天津市交通指數(shù)及其在雙限政策評(píng)估中的應(yīng)

(天津市交通規(guī)劃研究中心，天津300201)

0 引言

基于出租汽車浮動(dòng)車大數(shù)據(jù)研制道路交通運(yùn)行指數(shù)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)綜合交通調(diào)查(5～10年一次)難以有效掌握城市交通運(yùn)行規(guī)律的不足，是當(dāng)前城市交通非常重要的基礎(chǔ)性研究工作。目前開(kāi)展交通指數(shù)研制并對(duì)外發(fā)布的公司或城市主要有荷蘭TomTom公司交通指數(shù)(traffic index)、高德軟件有限公司擁堵延時(shí)指數(shù)、北京市交通擁堵指數(shù)、上海市道路交通指數(shù)、深圳市道路交通運(yùn)行指數(shù)等。上述交通指數(shù)直觀反映交通擁堵程度，動(dòng)態(tài)跟蹤道路交通運(yùn)行規(guī)律，在交通政策、規(guī)劃、建設(shè)與管理等方面發(fā)揮重要作用。由于指數(shù)在計(jì)算方法、樣本規(guī)模、擁堵界定等方面的差異，不同交通指數(shù)均有其應(yīng)用局限性。

為優(yōu)化城市交通環(huán)境，緩解交通擁堵?tīng)顩r，改善空氣環(huán)境質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)車保有量的合理有序增長(zhǎng)，天津市自2013年12月16日起實(shí)施機(jī)動(dòng)車牌照無(wú)償搖號(hào)與有償競(jìng)價(jià)相結(jié)合的限牌措施(以下簡(jiǎn)稱“機(jī)動(dòng)車限購(gòu)”)，自2014年3月1日起實(shí)施機(jī)動(dòng)車尾號(hào)限行措施(以下簡(jiǎn)稱“機(jī)動(dòng)車限行”)，成為中國(guó)繼貴陽(yáng)市之后第二個(gè)同時(shí)實(shí)施雙限政策的大城市，引發(fā)了各方高度關(guān)注。為科學(xué)評(píng)估雙限政策實(shí)施效果，天津市亟須借鑒現(xiàn)有交通指數(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出符合自身實(shí)際情況的交通指數(shù)，以直觀反映雙限政策實(shí)施前后的交通運(yùn)行特征。

1 研究目標(biāo)與思路

1.1 研究目標(biāo)

現(xiàn)有交通指數(shù)的功能主要包括交通政策評(píng)估、交通規(guī)劃研究、交通擁堵排查、交通出行誘導(dǎo)四個(gè)方面(見(jiàn)表1)。不同功能對(duì)應(yīng)的主要服務(wù)對(duì)象、路網(wǎng)分析范圍、所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)均不一樣。

目前，天津市僅4 000輛出租汽車安裝了GPS設(shè)備，且規(guī)劃部門獲取的數(shù)據(jù)為歷史數(shù)據(jù)。雙限政策評(píng)估是當(dāng)前研究最急迫的需求，故此次交通指數(shù)研究的目標(biāo)主要為服務(wù)宏觀層面交通政策評(píng)估以及交通規(guī)劃研究。

1.2 研究思路

交通指數(shù)主要分兩類：一類主要反映道路實(shí)際行程時(shí)間與自由流狀態(tài)下道路行程時(shí)間的比值，即出行時(shí)間延誤，該類指數(shù)以TomTom公司交通指數(shù)[2]及高德?lián)矶卵訒r(shí)指數(shù)[3]為代表；另一類將道路平均車速作為基本參數(shù)，結(jié)合其他交通運(yùn)行參數(shù)對(duì)道路交通運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行判斷，并將其標(biāo)準(zhǔn)化為指數(shù)，以更加直觀易懂的方式反映交通擁堵程度，該類指數(shù)以北京(2011年)[4]、上海(2013年)[5]、深圳(2012年)[6]等市的交通指數(shù)為代表。

