城市道路擁堵與道路平均速度相關(guān)性分析＊

牛靈芝 溫惠英

（華南理工大學(xué)土木與交通學(xué)院 廣州 510640）

0 引言

在推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)的進(jìn)程中，城市道路網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為城市正常運(yùn)行的有力支撐。然而日益嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題使得城市道路網(wǎng)絡(luò)備受詬病。由中國(guó)科學(xué)院發(fā)布的《中國(guó)新型城市化報(bào)告2012》顯示，在內(nèi)地50個(gè)城市上班路上平均花費(fèi)時(shí)間排名中，北京以52 min 居首，廣州、上海以48，47min 緊隨其后［1］。對(duì) 比2011年首次計(jì)算的主要城市標(biāo)準(zhǔn)出行時(shí)間（即1個(gè)城市出行時(shí)間的“理想值”，這個(gè)“理想值”加堵車(chē)時(shí)間，即為1座城市上班平均花費(fèi)時(shí)間的“絕對(duì)值”）可知廣州市平均堵車(chē)時(shí)間高達(dá)12min（實(shí)際48min減去廣州的理想值為36 min）。因此，有效緩解城市道路擁堵問(wèn)題已經(jīng)成為刻不容緩的問(wèn)題。目前關(guān)于道路擁堵的比例一般用飽和度（V／C）來(lái)計(jì)算飽和度，然而，不同等級(jí)道路無(wú)論是在設(shè)計(jì)還是交通組織管理方面都存在顯著的差異，所以采用單一標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判別會(huì)造成偏差。筆者將介紹不同等級(jí)道路上平均運(yùn)行速度與道路擁堵發(fā)生概率存在的關(guān)系，并分析不同時(shí)段不同道路的交通特性，以期為城市道路交通擁堵的有效治理提供理論支持。

1 數(shù)據(jù)采集與處理

目前，我國(guó)道路中有準(zhǔn)確等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)的主要有公路和城市道路［2］。城市道路是指在城市范圍內(nèi)具有一定技術(shù)條件和設(shè)施的道路，不包括街坊內(nèi)部道路。根據(jù)道路在城市道路系統(tǒng)中的交通功能、作用以及對(duì)沿線的服務(wù)功能，一般將城市道路分為4類(lèi)：快速路、主干路、次干路及支路。城市道路運(yùn)行（尤其是速度分布）是評(píng)價(jià)道路服務(wù)水平的重要指標(biāo)，也是交通擁堵改善的重要依據(jù)［3－4］。為了掌握天河區(qū)城市道路網(wǎng)運(yùn)行狀況，筆者對(duì)天河區(qū)道路運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行調(diào)查分析。

調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源于廣州市交委的城市道路交通運(yùn)行分析系統(tǒng)（感應(yīng)線圈采集數(shù)據(jù)信息）。分別提取了天河區(qū)道路網(wǎng)工作日全天和早晚高峰及非工作日全天和早晚高峰運(yùn)行速度和道路擁堵比例，見(jiàn)表1。其中，道路擁堵比例，是指在不同速度下，某類(lèi)道路發(fā)生擁堵的里程，見(jiàn)表2。本次調(diào)查主要針對(duì)天河區(qū)各等級(jí)城市道路（快速路6條、主干道70條，次干道111條，支路8條對(duì)于雙向通行道路，雙向均在統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)）分別在上述6個(gè)時(shí)間段進(jìn)行調(diào)查，共計(jì)1 170組有效數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)顯示可以看出，天河區(qū)城市道路整體運(yùn)行不能有效支撐交通需求，道路平均速度多維持在25～35 km／h之間，遠(yuǎn)低于其設(shè)計(jì)服務(wù)水平［5－6］。

表1 數(shù)據(jù)說(shuō)明Tab.1 Introduction of the data

表2 各類(lèi)道路擁堵判別標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 The congestion criterion of different roads

2 道路擁堵與道路平均速度相關(guān)性分析

在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，筆者主要依據(jù)交通工程學(xué)的基本原理，通過(guò)SPSS 數(shù)據(jù)處理軟件對(duì)所獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理［7］。

表3 道路平均速度及擁堵比例特征Tab.3 Characteristic of survey roads

2.1 調(diào)查數(shù)據(jù)特征分析

城市道路交通運(yùn)行狀態(tài)受到道路等級(jí)及統(tǒng)計(jì)時(shí)間段的影響［8－9］。因此，在探析道路平均運(yùn)行速度與道路擁堵比例之間相關(guān)性之前，需要對(duì)道路等級(jí)及統(tǒng)計(jì)時(shí)間不同而可能造成的偏差進(jìn)行討論。

圖1為不考慮統(tǒng)計(jì)時(shí)間差別的情況下原始數(shù)據(jù)的散點(diǎn)圖分布。其中采用loess（擬合點(diǎn)的百分比為80%，內(nèi)核采用“三權(quán)重”）對(duì)散點(diǎn)進(jìn)行擬合如圖中曲線所示。由圖1可見(jiàn)，各等級(jí)道路的道路平均速度與道路擁堵比例不僅存在顯著的相關(guān)性，而且該相關(guān)性對(duì)不同等級(jí)道路而言存在明顯的相似性，但是在水平方向（即道路平均速度方向）上表現(xiàn)出顯著的分級(jí)特征。由交通工程知識(shí)，這種分級(jí)特征主要可歸因于不同道路等級(jí)設(shè)計(jì)速度的分級(jí)。而表4 對(duì)整體相關(guān)性的分析表明，對(duì)整體來(lái)說(shuō)，統(tǒng)計(jì)時(shí)間的不同所造成的影響可以忽略。

