城市道路網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)理論和技術(shù)研究

全永燊，郭繼孚，溫慧敏，孫建平

(北京交通發(fā)展研究中心，北京 100055)

城市道路網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)理論和技術(shù)研究

全永燊，郭繼孚，溫慧敏，孫建平

(北京交通發(fā)展研究中心，北京 100055)

從道路網(wǎng)運(yùn)行的基本特性入手，著重分析了路網(wǎng)運(yùn)行的隨機(jī)波動(dòng)性、遞延傳導(dǎo)效應(yīng)和周期規(guī)律性。在此基礎(chǔ)上，剖析了迄今國(guó)內(nèi)外一直沿用的道路“負(fù)荷度”路網(wǎng)評(píng)價(jià)理論的局限性，提出一套適用于路網(wǎng)整體實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的理論和技術(shù)方法，解決了無盲區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理、路網(wǎng)運(yùn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)分析、評(píng)價(jià)指標(biāo)閾值標(biāo)定等關(guān)鍵技術(shù)難題，為交通戰(zhàn)略規(guī)劃、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)路網(wǎng)功況診斷等提供了全新的技術(shù)手段，北京市的實(shí)證研究初步證明了所提出的理論和技術(shù)體系科學(xué)、有效、實(shí)用。

路網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià);負(fù)荷度評(píng)價(jià);遞延傳導(dǎo)效應(yīng);“五維”擁堵指數(shù)

1 前言

眾所周知，城市道路網(wǎng)是城市綜合交通體系中最為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是多種交通方式的運(yùn)行載體。道路網(wǎng)運(yùn)行功況不僅客觀反映道路系統(tǒng)自身承載能力、運(yùn)行效率和決定承載能力與效率的各種相關(guān)因素間交互作用關(guān)系，而且也在一定程度上客觀地反映了城市交通供需平衡狀況、城市交通方式構(gòu)成的合宜程度以及與綜合交通體系整體運(yùn)行相關(guān)的規(guī)劃決策和運(yùn)行管理水平。因此，對(duì)道路網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)和功況診斷無疑是城市綜合交通體系規(guī)劃、建設(shè)與運(yùn)行管理不可或缺的重要基礎(chǔ)依據(jù)和前提條件。然而，城市道路網(wǎng)是一個(gè)具有高度開放性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，運(yùn)行中受多種無約定和難以預(yù)知的人為因素以及自然因素干預(yù)影響，系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)常處于非穩(wěn)定狀態(tài)。對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜的非穩(wěn)定系統(tǒng)進(jìn)行整體實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)是當(dāng)今國(guó)內(nèi)外尚未完全解決的難題。

一直沿用至今的“道路負(fù)荷度”評(píng)價(jià)方法雖可用于路段和交叉口通行能力核算，但卻不適合用于路網(wǎng)運(yùn)行狀況的整體評(píng)價(jià)，更無法用于路網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。因此，有必要在路網(wǎng)運(yùn)行理論上做新的探索。并尋求建立一套新的評(píng)價(jià)技術(shù)方法體系。文章將以近年來在這一領(lǐng)域的研究成果和應(yīng)用實(shí)踐為基礎(chǔ)，指出傳統(tǒng)的“負(fù)荷度”評(píng)價(jià)方法的理論缺陷和應(yīng)用的局限性，對(duì)路網(wǎng)整體動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)的理論方法做概要論述，并給出這一方法體系實(shí)踐應(yīng)用的初步成果和例證。

