其冲的就是汽车排放的尾气所造成的环境成本，据亚洲开发银行公布的报告显示，北京是亚洲国家当中空气污染问题最严重的城市之一，与北京并列的还有西安、加德满都等地。

而这其中相当大一部分就是汽车尾气所造成的。

虽然近些年大力治理汽车尾气，大幅提高汽车尾气排放标准。

但汽车总量的提高还是让人对尾气的排放有些担心。

毕竟北京有370万辆机动车，即使执行最新的欧洲汽车排放标准，这个数量的汽车对空气的污染也是十分严重的。

另外，汽车交通还带来了很大的安全成本。

北京万人交通事故死亡人数高于纽约等世界城市的水平，1998-2002年，北京市的交通事故死亡人数居高不下，一直徘徊在1500左右。

正是近年来人们生活水平的提高，机动车出行量日趋增多，给本已不足的道路设施带来更大的压力，而一旦出现交通事故，势必将进一步加剧了道路堵塞的发生。

与机动车自身的外部成本相比，一旦发生交通拥堵，所产生的外部成本更为惊人。

根据研究表明，北京市高峰期的平均车速仅为20公里/小时，而全市汽车年延误车时更是达到了惊人的8.6×108小时，
仅延误时间的成本就达到了50多亿元。

而在交通拥堵中所消耗的燃油的成本也十分可观，以北京市92号汽油7.8元/升计算，所产生的外部成本更是接近100亿元。

再加上交通拥堵所产生的噪音污染，拥堵所产生的道路长时间占用，北京因交通拥堵每年所产生的外部成本将达到近160亿元，占全北京GDP的1.5%。

随之带来一系列的问题，使得北京道路交通拥挤，出行效率下降；公共交通服务水平不高；停车问题突出；交通公害问题日益严重；交通安全，特别是道路交通安全问题突出，道路交通事故率高居不下，驾车、乘公交车、骑自行车、行人过街的交通安全感均有下降；步行、自行车、公共交通环境未得到明显改善；交通秩序混乱。

二、交通拥堵指数
交通拥堵指数又称交通运行指数，是北京市首创的综合反映道路网畅通或拥堵的概念性数值，简称交通指数。

交通指数取值范围为0至10，每2个数一等级，分别对应“畅通”“基本畅通”“轻度拥堵”“中度拥堵”“严重拥堵”五个级别，数值越高，表明交通拥堵状况越严重。

即交通指数在0-2之间为畅通，可以按道路限速标准行驶；2-4之间为基本畅通，比畅通时多耗时0.2至0.5倍；4-6之间为轻度拥堵，比畅通时多耗时0.5至0.8倍；6-8之间为中度拥堵，比畅通时多耗时0.8至1.1倍；8-10之间为严重拥堵，比畅通时多耗时1.1倍以上。

交通指数是对分布在城市大街小巷的动态车辆位置信息（简称浮动车数据）进行深入加工处理获得的，在北京是通过全市3万多辆出租车上的车载GPS回传动态数据给数据处理中心。

首先对车辆位置数据处理，得到不同功能等级道路的运行速度，然后根据道路功能不同以及流量数据计算该道路在全网中所占权重，最后通过人对拥堵的感知判断，给出换算到0-10的指数指标值。

交通指数并不意味着车速，因道路情况不同，速度带给人的感受并不相同。

比如20公里每小时的速度在快速路上感觉就是严重拥堵，而在胡同等狭窄道路中就感觉比较顺畅。

为了测算区分出这些等级，千余名工作人员携带GPS等仪器，几乎跑遍大街小巷，之后通过比对现场感受和数据测算，最终确定各种不同道路的交通指数。

美国德克萨斯州交通研究所1994年提出了道路交通拥挤度指数RCI(Roadway Congestion Index)的概念，并用来评价道路拥挤的严重性。

该指标是根据道路交通量和车辆日行驶里程得到的，现已被广泛应用于美国大中城市。

日本在道路交通状况调查中采用拥挤度指标。

拥挤度被定义为路段实际交通流量与白天12小时的评价基准交通流量之比。

评价基准交通流量可由道路等级及其通行能力、峰值率等计算得出。

澳大利亚和新西兰共同采用拥堵指数来比较不同等级道路及区域的交通拥堵状况。

拥堵指数是在考虑路段长度及路段速度限制的情况下实际旅行时间和自由状况旅行时间的差值，其计算公式如下。

其中，CI表示拥堵指数，T表示路段平均旅行时间；L表示路段的长度，S表示路段的自由流速度。

所谓的自由流速度，是指交通流的理论速度，是交通密度趋于零时的速度，即几乎没有车辆时的速度；或者是在交通量很小的条件下，车辆通过没有信号交叉口的城市干道的路段平均速度；或者是在交通量很小的条件下，高速公路基本路段或多车道公路路段上小客车的平均速度。

