超大城市快速路交通運(yùn)行管理問題與對(duì)策

摘要：城市快速路在城市交通運(yùn)行中分擔(dān)大量車輛，具有快速、舒適及高效等特點(diǎn)，良好的城市快速路交通運(yùn)營(yíng)管理是保障路網(wǎng)效率及城市運(yùn)行的關(guān)鍵，尤其對(duì)于超大城市至關(guān)重要。因此，文章針對(duì)超大城市快速路交通運(yùn)行所存在問題，提出系統(tǒng)的優(yōu)化對(duì)策。文章系統(tǒng)分析了城市快速路交通系統(tǒng)特征與功能，總結(jié)梳理了以上海為典型代表的超大城市快速路交通特性分析與現(xiàn)狀問題；提出了采用信息化、智慧化的管理手段，從城市快速路交通流監(jiān)測(cè)和管理、匝道與車道的智慧協(xié)調(diào)管控、交通事件應(yīng)急救援處置及城市快速路養(yǎng)護(hù)管理等5個(gè)方面，優(yōu)化城市快速路交通運(yùn)行管理系統(tǒng)。研究成果可為上海等超大城市高效的交通運(yùn)行管理提供技術(shù)方法路線。

關(guān)鍵詞：城市快速路；交通運(yùn)行；監(jiān)測(cè)管理；智慧管控

中圖分類號(hào)：U491.1+2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)及城市化進(jìn)程的發(fā)展，城市人口及其空間規(guī)模不斷增大，交通出行需求持續(xù)上升。同時(shí)，汽車工業(yè)發(fā)展使小汽車擁有量增大，小汽車出行時(shí)間和距離逐年遞增［1］，城市道路上服務(wù)車輛增多，其交通運(yùn)行問題逐漸成為焦點(diǎn)。城市快速路是在快速城鎮(zhèn)化、快速路機(jī)動(dòng)化等背景下產(chǎn)生的，滿足了大城市內(nèi)部快速、中長(zhǎng)距離、大運(yùn)量的交通出行需求，并具備快速、舒適、高效等的交通特點(diǎn)，已經(jīng)成為城市路網(wǎng)骨架系統(tǒng)的重要組成部分，其建設(shè)和運(yùn)行管理對(duì)城市交通狀況改善具有重要作用［2］。然而，在實(shí)際復(fù)雜的城市交通環(huán)境中，由于交通量增加、車流密度大等因素的影響，城市快速路通行效率及安全會(huì)受到限制和影響，輕者會(huì)造成易擁堵、事故頻發(fā)及環(huán)境污染等問題，重則會(huì)導(dǎo)致城市交通運(yùn)行的癱瘓［2］。良好的城市快速路交通運(yùn)營(yíng)管理對(duì)于保障交通暢通、提高路網(wǎng)效率至關(guān)重要，如何優(yōu)化城市快速路的交通運(yùn)行管理成為重要的議題。近年來，隨著新一代信息技術(shù)及智慧城市發(fā)展，交通基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理成為各方的共識(shí)，如上海市運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)，快速精準(zhǔn)定位城市快速路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)及擁堵區(qū)段，科學(xué)分析擁堵成因，優(yōu)化管理和預(yù)防，實(shí)現(xiàn)城市路網(wǎng)的精細(xì)化管理［3］。因此，本文以上海為例，對(duì)超大城市快速路交通運(yùn)行現(xiàn)狀及問題進(jìn)行分析，基于目前信息技術(shù)的發(fā)展，提出了超大城市快速路交通運(yùn)行管理優(yōu)化對(duì)策。

1城市快速路交通系統(tǒng)功能與特征分析

1.1城市快速路交通系統(tǒng)功能分析

城市快速路是指具有4條及以上封閉式的城市道路，是城市路網(wǎng)的重要組成部分之一。類似于高速公路，其道路中央分隔，全部或者部分采用立體交叉的方式控制出入，出入口一般通過匝道與城市其他等級(jí)道路銜接，使得車輛快速、高效行駛。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