2 路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性

2.1 隨機(jī)波動(dòng)性

就路網(wǎng)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)和具體路段而言，瞬時(shí)運(yùn)行參數(shù)(流量、密度、速度)處于隨機(jī)波動(dòng)狀態(tài)(見圖1)。路網(wǎng)運(yùn)行的隨機(jī)波動(dòng)性是由系統(tǒng)的開放性特征決定的。路網(wǎng)系統(tǒng)的介入者(路網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)群體、運(yùn)行管理群體以及使用群體)無時(shí)無刻不在對(duì)路網(wǎng)的運(yùn)行進(jìn)行干預(yù)。系統(tǒng)介入者的干預(yù)在信息不對(duì)稱的條件下無可避免地帶有盲目性。這種不間斷的，帶有盲目性的干預(yù)無疑是導(dǎo)致路網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行隨機(jī)波動(dòng)的主要因素。此外，各類頻發(fā)或偶發(fā)的意外事件(如各類人為事故、交通管制、天氣因素等)也是造成系統(tǒng)運(yùn)行波動(dòng)的客觀因素。這種波動(dòng)既表現(xiàn)在同一斷面車流運(yùn)動(dòng)參數(shù)瞬時(shí)隨機(jī)變化，也表現(xiàn)在同一瞬間路網(wǎng)上多個(gè)點(diǎn)段運(yùn)行參數(shù)的差異。

圖1 路網(wǎng)車流運(yùn)動(dòng)參數(shù)波動(dòng)Fig.1 Traffic flow parameter fluctuations

2.2 遞延傳導(dǎo)效應(yīng)

路網(wǎng)運(yùn)行中，每一個(gè)局部點(diǎn)(段)的運(yùn)行參數(shù)變化都存在緊密的關(guān)聯(lián)性。任何一個(gè)特定點(diǎn)(段)的運(yùn)行參數(shù)變化趨勢(shì)都是由周邊相鄰點(diǎn)(段)運(yùn)行狀況的波動(dòng)所決定的。反過來，一個(gè)特定點(diǎn)(段)運(yùn)行參數(shù)的改變也會(huì)引起周邊點(diǎn)(段)運(yùn)行狀況的改變。由于路網(wǎng)各個(gè)局部的承載能力和實(shí)際負(fù)荷均有很大差異，隨著負(fù)荷量的上升，在某些最為敏感的點(diǎn)(段)上就會(huì)首先出現(xiàn)流態(tài)的變化，乃至形成車流擁塞，形成擁塞點(diǎn)(瓶頸)。擁塞點(diǎn)(瓶頸)的出現(xiàn)—擁塞范圍的擴(kuò)展—擁塞范圍回縮—擁塞點(diǎn)(瓶頸)消失，這一過程是由路網(wǎng)運(yùn)行中的遞延傳導(dǎo)效應(yīng)所控制的。

上述過程中的前半段是路網(wǎng)中某一節(jié)點(diǎn)或路段流量匯集過程。該節(jié)點(diǎn)(或路段)受其上游匯流區(qū)和下游泄流區(qū)流量平衡狀態(tài)的控制，一旦由于該路段(或節(jié)點(diǎn))自身或受下游路網(wǎng)泄流區(qū)的某種波動(dòng)因素影響，出現(xiàn)如下情況時(shí)，滯留排隊(duì)現(xiàn)象便發(fā)生。即當(dāng):時(shí)，滯流排隊(duì)出現(xiàn)。

Volumei為來自上游匯流區(qū)第i條路徑流量，為時(shí)段t內(nèi)，由上游匯入路段A(單向)流量總和為下游泄流區(qū)第j條路徑流量，為時(shí)段t內(nèi)，下游M條路徑泄流量總和。

在自由流態(tài)下，車流密度的增加達(dá)到穩(wěn)定流(約束流)臨界點(diǎn)時(shí)，則進(jìn)入穩(wěn)定流狀態(tài)。由穩(wěn)定流向非穩(wěn)定流(紊亂流)轉(zhuǎn)換往往是上述滯留排隊(duì)情況作為前兆已經(jīng)出現(xiàn)，上游匯入量雖受到一定抑制，但仍在持續(xù)匯入。累積滯留量與持續(xù)匯入量疊加，超過臨界值，則進(jìn)入紊亂流態(tài)。一旦進(jìn)入紊亂流態(tài)，C(道路斷面通行能力)就不再是常量。實(shí)際觀測(cè)表明，在穩(wěn)定流態(tài)的后半段，即V/C(V為實(shí)際負(fù)荷流量)值接近0.85時(shí)，車流的擁塞形成瓶頸，通行能力隨著匯入流量和滯留量的增加，瓶頸現(xiàn)象加劇，通行能力進(jìn)一步下降，直至C=0。

