城市快速路交通運行狀態(tài)分析

裴 文 杰

(長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

城市快速路交通運行狀態(tài)分析

裴 文 杰

(長安大學 公路學院，陜西 西安 710064)

城市快速路是城市交通干道，通過分析快速路交通運行情況，為合理的出行提供依據(jù)，以此提高路網(wǎng)利用率。以西安市南2環(huán)、東2環(huán)實地交通調(diào)查數(shù)據(jù)為基礎，選取其中典型快速路路段，分析其交通流特性，根據(jù)不同的交通流參數(shù)調(diào)查數(shù)據(jù)分布情況，將不同的交通流運行狀態(tài)劃分為4個種類，提出了以速度、密度、飽和度為參數(shù)的運行狀態(tài)分析指標體系。

城市快速路；交通運行狀態(tài)；交通流特性；分析模型；

對城市道路的交通運行狀況進行檢測和分析，便于交通管理部門對交通流進行合理的分配、誘導和控制，以此來提高城市路網(wǎng)的利用率[1]。國際上對于城市道路交通運行狀態(tài)評價指標普遍認可的是美國《道路通行能力手冊》中提出的服務水平[2]；英國的運輸與道路實驗室則提出了用占有率、平均車速這兩個指標來評價道路交通運行狀況[3]；美國的德克薩斯交通學會提出了行駛時間指標，對城市道路交通運行狀況進行分析評價[4]；華盛頓大城市理事會則認為在分析城市道路交通運行狀況時應該以出行者的出行時間和延誤為分析依據(jù)，提出了用戶滿意度來評價城市道路運行服務情況[6]。

實際上，城市交通是一個受多個因素影響的復雜動態(tài)系統(tǒng)，對其快速路交通運行狀況進行分析評價時只考慮某一個或兩個指標參數(shù)是不準確的。本文通過對西安市南2環(huán)、東2環(huán)實測數(shù)據(jù)的研究，分析其典型快速路路段的交通流特性，提出一個較為全面的交通狀態(tài)分析指標體系。

1 城市快速路交通特性分析

本文選取西安市南2環(huán)路段作為研究對象區(qū)域。對目標路段的全天不間斷的交通流量調(diào)查后，將調(diào)查數(shù)據(jù)整合。根據(jù)交通流量變化呈現(xiàn)出來的波動可知，快速路路段的交通運行狀態(tài)符合連續(xù)流的交通特性，這是因為在快速路上行駛的車輛基本不受外部因素(如交通信號)的影響限制。城市快速路與城市主干路、次干路、支路等其它道路相比，有其獨有的特性，因此，對于城市快速路的交通運行分析不應等同于別的道路。

圖1 分方向的交通量時間分布

西安市南2環(huán)單方向24 h總的交通流量達到84 738輛，最大小時流量為5 406輛；車輛組成比較單一，主要是以小客車為主。出入口對于城市快速路交通運行狀態(tài)的影響較大。

1.1 時變特性分析

基于南2環(huán)路段(西安科技大學人行天橋)的24 h斷面交通量調(diào)查，對城市快速路時變特性分析。通過對交通量調(diào)查數(shù)據(jù)的整合處理，得出不同運行方向的交通量時間分布圖如圖1所示。交通調(diào)查數(shù)據(jù)的分析，目標路段道路交通流量呈現(xiàn)出較為明顯的時變性，晚上和白天的交通流量都有各自比較明顯的特征。

從圖1可以看出，路段交通流量有著明顯的時變特性，最為暢通的時間段為凌晨2∶00～4∶00，在這一階段，交通狀態(tài)比較穩(wěn)定，擁堵指數(shù)最低，道路服務水平較高，流量變化對擁堵指數(shù)的影響不大；擁堵最嚴重的時間段為下午17∶00～18∶00，這一階段交通量最大、交通運行狀態(tài)屬于不穩(wěn)定流。

1.2 空間特性分析

交通流空間特性表征為：交通流量的方向分布。依據(jù)24 h斷面交通量，南2環(huán)上游路段和下游路段交通量如圖2、圖3所示。

圖2 南2環(huán)上游路段交通量 圖3 南2環(huán)下游路段交通量

從圖2可以看出，在平峰時段，兩個方向的交通量變化曲線基本保持一致，在高峰時段，西到東方向的交通量持續(xù)大于另一方向，兩個方向的比值達到最大的時刻為11∶00左右。從圖3可以看出，在平峰時段，兩個方向的交通量變化曲線基本保持一致，在高峰時段，南到北方向的交通量持續(xù)大于另一方向，兩個方向比值達到最大的時刻為7∶00左右(早高峰)，其比值為1.42∶1。上游的交通指標參數(shù)變化波動通過空間傳遞給下游，使下游經(jīng)過一個時刻的變化具有和上游相似的交通指標參數(shù)分布，從而使得上、下游具有相似的駝峰。

2 城市快速路交通運行狀態(tài)分析指標體系

圖4 速度時間分布圖

根據(jù)交通流特性的分析知，對現(xiàn)有分析體系進行完善，提出速度—密度分析指標體系。這兩指標可以客觀地反映道路交通運行的真實情況。

在西安市交通管理部門搜集到南2環(huán)路段實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，觀測時間為2016年4月14日，搜集到的原始數(shù)據(jù)就包括有車速、密度。對這些實測交通數(shù)據(jù)進行整合處理后，得到目標路段速度的不同時刻速度圖，如圖4所示。