拥堵指数的范围大于等于0。

拥堵指数取0值表示道路交通状态处于最佳状态，此时实际旅行时间等于自由流状态旅行时间。

原则上，拥堵指数可以取很大的值，但在实际通行路网中，交通拥堵的持续时间不会无限大，一般4以上即被认为是
最严重的拥堵等级。

我们可以看到，北京的交通拥堵指数，考虑的更多的是不同路段的行驶速度和驾驶感受而得出的交通拥堵指数。

首先我们必须得承认这个指数已经有很高的描述意义，但是我仍旧对其有一些看法。

首先，根据北京市交通委员会给出的实时道路信息，我们大致可以区分出两个高峰期，早上7点-9点，下午5点到7点。

我们明显可以知道，早上是上班高峰期，晚上是下班高峰期，这个情况下，就算是同一路段以同一速度行驶，驾驶者的感受也是很不一样的。

所以，我建议，北京市的交通拥堵指数，应该分时段、分路段赋予权重，在节假日、上下班高峰期等特殊时间，使用一套放大驾驶者感受的交通拥堵指数评价系统。

在这套评价系统里，应该加入出行者可接受的出行时间T1和延误时间T2，然后将T1、T2加入北京市交通拥堵指数的评价范围。

另外，现有的交通拥堵指数，基本上是根据车辆拥挤程度、车速、行程时间来衡定交通的拥堵程度。

但是我觉得，交通是否拥堵在某种程度上来说是人的主观感受的一种客观体现。

例如，在不同日期的同一时间、同一路段、同一速度行驶，驾驶者今天心情好，那么有可能不会觉得怎么拥堵。

所以，我觉得还可以在交通指数中引入几个参考指标。

一是天气情况，二是道路噪声。

通过实地调查，收集第一手数据。

对天气情况，分为典型的几类，如晴、雨、雪、阴等；利用噪声测量仪器测量仪器测量噪声（dB），并根据对噪声进行分级，跟踪调查20名左右的司机的个人体验（严重拥堵、中度拥堵、轻度拥堵、基本畅通、畅通），以天气情况、道路噪声、行驶速度、驾驶时间段、道路延误等影响交通拥堵指数的因素为因素集，进行模糊综合评价，为天气情况和噪声情况赋予权重，形成新的道路拥堵指数。

三、其他交通状态量化方法
1.道路交通服务水平是美国《道路通行能力手册》（HCM）提出的概念，是目前应用最广
泛的“交通状态”。

HCM是由美国运输研究委员会组织编写的，从1950年第一版发行至今，先后形成了五个正式版本:HCM 1950、1965、1985、2000和2010。

服务水平是描述交通流运行状况及出行者主观感觉的一种质量测度，分为A-F六个等级，用来描述不同的交通流运行状况。

服务水平的量化指标因交通设施的类型不同而不同，量化标准也随之不同。

2.日本参考HCM提出了三级服务水平的量化标准。

从中可以看出，日本三个等级的服务
水平仅相当于HCM的C、D、E级，这是因为服务水平A、B两级的车流量较低，对于道路资源紧张的日本而言存在浪费。

3.我国《城市道路设计规范》参考HCM和日本的相关标准，定义了四个等级的服务水平
量化标准。

V/C是在理想条件下，最大服务交通量与基本通行能力之比。

四、分析与建议
1.北京的单中心城市结构导致交通量在中心区过度聚集
北京城市中心区人口、经济、建筑高度密集并逐次向外递减，是典型的单中心向心式土地利用形态。

这种单中心城市结构必然导致中心区的城市功能高度集中。

中心区包含了行政、办公、文化、商业、商务、教育、居住等几乎所有的职能，在世界所有的首都城市中，北京城市中心区所集聚的功能几乎是最全的，但同时北京中心城区的空间资源非常有限，两者之间的冲突导致中心区高密度、高强度开发。

针对这种情况，首先建议政府对这样的情况应该有充分的、足够的重视，并主动地进行改变。

对此，我的建议如下。

1)吸取以往的经验和教训，采取交通建设适度超前的策略，发挥交通建设特别是轨
道交通对城市空间结构调整的带动和引导作用，促进郊区新城的健康发展。

加快
郊区的经济建设和基础设施建设，拓展城市空间。

2)在核心地区（旧城区、CBD、中关村核心地区、大型商业地区）、中心地区（核心
地区以外的市区、新城的中心区）大力发展公共交通，实行公共交通优先的政策，为步行交通和自行车交通创造安全和良好的环境，同时，大力倡导市民使用公共
交通和自行车交通。