但是，也正是由于遞延傳導(dǎo)效應(yīng)的存在，在“瓶頸”形成后，其上游匯流區(qū)內(nèi)的車流路徑將隨之改變，匯入量將相應(yīng)遞減，而下游泄流量仍保持不變，經(jīng)過一段時(shí)間調(diào)整后，，滯留排隊(duì)逐漸縮減，C回升，“瓶頸”逐漸消散，重新回到穩(wěn)定流或自由流流態(tài)(見圖2和圖3)。從瓶頸的形成和消失過程不難看出，路網(wǎng)運(yùn)行中的遞延傳導(dǎo)效應(yīng)在客觀上賦予路網(wǎng)運(yùn)行自調(diào)節(jié)能力，因此，也是一種整體協(xié)同效應(yīng)。

2.3 周期規(guī)律性

鑒于路網(wǎng)功能級(jí)配結(jié)構(gòu)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在一定時(shí)期具有相對(duì)穩(wěn)定性，道路網(wǎng)的使用者(服務(wù)對(duì)象)和管理者對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行狀況有自己積累的經(jīng)驗(yàn)，加之路網(wǎng)自身運(yùn)行過程中所具有的整體協(xié)同效應(yīng)，因此，盡管路網(wǎng)運(yùn)行過程中始終處于不間斷的波動(dòng)狀態(tài)，但在總體上仍然呈現(xiàn)周期規(guī)律性，不僅表現(xiàn)在全網(wǎng)暢通水平(擁擠程度)、擁堵點(diǎn)段的空間分布、擁堵生成與消散過程的周期規(guī)律性，而且即便對(duì)某一具體路段或節(jié)點(diǎn)，其運(yùn)行參數(shù)也同樣呈較為明顯的周期性變化(見圖4)。

圖2 擁塞點(diǎn)(瓶頸)形成與消散過程Fig.2 Congestion(bottleneck)formation and dissipation patterns

圖3 “瓶頸”形成—消散過程中流態(tài)更迭與通行能力的變化Fig.3 Traffic flow phase alternation and capacity change during congestion formation and dissipation

圖4 路網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)(以速度為例)的周期變化Fig.4 Periodicity of traffic flow parameters(i.e.speed)

3 基于道路“負(fù)荷度”(V/C)的路網(wǎng)評(píng)價(jià)理論缺陷和應(yīng)用方法的局限性

迄今國(guó)內(nèi)外仍在普通應(yīng)用的道路運(yùn)行評(píng)價(jià)方法，盡管具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)不盡相同，但都離不開C和V這兩個(gè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。所依據(jù)的基本理論要點(diǎn)是:對(duì)于給定的道路和節(jié)點(diǎn)，其通行能力是個(gè)不變的常數(shù)，決定它們運(yùn)行狀況(水平)的是V與C之比值(即負(fù)荷度)。因此，不妨把這一評(píng)價(jià)理論方法稱之為“負(fù)荷度評(píng)價(jià)”。

長(zhǎng)期以來，人們既把負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法用于道路或交叉口規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的承載能力與服務(wù)水平的靜態(tài)評(píng)估，也把它用于道路或交叉口實(shí)時(shí)運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析。不僅如此，在找不到新的評(píng)價(jià)方法之前，人們把這種本來只用于單一路段或節(jié)點(diǎn)作靜態(tài)負(fù)荷評(píng)價(jià)的理論方法搬用到路網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法的主要局限性在于以下幾點(diǎn):

1)該理論方法基于一個(gè)假設(shè)前提，即任何情況下，給定C都是不變的常量。這個(gè)假設(shè)只在特定的車流流態(tài)下是成立的。

實(shí)際觀測(cè)表明，只有在自由流和穩(wěn)定約束流前半段(亦即擁塞排隊(duì)現(xiàn)象未出現(xiàn)之前)，C才維持一個(gè)常量，一旦流量接近紊亂流態(tài)臨界點(diǎn)，擁塞排隊(duì)現(xiàn)象出現(xiàn)，在道路上形成通行瓶頸，C也隨之下降，直至為“0”，以致形成堵塞死點(diǎn)(如圖2和圖3所示)。