從現(xiàn)有計(jì)算方法及狀態(tài)劃分看(見(jiàn)表2)，交通指數(shù)具有如下特點(diǎn)：1)出行時(shí)間延誤由于具有概念清晰明確的特點(diǎn)，成為交通指數(shù)的關(guān)鍵參數(shù)，如TomTom公司的交通指數(shù)、高德?lián)矶卵訒r(shí)指數(shù)、深圳市道路交通運(yùn)行指數(shù)。2)北京、上海、深圳等市的交通指數(shù)有明確的交通運(yùn)行狀態(tài)劃分，更加直觀易懂，且能反映各自城市的交通運(yùn)行特點(diǎn)；但在交通運(yùn)行狀態(tài)劃分和指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程中，依據(jù)某一城市的特點(diǎn)及其自身推行的交通運(yùn)行狀態(tài)劃分方法，通過(guò)大量實(shí)地調(diào)查以及各自掌握的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(如車公里)進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定和加權(quán)得到的交通指數(shù)既不能與其他城市的交通指數(shù)進(jìn)行橫向比較，也不能直接在其他城市推廣應(yīng)用。

借鑒現(xiàn)有交通指數(shù)發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，基于交通指數(shù)研究目標(biāo)，天津市交通指數(shù)研究的主要思路(見(jiàn)圖1)如下：1)鑒于出租汽車浮動(dòng)車樣本量有限，首先需要確定分析范圍和對(duì)象，以達(dá)到宏觀層面交通政策評(píng)估以及交通規(guī)劃研究的精度要求；2)在指數(shù)類型選擇上，標(biāo)準(zhǔn)化的指數(shù)比直接采用出行時(shí)間延誤指數(shù)更為直觀易懂，可為決策提供更為直觀的分析數(shù)據(jù)，更好地實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)；3)以實(shí)際擁堵感受為中心，選取合理的參數(shù)并通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕煌ㄕ{(diào)查進(jìn)行參數(shù)標(biāo)定，使標(biāo)準(zhǔn)化后的指數(shù)符合天津市城市交通擁堵特點(diǎn)和大眾實(shí)際感受。在關(guān)鍵參數(shù)選擇上，出行時(shí)間延誤無(wú)疑成為反映出行擁堵感受的最佳參數(shù)，路段期望車速也被作為計(jì)算出行時(shí)間延誤的重要參數(shù)。

表1 交通指數(shù)主要功能分析Tab.1 Functions demonstration of the traffic index

表2 交通指數(shù)劃分Tab.2 Classifications of the traffic index

圖1 天津市交通指數(shù)計(jì)算框架Fig.1 Development framework of Tianjin traffic index

表3 調(diào)查路段信息Tab.3 Introduction of surveyed road sections

表4 道路車速精度與樣本量的關(guān)系Tab.4 The relationship between the speed detection accuracy and sample size

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 車速精度分析

出租汽車樣本量與車速精度緊密相關(guān)。北京市的經(jīng)驗(yàn)表明，路段樣本量少于3，結(jié)果值可信度低；樣本量3～9，可信度中等；樣本量大于10，可信度較高[7]。考慮到天津市出租汽車浮動(dòng)車樣本量?jī)H為4 000，總量偏少，因此有必要基于天津市實(shí)際路況開(kāi)展針對(duì)性調(diào)查，驗(yàn)證基于出租汽車浮動(dòng)車GPS數(shù)據(jù)計(jì)算得到車速的精度。

調(diào)查選取一條快速路及兩條主干路(見(jiàn)表3)。調(diào)查日期為2012年8月2日，調(diào)查時(shí)間為早晚高峰時(shí)段(7:00—9:00，16:00—18:00)，調(diào)查方法為車牌法，調(diào)查主要目的為獲取路段的實(shí)際車速，以驗(yàn)證浮動(dòng)車車速的精度。調(diào)查結(jié)果表明：

1）出租汽車樣本數(shù)量越多，車速精度越高。當(dāng)樣本達(dá)到3個(gè)及以上時(shí)，計(jì)算得到的快速路及主干路平均車速趨于穩(wěn)定。當(dāng)快速路樣本不少于3個(gè)、主干路樣本不少于4個(gè)時(shí)，車速誤差小于5%，達(dá)到較高精度(見(jiàn)表4)。

2）表5列出早晚高峰5 min典型時(shí)段的路段樣本量覆蓋率。快速路、主干路、次干路能滿足3個(gè)及以上樣本量的路段比例分別為72%，80%，31%，主干路及快速路覆蓋率較高，但次干路覆蓋率較低，難以滿足分析要求。

基于上述調(diào)查結(jié)果，結(jié)合天津市實(shí)際情況將交通指數(shù)分析研究的對(duì)象確定為快速路和主干路，分析間隔為5 min，車速精度可達(dá)到中等可信度。如表6所示，樣本量由核心區(qū)向外圍區(qū)成倍減少，說(shuō)明出租汽車車速的精度按圈層不斷降低。