针对公共交通，可以大力发展地铁，这对解决北京的交通拥
堵问题有很大帮助。

我们可以运用运筹学的方法举例说明。

我们将北京地铁线路
图模拟成为一张网络，然后将我们调查到的数据进行标注，根据数据信息进行最
大流运算。

通过查询知，在高峰时段，每条线路的发车间隔时间如下：1号线间隔发车时间为2.25分钟，2号线间隔发车时间为2.25分钟，4号线间隔发车时间为2.25分钟，5号线间隔发车时间为3分钟，8号线间隔发车时间为5分钟，10号线间隔发车时间为2.75分钟，13号线间隔发车时间为4分钟。

每趟地铁的最大运营量经查询是1400人/趟，在高峰时间段，我们假设，每条线路的发车间隔时间是合理的，即每趟地铁都是满运载量的。

因此可得出每分钟的北京地铁不同线路的最大流量。

1号线最大每分钟运载量为622人/分钟，2号线最大每分钟运载量为622人/分钟，4号线最大每分钟运载量为622人/分钟，5号线最大每分钟运载量为466人/分钟，8号线最大每分钟运载量为280人/分钟，10号线最大每分钟运载量为509人/分钟，13号线最大每分钟运载量为350人/分钟。

将所得的北京地铁不同线路的最大流标注于图中，即完成了地铁线路图的数据化，可以进行网络最大流问题的求解。

1）标号过程
①.首先给Vs标上（0，+∞）
②.检查Vs，在弧（Vs,V3）上，fs3=500,cs3=622，fs3 <cs3,则V3的标号为（Vs，l（V3）），其中，
l(V3)=min[l(Vs),( cs3 –fs3)]=min[+∞,622-500]=122,
得V3的标号为（Vs，122）
③.检查V3，给V4，V7，V10标号为V4(V3,122),V7(V3，122),V10(V3，122)
④检查V7，给V11标号为V11（V7,122）
⑤.检查V2，给V15标号为V15（V11,122）
⑥.检查V2，给Vt标号为Vt（V15,97）
（2）调整过程
按点的第一个标号找到一条增广链，可见u+={（Vs,V3）,（V3，V7），（V7，V11），（V11，Vt）}
按θ=97在u上调整f
u+上：
fs3+θ=500+97=597
f37+θ=200+97=297
f7,11+θ=350+97=447
f11,15+θ=475+97=572
f15,t+θ=525+97=622
其余的fij不变
（1）标号过程：
①首先给Vs标上（0，+∞）
②检查Vs在弧（Vs，V3）上，Cs3>fs3，则给V2标号为（VS，l（Vs）），其中
l(V3)=min[l(Vs),(cs3-fs3)]=min[+∞,25]=25
③检查V3在弧（V3，V2）上，f23>0，则给V2标号为（-V3，l（Vs）），其中
l(V3)=min[l(Vs),(cs3-fs3)]=min[+∞,25]=25
④同理检查V2给标号V1（V2，25），V6（V2，25）
⑤检查V6给V9标号为(V6，25)
⑥检查V9给V13标号为(V9，25)
⑦检查V13给Vt标号为(V13，25)
（2）调整过程：
Θ=min{min(cij-fij),minfij}
易见
μ+={（Vs，V3），（V2，V6），（V6，V9），（V9，V13），（V13，Vt）}
μ-={（V3，V2）}
按Θ=25在μ上进行调整f
μ+上：
fs3+Θ=597+25=622
f26+Θ=150+25=175
f69+Θ=200+25=225
f9，13+Θ=325+25=350
f13，t+Θ=375+25=400
μ-上：
f32+Θ=150-25=125
其余fij不变
（1）标号过程
①.首先给Vs标上（0，+∞）
②.检查Vs，在弧（Vs,V2）上，fs2=400,cs2=509，fs2 <cs2,则V2的标号为（Vs，l（V2）），其中，
l(V2)=min[l(Vs),( cs2 -fs2)]=min[+∞,509-400]=109,
得V2的标号为（Vs，109）
同理，V3的标号为（Vs，122）
③.检查V2，由上述标号法，给V1标号为V1(V2，109)
④.检查V1，给V5标号为V5(V1,109)
⑤.检查V5，给V13标号为V13（V5,109）
⑥.检查V13，给Vt标号为Vt（V13,109）
（2）调整过程
按点的第一个标号找到一条增广链，可见u+={（Vs,V2），（V2，V1）,（V1，V5），（V5，V13），（V13，Vt）}
按θ=109在u上调整f
u+上：
fs2+θ=400+109=509
f21+θ=100+109=209
f15+θ=50+109=159
f5,13+θ=25+109=134
f13t+θ=375+109=484
其余的fij不变v(f)=fs3+fs2=622+509=1131
地铁的情况并不能完全用最大流问题来概括，但是，我们可以看出，地铁的运载量是很大的，能够承受短时间的大流量。