2)以負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法建立的靜態(tài)分析模型中，流量的增長(zhǎng)是不受通行能力約束的，因此常常會(huì)出現(xiàn)V/C≥1的評(píng)估結(jié)果。事實(shí)上，由于路網(wǎng)運(yùn)行中遞延傳導(dǎo)效應(yīng)，任何V都受通行能力的約束，并會(huì)隨C的變化而變化，始終不會(huì)出現(xiàn)V/C≥1的情況。

3)負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法用于路網(wǎng)整體評(píng)價(jià)時(shí)，未考慮不同功能和技術(shù)等級(jí)的道路對(duì)路網(wǎng)整體運(yùn)行水平所發(fā)揮作用的差異，也未考慮它們之間的交互制約動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)性。因此，只能給出在一個(gè)設(shè)定的出行O－D(即居民出行起止點(diǎn)，“O”為出發(fā)地，“D”為目的地)需求條件下，每條道路(路段)的V/C評(píng)估數(shù)值，無法給出路網(wǎng)整體運(yùn)行水平評(píng)估指標(biāo)。

4)負(fù)荷度評(píng)價(jià)方法無法反映路網(wǎng)運(yùn)行中的隨機(jī)波動(dòng)狀況。在不同的流態(tài)狀況下，V/C與道路實(shí)際運(yùn)行效率(暢通程度)的對(duì)應(yīng)關(guān)系是有差異的。與流量或負(fù)荷度相比較，行程車速對(duì)道路暢通度更為敏感，也能更加真實(shí)地反映道路運(yùn)行動(dòng)態(tài)。如圖5所示，在自由流和非穩(wěn)定(紊亂)流兩種狀態(tài)下，車流運(yùn)行速度離散程度都很高。換言之，在這兩種狀況下，對(duì)應(yīng)于同一V/C值，實(shí)際運(yùn)行隨機(jī)波動(dòng)性幅度很大，負(fù)荷度評(píng)價(jià)無法真實(shí)反映這一狀況。

圖5 不同流態(tài)下速度—流量關(guān)系示意圖Fig.5 Speed and volume relationship during different traffic flow phases

5)負(fù)荷度評(píng)價(jià)所依據(jù)的V數(shù)據(jù)，無論選取的斷面間隔多密，在空間上仍然是不連續(xù)的。在數(shù)據(jù)采集的實(shí)際工作中，受設(shè)備投資等客觀條件制約，流量數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集對(duì)于整個(gè)路網(wǎng)的覆蓋率更是很難滿足路網(wǎng)實(shí)時(shí)整體動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)需要。鑒于前面述及的路網(wǎng)運(yùn)行特性，路網(wǎng)整體運(yùn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)無疑要求基礎(chǔ)數(shù)據(jù)能夠在時(shí)間與空間上均連續(xù)、無盲區(qū)。不僅如此，作為路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)，現(xiàn)有宏觀靜態(tài)分析模型以出行O－D歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)依據(jù)的負(fù)荷度評(píng)價(jià)也是不適用的。

綜上所述，負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法不能真實(shí)反映路網(wǎng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)特性，雖仍可用于單一道路或節(jié)點(diǎn)服務(wù)水平的靜態(tài)評(píng)估，但卻不適用于路網(wǎng)整體動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)。

4 路網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)理論方法及關(guān)鍵技術(shù)

基于對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行特征和傳統(tǒng)負(fù)荷度評(píng)價(jià)理論方法局限性的分析，顯然需要尋求新的理論方法，圍繞“整體”和“動(dòng)態(tài)”評(píng)價(jià)兩大目標(biāo)，在關(guān)鍵技術(shù)上有所突破。

4.1 新的評(píng)價(jià)理論方法要點(diǎn)