作為城市交通的主要道路［4］，其功能主要包括：緊密聯(lián)系城市布局中的各功能分區(qū)，使得城市空間結(jié)構(gòu)更加合理化，完善了城市內(nèi)外交通的有序銜接，有效提高了城市可達(dá)性。尤其對(duì)于超大城市而言，能夠滿足長(zhǎng)距離的城市不同功能分區(qū)交通出行需求，減少出行時(shí)空消耗，提高交通運(yùn)行效率，增大城市吸引與輻射能力，提高其區(qū)位優(yōu)勢(shì)。

1.2城市快速路交通系統(tǒng)特征

通過對(duì)城市快速路交通系統(tǒng)功能分析可知，不同于城市其他道路或高速公路，城市快速路具有“快速”和“連通”兩個(gè)關(guān)鍵特點(diǎn)，主要解決城市中、長(zhǎng)距離快速、高效的運(yùn)輸問題［5］。其主要特征表現(xiàn)為：道路系統(tǒng)獨(dú)立且封閉，相較于高速公路其出入口匝道多且兩者間距較小，具有運(yùn)行速度快（是普通城市道路的2倍）、通行能力及可靠性高、交通容量大等優(yōu)點(diǎn)。

2超大城市快速路交通運(yùn)行特性與問題分析

城市快速路滿足了城市內(nèi)的交通服務(wù)功能，但同時(shí)受外界復(fù)雜交通環(huán)境因素影響大，具有易發(fā)生擁擠等缺點(diǎn)［5］。近年來，我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市人口與空間規(guī)模不斷擴(kuò)大，不同功能區(qū)域交通需求量逐年上升。尤其是對(duì)于超大城市，快速路是其道路交通的命脈，快速增長(zhǎng)的交通出行量使得城市快速路易擁堵、事故頻發(fā)等問題逐漸凸顯。上海市從1992年開始建設(shè)內(nèi)環(huán)高架快速路，到目前已有40多年，也是最早采用信息化技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)城市路網(wǎng)的精細(xì)化管理，作為現(xiàn)代化城市交通運(yùn)行管理的代表，其快速路的運(yùn)營(yíng)管理仍舊面臨諸多問題。為此，本文以上海超大城市快速路為例，對(duì)其交通特性與問題進(jìn)行梳理分析。

2.1上海城市快速路交通運(yùn)行特性分析

上海市快速路從建設(shè)到運(yùn)營(yíng)已有40多年，是城市道路的“生命線”［3］。近年來，隨著“長(zhǎng)三角一體化”國(guó)家重點(diǎn)城市發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，上海周邊外圍區(qū)土地用地性質(zhì)改變，使得交通流量進(jìn)一步增加。2019年上海市交通統(tǒng)計(jì)快速道路網(wǎng)（不含繞城高速）總里程超過500 km，約占6%市道路交通基礎(chǔ)設(shè)施量，承擔(dān)全市40%～50%的交通量［3］；上海市道路網(wǎng)交通運(yùn)行2023年5月的月報(bào)顯示，中心城快速路日均流量為206萬輛次，其中11個(gè)區(qū)段工作日高峰時(shí)段交通指數(shù)均在50以上，南北東側(cè)達(dá)69.2，南北西側(cè)日均擁堵長(zhǎng)達(dá)13.3 h，幾乎全天處于擁堵狀態(tài)。上海市城市快速路逐漸從早、晚高峰時(shí)段擁堵，逐步轉(zhuǎn)向“擁堵范圍擴(kuò)大化、擁堵時(shí)間持續(xù)化”方向發(fā)展，其交通流量特征如圖2所示。