因此，发展地铁对缓解北京的交通拥堵情况有很大帮助。

但是，现在北京的地铁也存在着一些问题，所以，建议在发展地铁的同时，对地铁的一些基本设施进行增设和改建，以保证能高负荷运转。

因此，建议加快公共客运行业的改革, 对现在的公共交通经营体制作重大调整；科学调整公共交通线路和网络；将轨道交通网络迅速提高到较高水平；提高车内舒适程度，改善换乘环境，提高换乘效率，使公共交通总体服务水平有较大提高。

建议继续着力解决新建居住区出行困难、不同交通工具间的换乘不够方便、公交车辆候车时间过长等影响客流量增长的问题。

目前北京地面公交线路普遍较长，线路重叠率较高，应要利用高新技术，改变传统交通管理方式，以信息化为基础，促进乘客、车辆、场站设施以及交通环境等要素之间的良性互动，加强智能交通系统建设，提高公交服务质量和城市管理水平。

国际经验表明，国外许多大城市在治理交通拥堵过程中都曾经有过这样的经验教训，即“大量发展汽车造成交通拥堵→修建路桥等交通工程→汽车继续发展，交通仍然拥堵→再新建交通工程→汽车保有量持续增长，交通拥堵难以解决→制定政策限制小汽车使用→交通拥堵最终得到有效治理”。

因此，减少私家车的使用，大力发展公共交通才是解决北京拥堵的最终办法。

一旦公共交通系统发达，出门乘坐公交车就能顺畅达到目的地，自驾车出行的人必然会大幅减少。

2.高峰期现象太明显，区域差异化明显。

根据北京市交通委员会的实时路况数据，我们可以通过以下几幅典型的数据图看出北京市的交通高峰期和地区性差异。

北京的高峰期现象特别严重，根据调查，可以得出北京市的两个典型的交通高峰期。

早上7点左右到9点左右，下午5点左右到7点左右。

而地区的差异也非常明显。

北京二环内一般比其他地方拥堵，在高峰期就更加明显。

东城区、西城区的拥堵情况比其他地区严重，而石景山区的交通情况却比其他区要好很多。

针对以上提到的时间和空间上的交通拥堵。

除了上述提到的加强公共交通的建设之外，还有如下几个建议。

1)控制车牌数量。

可以参考国际上其他大城市的经验，保持车辆的增长率。

每年发放
的车牌数量的可以按照以下计算方法计算得出，截至前一年12月31日的全市车辆
总数再加上每年固定的3%的增加额，减去本年度估计报废的车辆数目以及前一年
实际报废车辆数目，所得的差额就是本年度的新配额。

2)针对城市的不同区域的特征和要求，采取不同的交通政策，高峰期对重点路段采取
限行或者收费措施。

2004年伦敦实行道路拥堵收费措施，该措施的覆盖范围在伦
敦的中心市区，从星期一到星期五的7:00到18:30，每一辆进入市区交通网络的机
动车需要付费。

在该收费措施实行的第一周，每天有87000—95000辆机动车因为
使用中心市区的交通网络而付费。

该政策实行的前几周，即有效缓解了道路拥堵状
况，使用道路的机动车数量下降了大约25%。

伦敦与北京同属国际化大都市，伦敦
的措施属于通过增加机动车出行成本控制机动车出行率，并且取得了很不错的成
效。

从长远来看，这将是北京市未来治理交通拥堵的主要方法，但以现实情况来看，目前北京还无法达到伦敦的效果。

首先，市民的经济水平还无法承受如此大的经济
压力。

其次，市民的守法意识还有待加强，很多人不会愿意接受这种收费方式。

最
后，如何实现不乱收费、多收费也是摆在政府面前的一大难题。

所以北京可以采取
高峰期限行的措施，即在规定的两个小时的高峰期内，某些号段的车辆限制在某些
重点路段的行驶，这样也可以缓解高峰期重点地区的拥堵状况。

例如，我们从上图
可以看出，机场高速的交通情况一直不理想，除了修建或者扩建线路之外，还可以
实行一些交通管制政策，即限号限时进高速，开辟机场公交线，鼓励市民乘坐公共
交通等。