1)把道路網(wǎng)整體暢通水平作為主要評(píng)價(jià)目標(biāo)，以可覆蓋全網(wǎng)時(shí)空連續(xù)的運(yùn)行特征參數(shù)——實(shí)時(shí)行程車速作為評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)，以便能夠充分反映路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性和流態(tài)可逆性更迭對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)的影響。

2)充分顧及路網(wǎng)中不同功能等級(jí)道路流量—密度—速度關(guān)系的差異，分別確定對(duì)應(yīng)于不同擁擠度的行程車速臨界閾值。

3)根據(jù)路網(wǎng)中每條道路和節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)車流運(yùn)行速度與上述閾值的對(duì)照，判斷它們的瞬時(shí)暢通程度(擁堵等級(jí))。

4)根據(jù)不同功能等級(jí)道路在路網(wǎng)中實(shí)際分擔(dān)的負(fù)荷量(與里程比例、負(fù)荷能力相關(guān))，分析其運(yùn)行水平對(duì)路網(wǎng)整體運(yùn)行水平的影響度(在路網(wǎng)整體評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算中占有的權(quán)重)。

5)根據(jù)對(duì)路網(wǎng)中每個(gè)局部運(yùn)行狀態(tài)(暢通度)的跟蹤評(píng)價(jià)，確定擁堵點(diǎn)段的實(shí)時(shí)空間位置以及擁堵“瓶頸”形成—持續(xù)—消失的起訖時(shí)間，并以不同權(quán)重計(jì)入路網(wǎng)擁堵狀況整體評(píng)價(jià)。

4.2 城市路網(wǎng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)

城市路網(wǎng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是在考慮城市路網(wǎng)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)整體性和動(dòng)態(tài)性的基本要求的前提下，提出從擁堵強(qiáng)度、擁堵范圍、擁堵時(shí)間、擁堵發(fā)生頻率和運(yùn)行可靠性的“五維”角度，綜合描述交通擁堵的多維動(dòng)態(tài)變化特征(見圖6)［1，2］。所采用的具體指標(biāo)如下所示。

1)交通擁堵指數(shù):綜合反映一日內(nèi)不同時(shí)段城市道路網(wǎng)或區(qū)域道路網(wǎng)整體運(yùn)行狀況的指標(biāo)。

2)擁堵里程比例:道路網(wǎng)中不同擁堵等級(jí)路段里程占全網(wǎng)總里程的比例。這一指標(biāo)從空間范圍上反映路網(wǎng)運(yùn)行的暢通程度。

3)交通擁堵持續(xù)時(shí)間:一日內(nèi)道路網(wǎng)處于輕度擁堵、中度擁堵和嚴(yán)重?fù)矶碌燃?jí)的持續(xù)時(shí)間。這一指標(biāo)可以給出路網(wǎng)運(yùn)行負(fù)荷高峰擁堵時(shí)段起訖時(shí)點(diǎn)的變化趨勢(shì)。

4)常發(fā)擁堵路段分布:道路網(wǎng)中按一定發(fā)生頻率周期性出現(xiàn)擁堵路段的數(shù)量及空間分布。這一指標(biāo)可反映常發(fā)擁堵點(diǎn)段的空間分布及擁堵范圍擴(kuò)展或回縮的變化趨勢(shì)。

圖6 “五維”擁堵評(píng)價(jià)體系Fig.6 “Five-dimensional”congestion performance evaluation structure

5)行程時(shí)間可靠性指數(shù):該指數(shù)指由某一時(shí)間段路網(wǎng)中任意兩點(diǎn)間行程時(shí)間的波動(dòng)幅度。反映道路網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性(亦即可靠性)程度［3～5］。

其中“交通擁堵指數(shù)”是最核心的指標(biāo)，它以路網(wǎng)中各類功能等級(jí)道路所承擔(dān)的負(fù)荷量VKT(vehicle kilometers of travel)為權(quán)重，在對(duì)路網(wǎng)各不同路段逐一按擁堵閾值分別確定擁堵等級(jí)的基礎(chǔ)上，計(jì)算全路網(wǎng)或特定區(qū)域路網(wǎng)擁堵里程比例，再依據(jù)擁堵里程比例與擁堵指數(shù)的函數(shù)關(guān)系建立的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算全路網(wǎng)交通擁堵指數(shù)。