2.2上海城市快速路交通運(yùn)行現(xiàn)狀問題及原因分析

通過城市快速路交通系統(tǒng)功能與特征分析可知，其通行能力和服務(wù)水平容易受匝道通行狀況、交通事故、道路施工等制約和影響，擁堵問題還會(huì)造成出行延誤，降低道路安全，加重環(huán)境問題，主要有以下3方面問題。

2.2.1中心城區(qū)流量趨于飽和，外圍區(qū)擁堵點(diǎn)增多，且路網(wǎng)銜接不暢

隨著交通出行跨越式發(fā)展，最初規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)當(dāng)前交通問題難以預(yù)測(cè)，一定程度上造成快速路與城市發(fā)展不匹配。通過相關(guān)研究可知，目前上海市雙休日高架擁堵加重，周內(nèi)工作日早、晚高峰延長(zhǎng)，且出現(xiàn)午高峰，通行流量遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)通行能力［3］。目前上海市快速路的擁堵主要集中在內(nèi)環(huán)線，受“瓶頸”路段限制已基本飽和，隨著持續(xù)增加的交通量，外圍擁堵區(qū)域逐步增加，尤其是射線進(jìn)城方向擁擠情況較為凸顯。

此外，上海市環(huán)線與城市其他道路射線的銜接處極易發(fā)生擁堵，銜接處通行能力較弱對(duì)路網(wǎng)流量的均衡產(chǎn)生較大的影響，較易發(fā)生碰擦事件，極易引起長(zhǎng)時(shí)間、大面積的擁堵。相關(guān)研究也表明，快速路匝道的通行狀況直接影響整個(gè)城市快速路的通行效率［6］。同時(shí)，城市快速路車流反復(fù)、車速慢及擁堵等情況，排放尾氣量大，嚴(yán)重威脅周圍居民的健康。

2.2.2交通事件頻發(fā)，處置救援難度大，擁堵點(diǎn)惡性循環(huán)

上海市快速路交通事故頻繁發(fā)生，如年發(fā)生29252起交通事件，日均80.1起，主要集中在流量大、運(yùn)行較為擁擠的南北高架、內(nèi)環(huán)線、延安高架和中環(huán)路等路段［7］。道路運(yùn)行擁擠的路段處于不穩(wěn)定狀態(tài)，車輛頻繁變速換道，交通擾動(dòng)大，極易造成碰擦和追尾等事故以及引發(fā)車輛拋錨。相關(guān)研究表明，快速路交通事件頻發(fā)原因一般是由于道路狹窄、車速過快、車流密度大等因素所引起的，且多為追尾及超車等事故［6］。

事故發(fā)生后，交通突發(fā)事件占用車道（如車輛拋錨、追尾及碰擦等）一方面極易引發(fā)二次事故；另一方面由于事件占道，導(dǎo)致近飽和的路段加劇擁堵；同時(shí)給應(yīng)急救援處置帶來了巨大的難度。因此，原本擁堵與事件瓶頸路段相疊加，使得排隊(duì)車輛難以消散，加之救援難度的增大，極易引起長(zhǎng)時(shí)間、大面積擁堵，形成惡性循環(huán)。

2.2.3長(zhǎng)期處于擁堵飽和狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)難，與交通運(yùn)行矛盾突出

上海城市道路交通運(yùn)行環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，路網(wǎng)交織且交通流量大，城區(qū)快速路交通壓力大，使得某些路段長(zhǎng)期處于擁堵飽和狀態(tài)。這給城市快速路的養(yǎng)護(hù)施工占道作業(yè)帶來影響，同時(shí)也造成交通擁堵。根據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，上?？焖俾钒滋旖煌鞒Ｄ晏幱诮柡蜖顟B(tài)，白天施工極易引發(fā)擁堵等問題，夜間流量相對(duì)較少，夜間施工一方面容易安全生產(chǎn)事故；另一方面容易遭受市民投訴。城市快速路的養(yǎng)護(hù)施工與交通運(yùn)行之間存在很明顯的矛盾。

