基于流量分析的城市快速路交通擁堵研究

馬有苗 李邦蘭

摘 要：隨著城鎮(zhèn)化率和機動化水平的提高，以交通擁堵為代表的“城市病”逐漸蔓延，人們需要逐步建設以快速路為主動脈的完善的城市交通網(wǎng)絡。目前，城市快速路的交通管理大多采取被動式、后動式模式，因此有必要對城市快速路的運行狀況進行預測預警，建立主動式、先遣式的新型交通管理模式，這對提升城市快速路的運行狀況乃至整個路網(wǎng)的運行效率具有重要意義。本文首先論述了城市快速路的特點，然后通過城市快速路交通流量分析，研究造成城市快速路擁堵的原因并提出對策。

關鍵詞：城市快速路;交通擁堵;原因;流量分析

Abstract： With the increase in urbanization rate and motorization level， the "urban disease" represented by traffic congestion is gradually spreading， and people need to gradually build a perfect urban transportation network with expressways as the main artery. At present， the traffic management of urban expressways mostly adopts passive and post-movement models， therefore， it is necessary to predict and warn the operation status of urban expressways， and establish a proactive and advanced new traffic management model， which is of great significance for improving the operation status of urban expressways and even the efficiency of the entire road network. This paper first discussed the characteristics of urban expressways， and then through the analysis of urban expressway traffic flow， studied the causes of urban expressway congestion and proposed countermeasures.

Keywords： urban expressway;traffic congestion;cause;flow analysis

交通網(wǎng)絡是社會經(jīng)濟發(fā)展的基礎條件，是社會經(jīng)濟正常運轉的重要保障。近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，城鎮(zhèn)化進程不斷加快，人口分布格局發(fā)生改變，城市規(guī)模不斷擴大，出行需求和出行半徑不斷增加，致使交通擁堵，尤其是大中城市的交通擁堵時有發(fā)生。據(jù)統(tǒng)計，2019年底，中國城鎮(zhèn)化率為60.6%，比上年末提高1.02個百分點。按照人口轉移量計，平均每年約有2千萬左右的農業(yè)人口轉移量進入城鎮(zhèn)，城鎮(zhèn)化水平持續(xù)增長。截至2019年底，全國機動車保有量達3.48億輛，其中汽車保有量為2.6億輛，機動車駕駛人達4.35億，私家車（私人小微型載客汽車）保有量達2.07億輛，首次突破2億輛，民眾出行的機動化水平顯著提升。

不斷攀升的城鎮(zhèn)化率和機動化率將加劇城市交通供給和需求矛盾，城市交通擁堵問題不斷凸顯，進而帶來一系列社會問題。一是交通事故，據(jù)調查，2014—2018年，我國年均交通事故達14萬起，死亡人數(shù)超過4.4萬，造成直接財產(chǎn)損失約10.2億元。二是交通擁堵，“城市病”蔓延。三是環(huán)境污染，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）提供的報告顯示，交通運輸部門是僅次于能源供應和工業(yè)生產(chǎn)的第三大溫室氣體排放部門。

城市快速路以占地面積少、交通量分擔率大等優(yōu)勢，成為大城市中長距離出行的首選。近年來，許多大城市建成了比較成熟的城市快速路網(wǎng)，例如，鄭州市建成了以京廣快速路、隴?？焖俾?、農業(yè)快速路、中州大道、西三環(huán)、北三環(huán)、南三環(huán)、東三環(huán)（107輔道）構成的井字形快速路交通框架。城市快速路作為大運量和快速交通的走廊，是整個城市交通路網(wǎng)的大動脈，其通暢與否直接影響著整個城市的通行效率。當前，國內很多大中型城市快速路正面臨著嚴重的交通擁堵問題，如何通過智能化的運行管理措施來緩解城市快速路的交通擁堵，提高城市快速路通行效率，成為城市交管部門的工作重點。而目前的城市快速路交通管理大多采用被動式、后動式模式，因此有必要對城市快速路的運行狀況進行預測預警，建立主動式、先遣式的新型交通管理模式，這對提升城市快速路的運行狀況乃至整個路網(wǎng)的運行效率具有重要意義。未來，人們要對城市快速路交通管理模式進行不斷探索，建立主動式、精細化公安交管的新模式，為交通出行者、交通管理者、交通決策提供智力支持。

