區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)與指標(biāo)體系研究

文圖｜周祺 許陽(yáng) 劉小武

道路交通擁堵科學(xué)治理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既關(guān)乎安全出行、綠色環(huán)保、節(jié)能減排，又涉及地區(qū)營(yíng)商環(huán)境創(chuàng)建和政府社會(huì)治理能力提升。只有從硬件、軟件、環(huán)境等交通全要素入手并持續(xù)發(fā)力、閉環(huán)優(yōu)化，才能為交通參與者提供一個(gè)良好的出行環(huán)境。因此，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)城市交通擁堵治理還存在的道路交通規(guī)劃與建設(shè)滯后、通行交通流量?jī)?yōu)化不足、交通文明素養(yǎng)不到位、交通信號(hào)控制不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，本文從區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度評(píng)價(jià)出發(fā)，研究提出一套區(qū)域?qū)崟r(shí)道路交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)，用于實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域相同時(shí)間和同一區(qū)域不同時(shí)間交通擁堵度的客觀精準(zhǔn)評(píng)價(jià)，供業(yè)內(nèi)討論參考。

一、道路交通擁堵度評(píng)價(jià)現(xiàn)狀

目前，我國(guó)道路交通擁堵度評(píng)價(jià)主要是基于《城市交通運(yùn)行狀況評(píng)價(jià)規(guī)范》（GB/T 33171—2016）和《道路交通擁堵度評(píng)價(jià)方法》（GA/T 115—2020）兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是以點(diǎn)、線、面的方式建立對(duì)交叉口、區(qū)間道路、道路網(wǎng)的擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)和指標(biāo)體系，主要有“最大車均延誤”“最大排隊(duì)時(shí)間指數(shù)”“平均行程速度”“嚴(yán)重?fù)矶吕锍瘫壤薄俺鞘薪煌ㄟ\(yùn)行指數(shù)”等指標(biāo)，可以以紅、橙、綠等較直觀的形式評(píng)價(jià)特定交叉口、區(qū)間路段和道路網(wǎng)某一時(shí)刻的擁堵度。按照上述標(biāo)準(zhǔn)，開展道路交通擁堵度評(píng)價(jià)時(shí)，數(shù)據(jù)可采用人工方法采集，或利用固定式交通檢測(cè)設(shè)備、移動(dòng)式車載設(shè)備等進(jìn)行采集，但由于道路交通擁堵度實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)還未普及，數(shù)據(jù)采集不系統(tǒng)、不全面等原因，所產(chǎn)生的道路交通擁堵度指數(shù)和指標(biāo)實(shí)時(shí)性不足，無(wú)法支撐區(qū)域?qū)崟r(shí)道路交通擁堵度評(píng)價(jià)，只能對(duì)局部交叉口和區(qū)間路段擁堵度進(jìn)行定性評(píng)價(jià)，更不能支撐交通信號(hào)全面優(yōu)化控制與經(jīng)濟(jì)效益分析。因此，現(xiàn)有技術(shù)條件下，對(duì)道路交通擁堵度進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)評(píng)價(jià)不具有操作性。

二、區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)

（一）區(qū)域?qū)崟r(shí)交通評(píng)價(jià)需求

為了能對(duì)區(qū)域?qū)崟r(shí)道路交通擁堵度進(jìn)行評(píng)價(jià)并支撐交通信號(hào)優(yōu)化控制與經(jīng)濟(jì)效益分析等場(chǎng)景，區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)應(yīng)具有客觀性、可比性、全面性、實(shí)時(shí)精準(zhǔn)等特性。一是反映車輛在區(qū)域的擁堵時(shí)間。交通擁堵主要反映在擁堵時(shí)間和擁堵里程上，擁堵時(shí)間是車輛駕乘人員對(duì)擁堵最直接、最客觀、最精確的感受。二是反映交叉口實(shí)時(shí)車道的排隊(duì)時(shí)間。交叉口是交通信息控制的主要場(chǎng)地，也是交通擁堵的客觀必然場(chǎng)地。交叉口排隊(duì)時(shí)間即車輛在交叉口的擁堵時(shí)間。為支撐交通信號(hào)優(yōu)化控制，還需要將交叉口排隊(duì)時(shí)間細(xì)化到交叉口車道排隊(duì)時(shí)間。三是反映區(qū)域?qū)崟r(shí)道路交通擁堵度。反映區(qū)域內(nèi)全部交叉口、全部車道、所有車輛的排隊(duì)時(shí)間，才能真實(shí)反映區(qū)域?qū)崟r(shí)道路交通的擁堵度。