從圖4可以看出，不同的交通運行狀態(tài)分布圖，最為暢通的時間段為凌晨2∶00～4∶00，速度達到55 km/h；達到穩(wěn)定狀態(tài)的時間段為凌晨1∶00～2∶00和5∶00～6∶00，速度接近43 km/h；達到三級服務水平的0∶00～1∶00和4∶00～5∶00，速度減到30 km/h；達到堵的時間段為17∶00～18∶00和23∶00～24∶00，速度小于30 km/h，且密度高于100輛/km。但僅針對速度、密度分析，無法反應道路條件下的交通需求關系。為了較為全面客觀地分析路段交通實際運行情況，加入飽和度這一指標。道路交通飽和度可以反映出道路的實際運行負荷情況。

基于上述對目標快速路路段的交通流特性的分析，以及交通流所呈現(xiàn)出來的分布規(guī)律，將城市快速路交通運行狀態(tài)劃分為暢通、穩(wěn)定、擁擠、阻塞等4種不同的運行狀況。

(1)暢通。在這種運行狀態(tài)下，運行車輛的密度比較小，運行車速快，車輛在行駛過程中幾乎不受什么外界因素的影響。

(2)穩(wěn)定。隨著路段上車流密度的不斷增大，車流量也逐漸變大，一直增加到接近路段的通行能力，在該狀態(tài)下道路交通仍可以保持在暢通的狀態(tài)，車速穩(wěn)定，駕駛員也仍可以有一定的駕駛自由度。

(3)擁擠。隨著路段上車流密度的不斷增大，車輛之間的間距也越來越小，車輛的運行速度也不斷的下降，車輛受到外界的影響也越來越大。

(4)阻塞。在該狀態(tài)下，路段車輛的密度達到最大，不斷發(fā)生道路交通阻塞，不同車輛之間的距離也逐漸趨于穩(wěn)定，不同車道的車輛的車速也基本相同。

根據(jù)對實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合，利用Matlab進行速度-密度指標參數(shù)關系擬合，結果如下表1所示：

表1 參數(shù)標定

對于城市快速路交通運行狀態(tài)的分析評價，提出的速度-密度-飽和度分析指標體系，新的指標分析體系中的各交通參數(shù)有著各自的意義。例如，速度-密度關系中存在一個交通狀態(tài)的轉折點，這一點所對應的車速和密度分別可稱之為臨界車速和臨界密度，它們是評價道路交通是否進入狀態(tài)的重要臨界點。

根據(jù)搜集到的大量數(shù)據(jù)，得出速度、密度、飽和度各參數(shù)指標閾值如表2所示。

表2 參數(shù)閾值

3 結 語

基于西安市南2環(huán)、東2環(huán)路段的實測數(shù)據(jù)，以及搜集到的實時監(jiān)測速度、密度等原始數(shù)據(jù)，通過對交通調(diào)查數(shù)據(jù)的整合處理，分析了目標快速路路段的交通流獨有的特性，確定了各分析指標參數(shù)的狀態(tài)轉換閾值。提出了速度、密度、飽和度的交通狀態(tài)分析體系，得出分析指標參數(shù)關系函數(shù)及閾值。

[1] 肖恢翚,陸建,邱紅桐,等.城市快速路交通事件影響范圍預測模型[J].哈爾濱工業(yè)大學學報,2016(09):54-59.

[2] 馬符銘,劉浩. 降雪天氣對快速路交通特征的影響及對策[J].交通科技與經(jīng)濟,2016(04):53-56.

[3] 舒采燾,張孜,袁飛. 城市道路交通運行狀態(tài)感知評價與管理應用體系研究[J].信息化研究,2016(04):1-7+13.

[4] 蔡曉禹,蔡明. 基于FCM山地城市快速路交通狀態(tài)判別方法研究[J].公路,2016(07):229-234.

[5] 楊驍路,谷遠利,邢珊珊,等.城市快速路交通流特性分析[J].山東科學,2016(03):71-80.

[6] 何慶,吳玉蘭,李洋,等.城市快速路交通運行特性及組織原理——以北京市快速路為實例[J].道路交通與安全,2016(03):54-58.

[7] 孫劍,胡家琦,孫杰.城市快速路交織區(qū)通行能力估計模型[J].中國公路學報,2016(04):114-122.

[8] 阮彬,鄧俊俊,宋楠.公交?？空驹O置形式對路段交通運行狀態(tài)影響分析[J].洛陽理工學院學報(自然科學版),2017(01):9-11.

Analysis of Traffic Operation of Urban Expressway

PEI Wen jie

(Chang′an university,xi′an 710064,China)

The city expressway is the main route of traffic in the city. By analyzing the traffic situation of the expressway,reasonable basis is provided for the traveling of traveler. Because of that,the utilization rate of the road network is improved. Based on the traffic survey data of South Second Ring Road and East Second Ring Road in Xi′an,the typical expressway sections are selected,and their traffic flow characteristics are analyzed. According to the distribution of different traffic flow parameters,different traffic flow states are divided for the four species,and speed-density-saturation as the parameters of the operating state analysis index system are proposed. As a result,a more accurate assessment of expressway traffic conditions are achieved,the city "smart traffic" construction is speed up.

urban expressway;traffic operation state;traffic flow characteristics;analytical model

10.3969/i.issn.1674-5403.2017.03.010

U491

A

1674-5403(2017)03-0038-03

2017-05-10

裴文杰(1991-)，男，山西忻州人，在讀碩士研究生，主要從事交通規(guī)劃方面的研究.