2.2 路段期望車速選取

為計(jì)算出行時(shí)間延誤以反映交通擁堵情況，需確定能反映道路設(shè)施實(shí)際通過(guò)能力且延誤較小狀態(tài)下的理想車速。由于自由流車速不考慮信號(hào)燈控制延誤，無(wú)法反映城市道路設(shè)施的實(shí)際通過(guò)能力，因此文獻(xiàn)[8]在深圳市采用期望車速作為參照反映路段在不同交通量情況下的延誤，同時(shí)選取3:00—4:00的車速均值作為期望車速。

期望車速是指在天氣良好、交通量較小情形下的實(shí)際車速，且考慮交叉口間距和信號(hào)控制等產(chǎn)生的延誤，是能夠反映道路設(shè)施實(shí)際通行能力、具有穩(wěn)定性的交通參數(shù)?；谠摱x，選取全年交通量最小情形下的路段平均速度作為路段期望車速。從天津市各月交通運(yùn)行情況看，春節(jié)假期前后交通量最小，是全年交通最暢通的時(shí)期；從全天的交通運(yùn)行情況看，在交通信號(hào)大部分正常開(kāi)啟時(shí)段，6:00—7:00交通量相對(duì)較小，且視線條件相對(duì)較好，因此選取春節(jié)期間6:00—7:00的路段浮動(dòng)車速度作為期望車速。圖2展示了被調(diào)查路段的期望車速。經(jīng)分析，快速路期望車速范圍為60～100 km·h-1；主干路期望車速范圍為30～60 km·h-1。

2.3 指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分析

指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化主要是以調(diào)查獲取出行者日常出行的擁堵感受和擁堵承受能力與出行延誤之間的定量關(guān)系為基礎(chǔ)，將出行延誤轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化交通指數(shù)的過(guò)程。

擁堵感受調(diào)查對(duì)象為居住在本市、以駕駛或乘坐小客車為主要出行方式的人群，調(diào)查時(shí)間為高峰通勤時(shí)間，調(diào)查范圍為中心城區(qū)。調(diào)查內(nèi)容主要包括：1)出行的基本屬性，包含出行目的、出行方式、出行時(shí)耗、出行起訖點(diǎn)等，以了解出行基本信息；2)居民出行時(shí)耗以及擁堵感受等信息，以獲取居民不同出行時(shí)耗對(duì)應(yīng)的擁堵感受。調(diào)查共回收有效問(wèn)卷540份。

圖2 期望車速空間分布Fig.2 Spatial distribution of expected vehicle speeds

表5 早晚高峰5 min典型時(shí)段不同等級(jí)路段樣本覆蓋率Tab.5 Sample coverage at various levels of road sections in a 5 min interval during the morning and evening peak periods %

表6 早晚高峰5 min典型時(shí)段各區(qū)域樣本量Tab.6 Sample sizes at regional level in a 5 min interval during the morning and evening peak periods

表7 調(diào)查結(jié)果對(duì)比Tab.7 Comparison between two survey results

資料來(lái)源：文獻(xiàn)[1]。

表8 不同交通運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)的交通指數(shù)和出行延誤比閾值區(qū)間Tab.8 The critical traffic index and traffic delay ratio to various types of traffic status

調(diào)查得到的主要出行指標(biāo)(見(jiàn)表7)均與2011年天津市第四次綜合交通調(diào)查基于家工作出行得到的指標(biāo)接近，表明此次調(diào)查的樣本具有較強(qiáng)代表性。

調(diào)查將交通運(yùn)行狀態(tài)劃分為5個(gè)等級(jí)：非常暢通、基本暢通、輕微擁堵、中度擁堵、嚴(yán)重?fù)矶拢瑢?duì)應(yīng)的交通指數(shù)分別為[0,20)，[20,40)，[40,60)，[60,80)，[80,100)。將調(diào)查得到的理想出行時(shí)耗作為分母，以居民各種感受對(duì)應(yīng)的實(shí)際出行時(shí)耗作為分子，計(jì)算得到出行延誤比，同時(shí)調(diào)查得到該比值對(duì)應(yīng)的交通擁堵感受。將不同交通擁堵感受對(duì)應(yīng)的出行延誤比作為不同交通運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界值，從而得到不同交通運(yùn)行狀態(tài)對(duì)應(yīng)的出行延誤閾值區(qū)間(見(jiàn)表8)。例如，出行延誤比值1.45表示實(shí)際出行時(shí)間為理想出行時(shí)間的1.45倍，對(duì)應(yīng)的交通狀態(tài)為基本暢通。