3超大城市快速路交通運(yùn)行管理優(yōu)化措施

超大城市快速路目前面臨日益嚴(yán)峻的交通壓力，上海市在交通擁堵治理方面做了很多探索，很早提出采用信息化、智慧化的管理手段，積極推進(jìn)智慧城市及其交通系統(tǒng)建設(shè)，加強(qiáng)快速路網(wǎng)系統(tǒng)的疏導(dǎo)調(diào)節(jié)［8-9］，成為科學(xué)誘導(dǎo)、有效指揮的重要支撐，但是城市中心城區(qū)的快速路交通擁堵形勢(shì)依然嚴(yán)峻［3］。目前，交通運(yùn)行信息化建設(shè)成為各方的共識(shí)［10］，因此，針對(duì)超大城市快速道路交通運(yùn)行特征及問題，結(jié)合上海市近年來在快速路方面的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)管理經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用新一代信息技術(shù)與現(xiàn)代交通管理要求，對(duì)超大城市快速路交通監(jiān)控與管理系統(tǒng)進(jìn)行全面優(yōu)化。

3.1城市快速路交通運(yùn)行監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)構(gòu)建

基于5G、人工智能及物聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，以信息技術(shù)和數(shù)據(jù)挖掘助力道路交通擁堵治理［11］。因此，通過建立城市快速路道路基礎(chǔ)設(shè)施、信息感知及其發(fā)布設(shè)備等管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市快速路主體運(yùn)行狀況和態(tài)勢(shì)、車輛行駛特征、交通事件自動(dòng)識(shí)別等信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和仿真分析，再通過合理的交通管理與控制措施，開展主動(dòng)式的交通管理，提高設(shè)施利用效率，調(diào)整優(yōu)化交通需求，保障快速路主線暢通。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖3所示，通過快速路實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，感知快速車道的路況，對(duì)交通事故、突發(fā)事件、違章行為等做出快速反應(yīng)。通過信息發(fā)布系統(tǒng)，及時(shí)調(diào)整路況，根據(jù)道路服務(wù)水平合理控制出入口匝道車道數(shù)量信號(hào)，限制交通流量；利用可變信息情報(bào)板實(shí)時(shí)顯示快速主線車道路況，同時(shí)通過車載終端、導(dǎo)航軟件、交通廣播等方式擴(kuò)大信息發(fā)布范圍，及時(shí)告知和發(fā)布給公眾出行者在大流量下的路況和交通誘導(dǎo)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)交通流由近到遠(yuǎn)的誘導(dǎo)，有效均衡交通分布，提高城市快速路交通運(yùn)行平穩(wěn)度，避免發(fā)生長(zhǎng)時(shí)、大面積擁堵。同時(shí)通過安裝電子警察及尾氣監(jiān)測(cè)等設(shè)施，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的監(jiān)視和監(jiān)管，減少環(huán)境污染。

3.2構(gòu)建主動(dòng)式的交通管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)匝道與車道的智慧協(xié)同管控

基于城市快速路交通監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，首先建立合理快速網(wǎng)交通流態(tài)勢(shì)短時(shí)預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同交通狀況下交通運(yùn)行狀態(tài)的迅速預(yù)測(cè)；其次通過對(duì)應(yīng)制定合理的優(yōu)化城市快速路交通運(yùn)行管控策略，及時(shí)引導(dǎo)車流選擇減速避讓；最后城市快速路主動(dòng)式的交通管理協(xié)同控制誘導(dǎo)策略，基于快速路交通運(yùn)行管控系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)匝道與主線的智慧協(xié)同管控，將交通量合理分化，做到統(tǒng)籌管理、全面暢通?？傮w實(shí)施框架如圖4所示。