MR為道路網(wǎng)嚴(yán)重?fù)矶吕锍瘫壤?MRi為第i等級(jí)道路的嚴(yán)重?fù)矶吕锍瘫壤?VKTi為第i等級(jí)道路的車公里數(shù)權(quán)重;n為道路等級(jí)的數(shù)量，按照城市道路劃分標(biāo)準(zhǔn)(快速路、主干路、次干路和支路)。

4.3 關(guān)鍵技術(shù)

為建立這一新的評(píng)價(jià)理論方法體系，在幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上取得成功突破，概況起來有以下幾項(xiàng)。

4.3.1 浮動(dòng)車實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與處理

浮動(dòng)車數(shù)據(jù)能夠獲取覆蓋全路網(wǎng)的車輛連續(xù)的行程速度數(shù)據(jù)，解決間斷數(shù)據(jù)存在盲區(qū)的問題。主要技術(shù)包括:

1)樣本規(guī)模的確定及數(shù)據(jù)有效性檢驗(yàn)。浮動(dòng)車樣本規(guī)模是決定實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)有效性的重要因素。國(guó)外多采用基于交通流理論分析方法，但實(shí)踐證明按這一方法給出的樣本規(guī)模采樣，覆蓋率和數(shù)據(jù)有效性較差。筆者在多年的實(shí)踐探索中，找到一種基于浮動(dòng)車的分布規(guī)律、仿真分析和實(shí)際數(shù)據(jù)抽樣相互校驗(yàn)的方法，使實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差控制在14%以內(nèi)。

2)地圖匹配。地圖匹配是實(shí)時(shí)行程速度計(jì)算的重要基礎(chǔ)。國(guó)外主要采用簡(jiǎn)單的點(diǎn)到線匹配方法，得到的僅是GPS瞬時(shí)速度，不能代表車輛行程速度。筆者在建立路網(wǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)方法時(shí)，采用基于最優(yōu)路徑的點(diǎn)到線地圖匹配算法，實(shí)現(xiàn)了前點(diǎn)與后點(diǎn)的關(guān)聯(lián)，有效解決了主輔路并行和立交匝道等復(fù)雜路網(wǎng)的地圖匹配難題，匹配準(zhǔn)確性由通用算法的 70% 提高到 95.6%［5，6］。

4.3.2 路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)分析數(shù)據(jù)的時(shí)空集成技術(shù)

路網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)測(cè)度指標(biāo)能夠評(píng)價(jià)任意路段在任意時(shí)刻的運(yùn)行狀態(tài)，但是對(duì)路網(wǎng)的宏觀整體評(píng)價(jià)需要從時(shí)間上和空間上有機(jī)集成、綜合考慮。在時(shí)間分析上，為精確把握道路交通運(yùn)行的波動(dòng)性，要確定合理的樣本時(shí)間粒度。其次，對(duì)時(shí)間粒度進(jìn)行集成，形成“小時(shí)－日－周－月－年”的時(shí)間集成機(jī)制。在空間分析上，要解決如何從具體路段的分析數(shù)據(jù)綜合集成為路網(wǎng)整體運(yùn)行指標(biāo)的難題。經(jīng)反復(fù)實(shí)踐，最終確定以不同功能等級(jí)道路在路網(wǎng)中承擔(dān)的負(fù)荷量反映其對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行的貢獻(xiàn)度，并作為指標(biāo)綜合的權(quán)重，這樣在空間上形成“路段－某等級(jí)道路－局部路網(wǎng) －全路網(wǎng)”的立體評(píng)價(jià)空間集成平臺(tái)［7，8］。