圖3 不同出行延誤比值對(duì)應(yīng)的交通指數(shù)Fig.3 The obtained traffic indices in response to various travel delay ratios

表9 不同出行距離對(duì)應(yīng)的出行延誤比閾值區(qū)間Tab.9 The critical traffic delay ratios in response to different travel distance

圖4 中心城區(qū)干路網(wǎng)年交通指數(shù)Fig.4 The obtained annual traffic indices of the arterial road network in the central area

假設(shè)在閾值區(qū)間內(nèi)出行延誤比與交通指數(shù)呈線性關(guān)系，將臨界狀態(tài)下的各點(diǎn)以直線相連即得到出行延誤比與交通指數(shù)轉(zhuǎn)化關(guān)系的折線(見(jiàn)圖3)。

將調(diào)查對(duì)象按出行距離劃分，統(tǒng)計(jì)得到不同出行距離人群對(duì)應(yīng)的交通運(yùn)行狀態(tài)劃分閾值(見(jiàn)表9)。結(jié)果表明，出行距離越長(zhǎng)的出行者各交通狀態(tài)閾值越低，相應(yīng)承受的出行延誤比值越小。由于不同城市的出行距離不同，相同出行延誤下的擁堵感受也將呈現(xiàn)明顯差異，故不同城市的交通指數(shù)不能簡(jiǎn)單對(duì)比。

3 交通指數(shù)在雙限政策評(píng)估中的應(yīng)用

應(yīng)用天津市交通指數(shù)分析2013年及2014年的交通運(yùn)行特征，對(duì)天津市雙限政策的實(shí)施效果進(jìn)行評(píng)估[9]。評(píng)估主要應(yīng)用交通指數(shù)在時(shí)間和空間方面的分析特性，從年、月、日、小時(shí)及區(qū)域五個(gè)方面進(jìn)行剖析。

3.1 年交通指數(shù)

雙限政策實(shí)施后，城市道路擁堵?tīng)顩r得到有效緩解。2014年工作日干路網(wǎng)平均交通指數(shù)36.4，同比下降18.9%，城市交通運(yùn)行狀態(tài)由2013年同期的輕微擁堵提升至基本暢通?？焖俾方煌ㄖ笖?shù)30.0，同比下降21.9%；主干路交通指數(shù)44.8，同比下降16.9%(見(jiàn)圖4)。

3.2 月交通指數(shù)

2013年及2014年中心城區(qū)干路網(wǎng)月交通指數(shù)的變化規(guī)律如圖5所示：雙限政策實(shí)施后，2014年各月交通運(yùn)行狀況較2013年同期均明顯好轉(zhuǎn)，均由同期的輕微擁堵下降至基本暢通。9—12月為全年交通最擁堵的月份，且通常情況下9月份交通指數(shù)最高。1—2月春節(jié)前后為全年最暢通月份，故2013年與2014年2月的交通指數(shù)非常接近。

3.3 日交通指數(shù)

從日交通指數(shù)看，由于限行號(hào)碼的差異，不同日限行效果差異較大。根據(jù)限行前四周數(shù)據(jù)分析，星期三限行尾號(hào)為3和8的車輛時(shí)，道路交通運(yùn)行狀況最好，交通指數(shù)僅為32.7，處于基本暢通狀態(tài)；星期四限行尾號(hào)為4和9的車輛時(shí)，交通指數(shù)達(dá)38.0，雖然仍處于基本暢通狀態(tài)，但道路運(yùn)行狀態(tài)最差，已接近輕微擁堵的最低閾值。

3.4 小時(shí)交通指數(shù)

2013年及2014年中心城區(qū)干路網(wǎng)分小時(shí)交通指數(shù)呈現(xiàn)如下特點(diǎn)(見(jiàn)圖6)：1)2013年高峰時(shí)段交通運(yùn)行狀態(tài)為輕微擁堵，2014年各時(shí)段交通運(yùn)行狀態(tài)提升至基本暢通；2)2013年及2014年晚高峰交通指數(shù)均略高于早高峰交通指數(shù)，2014年早晚高峰與平峰交通指數(shù)差距同比縮小。

3.5 區(qū)域交通指數(shù)