城市快速路的交通運(yùn)行管控措施一般包括：一是匝道控制，控制快速路交通流入流出，通過控制進(jìn)入內(nèi)環(huán)快速路的交通流量來保證內(nèi)環(huán)快速路的通行速度；二是主線控制，優(yōu)化主線交通流運(yùn)行及設(shè)施利用以保證有序；三是路徑誘導(dǎo)，引導(dǎo)路徑選擇以平衡交通供需；四是擁堵收費(fèi)管理，利用價(jià)格杠桿調(diào)節(jié)，通過信息發(fā)布平臺(tái)進(jìn)行階段性調(diào)整，最終達(dá)到提高城市快速路高效運(yùn)行的目的。

3.3超大城市快速路交通事故預(yù)防與應(yīng)急處置系統(tǒng)

當(dāng)城市快速路上發(fā)生交通事件占道形成“瓶頸”時(shí)，為了避免不同因素造成交通擁堵疊加的惡性循環(huán)及增加救援難度，快速路運(yùn)營(yíng)管理者必須在最短的時(shí)間內(nèi)完成應(yīng)急處置。因此，如何快速識(shí)別突發(fā)交通事件、減少事件響應(yīng)及救援處置時(shí)間是亟待解決的現(xiàn)實(shí)問題。

3.3.1城市快速路突發(fā)交通事件應(yīng)急救援與處置體系構(gòu)建

快速、高效的城市快速路應(yīng)急救援與處置體系的建立和實(shí)施是有效緩解交通擁堵、提高交通運(yùn)行效率及安全水平的有效途徑，如上海市2019年構(gòu)建了城市運(yùn)行綜合管理和應(yīng)急處置系統(tǒng)［3］。城市快速路應(yīng)急救援與處置在突發(fā)交通事件的發(fā)生、監(jiān)控、響應(yīng)、決策及實(shí)施救援活動(dòng)的全過程發(fā)揮有效的作用，主要包括4部分，即交通運(yùn)行信息感知系統(tǒng)、急救資源調(diào)配與決策系統(tǒng)、預(yù)警信息發(fā)布系統(tǒng)以及聯(lián)動(dòng)救援處置系統(tǒng)。體系框架如圖5所示。

3.3.2基于現(xiàn)有應(yīng)急設(shè)施條件下的優(yōu)化選址與資源優(yōu)化配置

城市快速路應(yīng)急救援處置體系的有效應(yīng)用實(shí)施有賴于軟硬件設(shè)施、應(yīng)急救援管理模式及相關(guān)技術(shù)支撐等全方位的保障。隨著城市及其快速路規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，以及信息化技術(shù)等新一代技術(shù)的應(yīng)用，城市快速路應(yīng)急救援處置的管理模式向區(qū)域與集中化的調(diào)配模式發(fā)展。因此，應(yīng)考慮基于現(xiàn)有城市快速路的應(yīng)急救援設(shè)施條件，從全局路網(wǎng)層面對(duì)現(xiàn)有設(shè)施與管理等進(jìn)行優(yōu)化（見圖6），滿足現(xiàn)實(shí)需求。

3.3.3擁堵條件下的快速路應(yīng)急資源優(yōu)化調(diào)度

城市快速路應(yīng)急資源配置與調(diào)度管理往往依賴以往的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，未考慮實(shí)時(shí)的道路交通運(yùn)行狀況以及快速路網(wǎng)多點(diǎn)并發(fā)式發(fā)生的狀況，這就可能導(dǎo)致救援的延誤、交通長(zhǎng)時(shí)間及大面積的擁堵。因此，城市快速路的應(yīng)急資源調(diào)度應(yīng)當(dāng)從路網(wǎng)層面出發(fā)，并考慮在交通擁堵條件下的應(yīng)急資源調(diào)度問題。一般主要從三方面考慮：一方面考慮當(dāng)前交通事件的響應(yīng)；另一方面還要考慮潛在交通事件的發(fā)生；此外還要考慮事件對(duì)未來交通狀態(tài)的影響，即充分考慮救援路徑擁堵狀態(tài)，最大程度提高應(yīng)急救援調(diào)度的可靠性（見圖7）。