（二）區(qū)域?qū)崟r(shí)交通評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)計(jì)

《道路交通擁堵度評(píng)價(jià)方法》（GA/T 115—2020）中的“排隊(duì)長(zhǎng)度”定義為車輛排隊(duì)隊(duì)列從交叉口停止線或排隊(duì)起點(diǎn)至隊(duì)列末尾之間的長(zhǎng)度；“交叉口排隊(duì)時(shí)間”定義為交叉口排隊(duì)車輛從首次停車開始直至通過(guò)進(jìn)口道停止線所花費(fèi)的時(shí)間。為了區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度評(píng)價(jià)，需要對(duì)這兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)一步細(xì)化，從而形成新的交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)。

一是車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（HSQT）。以交叉口進(jìn)口的某一車道H（直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）為監(jiān)測(cè)車道，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日該車道自當(dāng)天0 時(shí)起至24時(shí)止車輛累計(jì)排隊(duì)時(shí)間，即HSQT(t)=ΣHTi(t)，其中HTi 為H 車道上第i 輛車的實(shí)時(shí)交叉口排隊(duì)時(shí)間，車輛從排隊(duì)起始時(shí)間開始計(jì)時(shí)，出進(jìn)口道停止線后終止計(jì)時(shí)。該曲線為連續(xù)上升曲線，HSQT 的單位為秒(s)。如圖1 為車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間，其中橫軸為時(shí)刻、縱軸為時(shí)間。

圖1 車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間

二是車道時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)（HTST）。以交叉口進(jìn)口的某一車道H（直行、左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)）為監(jiān)測(cè)車道，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日該車道自當(dāng)天0 時(shí)起至24 時(shí)止在設(shè)定時(shí)間間隔（如5 分鐘）內(nèi)全部車輛車道累計(jì)排隊(duì)時(shí)間。該值可以通過(guò)車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間HSQT 在設(shè)定時(shí)間間隔的差值計(jì)算得出，即HTST(t)=HSQT(t)-HSQT(t-Δt)，其中Δt 為設(shè)定的時(shí)間間隔，取值一般大于等于一個(gè)信號(hào)控制周期。如圖2 為車道時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)，其中橫軸為時(shí)刻、縱軸為時(shí)間。

圖2 車道時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)

三是交叉口實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（XSQT）。以交叉口X 為評(píng)價(jià)對(duì)象，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日交叉口X自當(dāng)天0 時(shí)起至24 時(shí)止車輛累計(jì)排隊(duì)時(shí)間。該值可以通過(guò)交叉口X 各車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間HSQT 相加計(jì)算得出，即XSQT(t)=ΣHSQTi(t)。

四是區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（DSQT）。以區(qū)域D（道路網(wǎng)）為評(píng)價(jià)對(duì)象，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日該區(qū)域自當(dāng)天0 時(shí)起至24 時(shí)止車輛累計(jì)排隊(duì)時(shí)間。該值可以通過(guò)區(qū)域內(nèi)各交叉口實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間XSQT 相加計(jì)算得出，即DSQT(t)=ΣXSQTi(t)。如圖3 為區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間，表征某日區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間，該曲線為連續(xù)上升曲線。

圖3 區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間

五是區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)（DTST）。以區(qū)域D（道路網(wǎng)）為評(píng)價(jià)對(duì)象，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日該區(qū)域自當(dāng)天0 時(shí)起至24 時(shí)止在設(shè)定時(shí)間間隔（如30 分鐘）內(nèi)全部車輛排隊(duì)時(shí)間。該值可以通過(guò)區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間DSQT 在設(shè)定時(shí)間間隔的差值計(jì)算得出，即DTST(t)=DSQT(t)-DSQT(t-Δt)，其中Δt 為設(shè)定的時(shí)間間隔，取值一般大于等于15 分鐘。如圖4 為區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)，其中橫軸為時(shí)刻、縱軸為時(shí)間，用于表征某日區(qū)域各時(shí)段的擁堵程度。

圖4 區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)