4.3.3 指標(biāo)閾值的標(biāo)定

擁堵閾值的標(biāo)定在國(guó)外主要是以實(shí)際運(yùn)行速度與自由流速度(或期望速度)之比值為依據(jù)，并未考慮道路功能等級(jí)速度閾值的差異。筆者在對(duì)城市路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)特性和功能特征深入分析的基礎(chǔ)上，提出綜合實(shí)際速度數(shù)據(jù)頻數(shù)分析和調(diào)查數(shù)據(jù)模糊隸屬度函數(shù)分析閾值標(biāo)定方法，用以科學(xué)劃分不同功能等級(jí)道路的擁堵閾值。

5 城市路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)技術(shù)應(yīng)用

路網(wǎng)運(yùn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)理論方法的建立，為交通戰(zhàn)略規(guī)劃、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)路網(wǎng)功況分析、系統(tǒng)短板診斷、路網(wǎng)功能級(jí)配結(jié)構(gòu)優(yōu)化、缺陷及成因分析等提供了全新的技術(shù)手段。

1)戰(zhàn)略規(guī)劃。在戰(zhàn)略規(guī)劃方面，改變了僅僅依靠負(fù)荷度評(píng)價(jià)的局面，利用該理論方法和技術(shù)可得到反映全路網(wǎng)整體運(yùn)行狀態(tài)的指標(biāo)，能夠支持制訂并評(píng)估交通發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)，分析城市交通發(fā)展的趨勢(shì)和癥結(jié)，評(píng)估各項(xiàng)行動(dòng)措施對(duì)路網(wǎng)運(yùn)行的影響，從而制訂科學(xué)合理的戰(zhàn)略規(guī)劃。

2)路網(wǎng)功能診斷。引導(dǎo)合理的土地利用方式、改善路網(wǎng)功能層次使用混亂狀況是路網(wǎng)結(jié)構(gòu)調(diào)整的目標(biāo)。利用該技術(shù)對(duì)車流行駛路徑的跟蹤分析技術(shù)，一方面可以判斷不同功能層次的道路是否發(fā)揮了其預(yù)期功能;另一方面，可有不同O－D、不同行程距離的出行使用各類功能等級(jí)道路的里程比例，判斷他們對(duì)機(jī)動(dòng)性與可達(dá)性的不同要求，在此基礎(chǔ)上，對(duì)道路功能級(jí)配結(jié)構(gòu)的合宜性作出界定，為路網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供可靠的基礎(chǔ)依據(jù)。此外，根據(jù)路網(wǎng)運(yùn)行動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)，可方便地找出系統(tǒng)短板(即路網(wǎng)頸點(diǎn)段)，分析其成因，從而對(duì)路網(wǎng)規(guī)劃、改擴(kuò)建、微循環(huán)改善提供指導(dǎo)。

3)交通政策與運(yùn)行管理方案評(píng)價(jià)。該技術(shù)為交通需求管理政策預(yù)評(píng)估和后評(píng)價(jià)、道路網(wǎng)運(yùn)行方案效果評(píng)價(jià)、道路施工影響評(píng)價(jià)等提供了可靠的技術(shù)手段。通過對(duì)“中非論壇”和“好運(yùn)北京”測(cè)試賽期間交通政策效果分析評(píng)價(jià)，對(duì)奧運(yùn)需求管理政策、機(jī)動(dòng)車限行數(shù)量、公共交通保障提出方案建議，并在奧運(yùn)會(huì)后研究實(shí)施了常態(tài)化的每周少開一天車等需求管理政策［9］。為以后類似大型活動(dòng)和日常交通保障奠定了基礎(chǔ)。

4)交通監(jiān)測(cè)與誘導(dǎo)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)北京市五環(huán)路內(nèi)路網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每5 min更新2萬多個(gè)路段路況信息，包括道路旅行速度、數(shù)據(jù)采集的樣本量和擁堵指數(shù)。可查詢城市每條道路在某一時(shí)間段內(nèi)不同周期的交通變化情況。將全市或指定區(qū)域范圍在某一時(shí)間段內(nèi)不同周期的交通狀況圖以動(dòng)態(tài)的形式播放出來，形成非常直觀的交通狀況動(dòng)態(tài)演變回放。同時(shí)，能夠?qū)煌餍畔⑦M(jìn)行短時(shí)預(yù)測(cè)，為交通流誘導(dǎo)奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。奧運(yùn)期間通過實(shí)時(shí)信息應(yīng)用與動(dòng)態(tài)導(dǎo)航，為1500輛奧運(yùn)貴賓車輛提供實(shí)時(shí)信息服務(wù)。