3.3.4城市快速路應(yīng)急預(yù)案演練評(píng)估優(yōu)化體系

城市快速路應(yīng)急決策與預(yù)案演練評(píng)估對(duì)優(yōu)化完善其應(yīng)急救援處置體系至關(guān)重要。通過從需求出發(fā)，以仿真、算法模型及應(yīng)急知識(shí)庫圖譜為支撐，構(gòu)建城市快速路應(yīng)急決策與預(yù)案評(píng)估系統(tǒng)。圖8所示主要包括數(shù)字化預(yù)案管理與數(shù)字化案例回溯與評(píng)估兩大系統(tǒng)，全方位還原交通事件場(chǎng)景，復(fù)現(xiàn)處置過程，多維度評(píng)價(jià)，優(yōu)化應(yīng)急預(yù)案。

3.3.5城市快速路運(yùn)維管理體系

構(gòu)建城市快速路運(yùn)維管理體系，對(duì)養(yǎng)護(hù)資源及施工計(jì)劃優(yōu)化排序。一方面，采用累積當(dāng)量車流等指標(biāo)，分析路網(wǎng)各斷面、上下行方向指標(biāo)變化趨勢(shì)、分布特征，合理安排路面性能監(jiān)測(cè)頻次，優(yōu)化養(yǎng)護(hù)資源排序，對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)間、時(shí)段，交通管制優(yōu)先分流。另一方面，針對(duì)養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)，分析城市快速路車流、時(shí)間及物料等數(shù)據(jù)信息，評(píng)估預(yù)測(cè)養(yǎng)護(hù)施工作業(yè)對(duì)快速路交通運(yùn)行可能造成的影響，選擇最優(yōu)的時(shí)間段作業(yè)，同時(shí)輔助智能交通管理手段，制定有效的誘導(dǎo)及分流措施，避免大范圍嚴(yán)重?fù)矶隆?/p>

4結(jié)語

本文系統(tǒng)分析了城市快速路交通系統(tǒng)特征與功能，深度剖析了以上海為代表的我國(guó)超大城市快速路交通運(yùn)行特性，提出了超大城市快速路交通運(yùn)行管理所面臨的困難與問題，提出了采用信息化、智慧化的管理手段，優(yōu)化城市快速路網(wǎng)系統(tǒng)，從構(gòu)建城市快速路交通流監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)、實(shí)現(xiàn)匝道與車道的智慧協(xié)調(diào)管控、城市快速路交通事故預(yù)防與應(yīng)急處置系統(tǒng)、城市快速路養(yǎng)護(hù)管理等五方面提出優(yōu)化管理措施。未來還可以從超大城市快速路技術(shù)方面展開研究，為其數(shù)字化系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施奠定基礎(chǔ)。

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（編輯編輯李春燕）

Discussion on traffic operation and management issues and countermeasures of expressway in super large cities

HAN Wanli

（Shanghai Urban Operation （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200023，China）

Abstract： Urban expressways share a large number of vehicles in the operation of urban transportation， and have the characteristics of speed， comfort， and efficiency. Good management of urban expressway traffic operation is the key to ensure road network efficiency and urban operation， especially for mega cities. Therefore， the article proposes systematic optimization measures for the problems existing in the operation of expressway traffic in mega cities. Firstly， the characteristics and functions of urban expressway transportation system were systematically analyzed. Secondly， the traffic characteristics analysis and current problems of expressways in mega cities represented by Shanghai were summarized and sorted out. Then， information and intelligent management methods were proposed to optimize the urban expressway traffic operation management system from five aspects： monitoring and management of urban expressway traffic flow， intelligent coordination and control of ramps and lanes， emergency rescue and disposal of traffic incidents， and maintenance and management of urban expressways. The research results can provide technical methods and routes for efficient traffic operation and management in mega cities such as Shanghai.

Key words： urban expressways; transportation operation; monitoring and management; smart control