六是區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)面積指數(shù)（DTSTI）。以區(qū)域D（道路網(wǎng)）為評(píng)價(jià)對(duì)象，實(shí)時(shí)記錄*年*月*日該區(qū)域自當(dāng)天0 時(shí)起至24 時(shí)止在設(shè)定時(shí)間間隔（如30 分鐘）內(nèi)全部車輛排隊(duì)時(shí)間，并除以區(qū)域總面積。該值可以通過(guò)區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)DTST 計(jì)算得出，即DTSTI(t)=DTST(t)/DS,其中DS 為區(qū)域總面積。如圖5 為區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)面積指數(shù)，用于表征某區(qū)域某日各時(shí)段的擁堵程度。

圖5 區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)面積指數(shù)

（三）評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)的數(shù)據(jù)采集

區(qū)域道路交通擁堵評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取，需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各車輛的交叉口排隊(duì)時(shí)間，并按進(jìn)口道歸集，產(chǎn)生車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（HSQT）。目前最可行的數(shù)據(jù)采集辦法是利用現(xiàn)有的交叉口攝像機(jī)，經(jīng)AI（人工智能）圖像數(shù)據(jù)分析處理，獲得各車輛車道排隊(duì)起始時(shí)間、排隊(duì)終止時(shí)間、排隊(duì)起始位置、實(shí)時(shí)排隊(duì)數(shù)量，并計(jì)算出車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（HSQT）。其中，AI 圖像處理具體步驟為:先獲取交叉口固定監(jiān)控視頻的RTSP（實(shí)時(shí)流傳輸協(xié)議）圖像數(shù)據(jù)，如圖6 所示，在圖像中對(duì)進(jìn)口車道和停止線進(jìn)行標(biāo)定，經(jīng)過(guò)訓(xùn)練的交叉口車輛AI 檢測(cè)模塊可以識(shí)別車輛和車道，對(duì)探測(cè)到的車輛進(jìn)行識(shí)別標(biāo)定、跟蹤，如圖7 所示，獲取車輛排隊(duì)起始時(shí)間和排隊(duì)終止時(shí)間，各車輛排隊(duì)時(shí)間按車道歸集，計(jì)算出車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間（HSQT）。其他區(qū)域道路交通擁堵指數(shù)指標(biāo)可以通過(guò)HSQT 值和交叉口AI檢測(cè)模塊采集的原始數(shù)據(jù)計(jì)算得到。

圖6 交叉口監(jiān)控視頻RTSP圖像

圖7 交叉口車道標(biāo)定和AI檢測(cè)

（四）評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)應(yīng)用

為了精準(zhǔn)計(jì)算區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度指數(shù)指標(biāo)，所記錄的原始數(shù)據(jù)應(yīng)包括排隊(duì)車輛、交叉口車道、排隊(duì)起始時(shí)間、排隊(duì)終止時(shí)間、排隊(duì)起始位置、實(shí)時(shí)排隊(duì)數(shù)量，其他擁堵指數(shù)指標(biāo)參數(shù)可根據(jù)以上采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。其中，根據(jù)“車道時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)HTST”可以支持交通信號(hào)優(yōu)化控制，并根據(jù)“交叉口實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間XSQT”“區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間DSQT”“區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)DTST”可以評(píng)價(jià)交通信號(hào)優(yōu)化控制的效果；“區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)面積指數(shù)DTSTI”可以用于區(qū)域道路交通擁堵度評(píng)價(jià)，既可以對(duì)同一區(qū)域不同時(shí)期（年、月、日、時(shí)）進(jìn)行道路交通擁堵度評(píng)價(jià)對(duì)比，也可以對(duì)不同區(qū)域同一時(shí)段進(jìn)行擁堵度評(píng)價(jià)對(duì)比；“區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間DSQT”還可以用于經(jīng)濟(jì)效益分析和節(jié)能減排分析等應(yīng)用場(chǎng)景。

三、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)不同區(qū)域相同時(shí)間和同一區(qū)域不同時(shí)間交通擁堵度的客觀精準(zhǔn)評(píng)價(jià)場(chǎng)景，本文提出新增“車道實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間”“車道時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)”“交叉口實(shí)時(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間”“區(qū)域?qū)崟r(shí)累計(jì)排隊(duì)時(shí)間”“區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)”“區(qū)域時(shí)間擁堵時(shí)長(zhǎng)面積指數(shù)”等交通擁堵度評(píng)價(jià)指數(shù)指標(biāo)，既能夠科學(xué)評(píng)價(jià)區(qū)域?qū)崟r(shí)交通擁堵度及提高交通擁堵度精細(xì)化評(píng)價(jià)水平，又能夠?yàn)橹贫ń煌ň彾麓胧┖蛥^(qū)域交通管理水平考核提供參考依據(jù)。