［1］Sun Jianping，Wen Huimin，Gao Yong，et al.Metropolitan congestion performance measures based on mass floating car data［C］//Proceedings of the Second International Joint Conference on Computational Science and Optimization(CSO2009).USA:IEEE Computer Society Press，2009.

［2］全永燊，郭繼孚，關(guān)積珍，等.交通擁堵評(píng)價(jià)研究及北京交通擁堵評(píng)價(jià)的實(shí)證分析［C］//第三屆中國(guó)智能交通年會(huì)論文集.南京:東南大學(xué)出版社，2007:1－6.

［3］Shawn Turner，Rich Margiotta，Tim Lomax.Monitoring urban freeways in 2003:current conditions and trends from archived operations Data［R］.College Station:Texas Transportation Institute，2004.

［4］Shawn Turner，Rich Margiotta，Tim Lomax.Lessons learned:monitoring highway congestion and reliability using archived traffic detector data［R］.College Station:Texas Transportation Institute，2004.

［5］Wen Huimin，Liu Xuejie，Gao Yong.The distribution characteristic of travel time reliability in Beijing road network［C］//Proceedings of the Second International Joint Conference on Computational Science and Optimization(CSO2009)USA:IEEE Computer Society Press，2009

［6］朱麗云，郭繼孚，溫慧敏，等.一種適用于復(fù)雜城市路網(wǎng)的浮動(dòng)車實(shí)時(shí)地圖匹配技術(shù)［J］.交通與計(jì)算機(jī)，2007，25(6):81－84.

［7］朱麗云，溫慧敏，孫建平.北京市浮動(dòng)車交通狀況信息實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)［J］.城市交通，2008，6(1):77－80.

［8］郭繼孚，溫慧敏，陳 峰.浮動(dòng)車系統(tǒng)功能分析與應(yīng)用設(shè)計(jì)研究［J］.交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2007，7(3):39－44.

［9］溫慧敏，扈中偉，郭繼孚，等.奧運(yùn)期間北京市道路網(wǎng)運(yùn)行分析［J］.交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2008，8(6):32－37.

Real-time dynamic evaluation of urban netword

Quan Yongshen，Guo Jifu，Wen Huimin，Sun Jianping

(Beijing Transportation Research Center，Beijing 100055)

This paper analyzes the dynamic nature of real-time traffic network performance measurement，with particular focus on random traffic flow fluctuation，traffic deferred conduction effect and traffic periodicity.The limitations of the traditional traffic network evaluation methods based on traffic V/C is discussed;followed by the presentation of a novel approach for real-time traffic network performance evaluation，which solves the previous technical issues such as data collection and processing with no blind region，dynamic spatial-temporal traffic network performance analysis and evaluation threshold calibration.The proposed approach is validated in a case study using the Beijing traffic network，which proves its rationality，efficiency and practicality.The implications of the research and methodologies presented in this paper provide new theories and perspectives for infrastructural planning，dynamic road network performance evaluation，etc.

real-time traffic performance evaluation;V/C evaluation;traffic deferred conduction effect;“five-dimensional”congestion index

U49

A

1009－1742(2011)01－0043－06

2010－11－01

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973項(xiàng)目(2006CB705500);北京市科技計(jì)劃項(xiàng)目(D101100049710004、D07050600440704)

全永燊(1941—)，男，北京市人，教授級(jí)高級(jí)工程師，主要從事交通規(guī)劃、交通政策、交通發(fā)展戰(zhàn)略的研究工作;E － mail:quanys@bjtrc.org.cn