基于起點(diǎn)和終點(diǎn)的交通擁擠模型

宋著賀　陳秀鋒　武帥　鄒亞男

摘 要：本論文從總體水平上研究并利用交通出行行為，對(duì)城市動(dòng)脈和次動(dòng)脈的道路擁堵狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。將所選道路分割成獨(dú)立的路段，對(duì)不同交通狀態(tài)下的道路運(yùn)行進(jìn)行深入分析，發(fā)現(xiàn)基于起點(diǎn)和終點(diǎn)的路段交通流存在出行行為近似的特性。由于路段起點(diǎn)、終點(diǎn)以及道路的分段交通特性（流量和速度）會(huì)影響預(yù)期出行時(shí)間，以此建立模型進(jìn)行交通擁堵特性研究。

關(guān)鍵詞：交通擁堵;交通特性;旅行時(shí)間

中圖分類號(hào)：U491文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

目前已有大量針對(duì)交通擁堵問題的研究，Nagaraj[1]創(chuàng)新了一種確定路段擁堵狀況的速度變化系數(shù)方法;Lomax等[2]將擁堵定義為旅行時(shí)間或延遲在光或自由流動(dòng)條件下產(chǎn)生的。目前已存在幾種研究旅行時(shí)間/延遲的擁堵度量方法，但本文從起點(diǎn)和終點(diǎn)作為研究的出發(fā)點(diǎn)，建立交通擁堵模型，嘗試發(fā)現(xiàn)路段擁堵之間是否存在關(guān)系。

1 方法

選定合適的路線，其中需要包括大量的動(dòng)脈和亞動(dòng)脈伸展道路，且經(jīng)常出現(xiàn)擁堵的路段。在選定路段上進(jìn)行節(jié)點(diǎn)選擇，通常選取4個(gè)節(jié)點(diǎn)，并將路線分成若干個(gè)子路段。采取攝像調(diào)查法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集，主要記錄節(jié)點(diǎn)的流量參數(shù)和實(shí)時(shí)行駛時(shí)間。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)計(jì)算段變量。然后，需要對(duì)所有記錄的變量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，使用75%的觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)幾個(gè)組合變量進(jìn)行檢驗(yàn)。其中，變量必須與模型統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相關(guān)。利用均方根誤差（RMSE）對(duì)剩余的25%觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。最后，討論了與建模相關(guān)變量的重要性。

2 數(shù)據(jù)收集

以15分鐘作為時(shí)間間隔周期，進(jìn)行交通數(shù)據(jù)搜集，其中：對(duì)車流量采用手動(dòng)計(jì)數(shù)法，對(duì)車速采取雷達(dá)計(jì)數(shù)法，而旅行時(shí)間則使用浮動(dòng)車法。交通數(shù)據(jù)采集主要針對(duì)6種車型展開調(diào)查活動(dòng)，主要包括：標(biāo)準(zhǔn)車、貨車、兩輪車（小型摩托車、摩托車）、三輪車（機(jī)動(dòng)三輪車）、輕軌車（輕型商用車）、卡車和公共汽車。表1展示的是針對(duì)指定槽位進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。本文將青島市嘉陵江東路作為主要研究對(duì)象，選取擁堵路段進(jìn)行特性研究。

3 數(shù)據(jù)分析

對(duì)路段節(jié)點(diǎn)和段變量所采集到的交通數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化處理，在去除可見噪聲后，對(duì)交通數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析。交通量轉(zhuǎn)換為PCU，即車輛流量的標(biāo)準(zhǔn)單位，使用HCM 2010建議的公式：

4 建模

將獲取到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，創(chuàng)建為兩個(gè)數(shù)據(jù)集，分別為：一是具有源-目標(biāo)值，另一個(gè)具有從第一個(gè)集合中取線段值的平均值。分別建立線性和指數(shù)多元模型，在IBM SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件的幫助下，對(duì)這兩個(gè)數(shù)據(jù)集進(jìn)行特性分析?；貧w類型如表2所示：

如表2所示的輸出結(jié)果，顯示選擇R2值最高、F值最佳的模型1作為期望模型：

T=-94.1+15.2L+135.6N1+0.27Qs-0.15Qd-23.9Vs+26.0Vd-6.16Ks+4.89Kd（2）

5 模型驗(yàn)證

以青島市嘉陵江東路作為主要研究對(duì)象，運(yùn)用上述回歸模型，驗(yàn)證為源-目標(biāo)值模型的數(shù)據(jù)集參數(shù)，以探尋嘉陵江東路的交通擁堵特性及各子路段之間的影響關(guān)系。

6 結(jié)論

本文從起點(diǎn)和終點(diǎn)的角度出發(fā)，建立了道路交通擁堵預(yù)估模型，將觀測(cè)點(diǎn)限制在路線上的某幾個(gè)選擇點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)），可以極大地降低現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集成本。同時(shí)對(duì)所出現(xiàn)的各種情況進(jìn)行組合分析，從所得到的四個(gè)有效模型中，篩選出最優(yōu)的統(tǒng)計(jì)選擇值（調(diào)整R2= 0.926）。最后利用均方根誤差（RMSE）對(duì)模型進(jìn)行了驗(yàn)證，數(shù)值為7.1%，評(píng)價(jià)結(jié)果較顯著可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1]Lomax T，Turner S，Shunk G，et al.Quantifying Congestion Volume 2：USER'S GUIDE[M].1997.

[2]M.V.L.R.Anjaneyulu，B.N.Nagaraj.Modelling Congestion on Urban Roads Speed-profile date.Journal of the India Roads Congress，paper no 549.2009.