圖1 道路擁堵比例與平均速度的散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram of the data

2.2 數(shù)據(jù)進(jìn)一步處理

由于快速路和支路的數(shù)據(jù)較少，分析時(shí)將主要討論主干道和次干道這2類(lèi)具有充分?jǐn)?shù)據(jù)的道路。通過(guò)對(duì)主干道、次干道的平均速度及擁堵比例關(guān)于統(tǒng)計(jì)時(shí)間分布的假設(shè)檢驗(yàn)（見(jiàn)表5）可知，統(tǒng)計(jì)時(shí)間不同對(duì)這2類(lèi)道路的運(yùn)行狀態(tài)研究具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4 相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis

表5 主干道、次干道假設(shè)檢驗(yàn)匯總Tab.5 Hypothesis testing

圖2、3給出了主、次干道上偏離發(fā)生的具體時(shí)間段，由圖2、3可見(jiàn)，主、次干道的道路平均速度在工作日晚高峰明顯偏離了平均水平，相應(yīng)的在該時(shí)段發(fā)生道路擁堵的比例也明顯高于平均水平。不同的是，主干道上車(chē)速及擁堵比例在不同時(shí)間段上的分布相對(duì)于次干道而言較為分散，這主要和主次干道的所承擔(dān)的交通功能的不同有關(guān)［10］。次干道道路擁堵發(fā)生的比例明顯低于主干道，存在較大的波動(dòng)性（偏離點(diǎn)較多）。這從側(cè)面上反映出天河區(qū)城市道路功能沒(méi)有合理進(jìn)行分配。

通過(guò)上述分析可知，時(shí)間段上的嚴(yán)重偏離主要發(fā)生在工作日晚高峰，其次是非工作日晚高峰。根據(jù)散點(diǎn)圖分布可知，道路平均速度與道路擁堵比例的分布大致符合曲線分布［11］。所以通過(guò)曲線擬合操作，得出結(jié)果見(jiàn)圖4。

通過(guò)上述擬合曲線圖不能看出，在3類(lèi)線性擬合中，三次曲線擬合能夠達(dá)到最高的擬合度（見(jiàn)圖中紅色虛線）。對(duì)于主干道而言，車(chē)速不大于52km／h時(shí)，與三次曲線擬合度很高。而次干道道路平均速度在20～30km／h 的高度集中使得其擬合效果稍遜于主干道

圖2 主干道Kruskal－Wallis檢驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Kruskal－Wallis result of Arterial road

圖3 次干道Kruskal－Wallis檢驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Kruskal－Wallis result of Subsidiary road

表6 主、次干道三次曲線擬合的R 檢驗(yàn)Tab.6 Rtesting of the fitted lines

3 結(jié)束語(yǔ)

1）城市道路總體運(yùn)行狀況不佳。根據(jù)數(shù)據(jù)分析，天河區(qū)工作日全天55.4%的道路運(yùn)行速度處于20～30km／h之間，處于30～40km／h的為32.7%，大部分道路處于低于設(shè)計(jì)速度運(yùn)行的狀態(tài)。

圖4 道路擁堵－平均車(chē)速擬合圖Fig.4 Best－fit line of survey roads

2）快速路的運(yùn)行速度主要集中在55～65 km／h；主、次干道速度集中于25～35km／h；支路速度呈現(xiàn)較大波動(dòng)，分布于20～35km／h。正因?yàn)闄C(jī)動(dòng)車(chē)的速度波動(dòng)范圍較大，所以道路等級(jí)的劃分才有了速度控制的意義［12］。而分析結(jié)果顯示，主干道、次干道并未表現(xiàn)出明顯的速度分級(jí)，從側(cè)面說(shuō)明了城市道路網(wǎng)絡(luò)的空間等級(jí)功能并未有效發(fā)揮。

3）非工作日各時(shí)間段的運(yùn)行狀況優(yōu)于工作日各時(shí)間段。工作日晚高峰的運(yùn)行狀況最差，其次為非工作日的晚高峰；通過(guò)對(duì)主次干道分別進(jìn)行的齊次分析顯示，對(duì)于次干道，其兩類(lèi)晚高峰可以采用劃分為同一級(jí)別；而對(duì)于主干道而言，工作日的晚高峰運(yùn)行狀況明顯劣于非工作日晚高峰。

4）道路擁擠比例與道路平均速度之間存在顯著的關(guān)聯(lián)性，可以采用三次曲線進(jìn)行擬合。交通管理部門(mén)可以利用曲線擬合準(zhǔn)確預(yù)測(cè)不同道路平均速度下?lián)矶掳l(fā)生的比例，進(jìn)而對(duì)道路速度限制進(jìn)行合理的調(diào)整，以保證較低的擁堵率。

以往的城市規(guī)劃往往偏重快速路和主干道網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)，而忽視次干道和支路網(wǎng)的規(guī)劃建設(shè)，由此限制了系統(tǒng)功能的發(fā)揮。以上分析也正說(shuō)明了城市各等級(jí)道路協(xié)調(diào)性對(duì)系統(tǒng)整體效益發(fā)揮的重要性。因此，為使城市道路中各級(jí)道路有效體現(xiàn)其價(jià)值，就需要對(duì)不同等級(jí)的道路運(yùn)行狀況采取相應(yīng)的管理措施以充分協(xié)調(diào)系統(tǒng)功效。

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