2013年及2014年分行政區(qū)交通指數(shù)呈現(xiàn)如下特點(diǎn)(見(jiàn)圖7)：1)從擁堵指數(shù)的空間分布來(lái)看，和平區(qū)、河西區(qū)交通運(yùn)行狀態(tài)從2013年中度擁堵改善至2014年輕微擁堵，交通指數(shù)分別為58.8和48.6，同比下降17.8%和19.5%，改善效果最為明顯；2)南開(kāi)、河北、河?xùn)|、西青四區(qū)的交通運(yùn)行狀態(tài)從輕微擁堵改善至基本暢通；3)其他各區(qū)仍處于基本暢通狀態(tài)，但交通指數(shù)均有不同程度下降。

4 結(jié)論

天津市在充分借鑒現(xiàn)有不同類型交通指數(shù)成功經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身實(shí)際情況，通過(guò)出租汽車車速精度分析、期望車速選取、指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等關(guān)鍵技術(shù)研究，提出可應(yīng)用于宏觀交通政策評(píng)估和交通規(guī)劃研究的交通指數(shù)。

應(yīng)用交通指數(shù)對(duì)雙限政策的評(píng)估結(jié)果表明：1)限行政策的實(shí)施大幅緩解了中心城區(qū)的交通擁堵?tīng)顩r，城市交通整體運(yùn)行水平由同期的輕微擁堵提升至基本暢通狀態(tài)，且越擁堵的區(qū)域與時(shí)段交通改善程度越顯著。2)與北京、廣州等城市在道路交通擁堵處于中度擁堵?tīng)顟B(tài)下開(kāi)始實(shí)施機(jī)動(dòng)車限制政策相比，天津市在道路交通處在輕微擁堵?tīng)顟B(tài)下開(kāi)始實(shí)施。這一適度超前的政策取得顯著效果并得到廣泛支持。根據(jù)居民出行意愿抽樣調(diào)查結(jié)論，76%的居民支持機(jī)動(dòng)車限購(gòu)政策，81%的居民支持機(jī)動(dòng)車限行政策。

受限于出租汽車浮動(dòng)車樣本量，天津市交通指數(shù)尚難以在更大范圍、更深層次、更精細(xì)分析方面發(fā)揮交通指數(shù)的擁堵排查、出行誘導(dǎo)等功能。在大數(shù)據(jù)背景下，如何挖掘其他大數(shù)據(jù)源以擴(kuò)大樣本量是下一階段指數(shù)研究的方向和重點(diǎn)。

[1]天津市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.基于出租車GPS數(shù)據(jù)的天津交通指數(shù)研究[R].天津：天津市規(guī)劃局，2014.

[2]TomTom International BV.TomTom Traffic Index[EB/OL].2015[2015-05-01].http://www.tomtom.com/en_au/trafficindex/#/.

圖5 中心城區(qū)干路網(wǎng)月交通指數(shù)Fig.5 The obtained monthly traffic indices of the arterial road network in the central area

圖6 中心城區(qū)干路網(wǎng)分小時(shí)交通指數(shù)Fig.6 The obtained hourly traffic indices of the arterial road network in the central area

圖7 中心城區(qū)各行政區(qū)干路網(wǎng)年交通指數(shù)Fig.7 The obtained annual traffic indices of the arterial road network of different administrative districts appending to the central area

[3]高德交通信息事業(yè)部.中國(guó)主要城市交通分析報(bào)告[R].北京：高德軟件有限公司，2015.

[4]DB11/T 785—2011.城市道路交通運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[S].

[5]上海市城鄉(xiāng)建設(shè)和交通發(fā)展研究院.交通指數(shù)解讀[EB/OL].2011[2015-05-01].http://www.jtcx.sh.cn/zhishu/jiedu.html.

[6]深圳市交通運(yùn)輸委員會(huì).指數(shù)解讀[EB/OL].2013[2015-05-01].http://szmap.sutpc.com/conginfo.aspx.

[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.Zhu Liyun,Wen Huimin,Sun Jianping.Floating Car Based Real-Time-Traffic-Info Collection System in Beijing[J].Urban Transport of China,2008,6(1):77-80.

[8]呂北岳.基于浮動(dòng)車的深圳市道路交通運(yùn)行評(píng)價(jià)研究[D].武漢：武漢大學(xué)，2013.

[9]天津市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.天津市城市交通發(fā)展年度報(bào)告(2014年)[R].天津：天津市規(guī)劃局，2014.