1 城市快速路特征

1.1 城市快速路概述

根據(jù)《城市快速路設計規(guī)程》（CJJ 129—2009）可知，城市快速路是指在城市內修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口間距及形式，具有單向雙車道或以上的多車道，并設有配套的交通安全與管理設施的城市道路[1]。該規(guī)程還做出以下定義：出入口是指供車輛駛出或者進入快速路的單向交通路口，設置于快速路右側，一般通過互通式立交匝道、高架路匝道、輔路匝道連接;基本路段是指快速路中不受出入口合流、分流、交織車流影響的路段;匝道是指專門連接兩條道路的一條專用道路，一般為單向交通，通常包括互通式立體交叉連接道路、快速路與輔路的連接道路、高架路或塹式路與地面道路的連接路;輔路是指一般設置于快速路兩側或一側，單向或雙向行駛，用于集散與快速路交通的道路。

快速路系統(tǒng)的基本構成如圖1所示。

1.2 城市快速路特點

快速路是只服務于城市內部的高等級道路，是城市交通網(wǎng)絡的重要組成部分。城市快速路有以下典型特征。

1.2.1 采取全封閉式管理模式，交通參與者單一。城市快速路多采用高架立體交叉方式建成，通過匝道與其他道路銜接，城市快速路設計標準較高，單向至少雙車道，交通參與者為機動車，不受非機動車與行人的干擾，全程采用封閉式管理方式運行，為交通參與者提供高效、舒適、安全的出行環(huán)境。

1.2.2 行車速度快，交通容量大。城市快速路均為單向多車道，全程采用封閉式管理模式，平均車速高，能容納的交通量較大。據(jù)統(tǒng)計，鄭州市高架快速路的行車速度為普通道路的2倍左右。

1.2.3 城市快速路通行能力和服務水平容易受匝道通行狀況、交通事故、道路施工的制約。由于城市快速路的功能定位和路網(wǎng)結構決定了其出入口間距較小，交通流交織路段占比較多，匝道的通行狀況直接影響整個城市快速路的通行效率。城市快速路大多為高架交叉，交通流只能通過匝道匯聚和分流，因此交通事故、道路施工將直接降低其通行能力。

1.3 城市快速路交通特性

本文以某高架一周分車道交通流量數(shù)據(jù)為例，研究城市快速路的交通流特性。分析發(fā)現(xiàn)，城市快速路交通流具有以下特征。

1.3.1 各車道的交通流量分擔率不同。通過對各車道的交通流量數(shù)據(jù)進行匯總分析，結果發(fā)現(xiàn)，城市快速路中，各車道日均流量不同，與車速呈正比，平均車速較大的車道日均流量較大，反之亦然。各車道交通流量與平均車速具體數(shù)據(jù)如表1所示。

整體來看，各車道交通分擔率之所以出現(xiàn)這種現(xiàn)象，與車輛行駛速度和匝道分流、合流有直接關系。車速較大，受匝道車輛匯入和車輛駛出影響較小的車道，交通流量比較大;而車輛進出都要經(jīng)過的第6車道，所受交織流干擾最大，速度較低，交通流量也最小。

為了摸清一天各時間段內各車道交通分擔率，各車道調查數(shù)據(jù)按照1 h間隔分組重新統(tǒng)計，并計算各車道的交通分擔率，詳情如表2所示。

通過對表2數(shù)據(jù)觀察分析可知，不論交通流量如何變化，各車道交通分擔率均呈現(xiàn)出固定的規(guī)律。1車道和2車道屬于內側車道，交通分擔率最大，結合表1可知，1車道和2車道的平均車速最高，因此受交通分流、合流影響最小的內側車道交通分擔率最高;結合表1可知，3車道、4車道和5車道屬于中間車道，受到一定交織流的影響，速度居中，交通分擔率居中;6車道屬于外側車道，不論交通量大小，也不論高峰平峰時間段，受分流、合流影響，平均車速最低，而且駕駛者有趨于內側車道行駛的習慣，導致外側車道交通分擔率最小。

1.3.2 城市快速路交通流量與速度的關系具有階段性。在所有速度、流量數(shù)據(jù)中，將5 min間隔的原始數(shù)據(jù)按照1 h的間隔分組，挑取一個工作日和一個節(jié)假日繪制交通流量與速度的關系圖，詳情如圖2、圖3所示。

通過分析可以看出，城市快速路交通流量與速度的關系在工作日與節(jié)假日之間區(qū)別不大，但從流量看，除了0：00—7：00和23：00—0：00流量較少外，其余時間段內交通流量維持在相對穩(wěn)定的水平，沒有呈現(xiàn)數(shù)量級的差距，這與城市快速路的功能定位和典型特征相吻合。交通流量受交通事故的影響較為明顯，如圖2所示，工作日的17：00左右，受交通事故的影響，速度和流量直線下跌。

同時，交通流量與速度的關系在一天中具有階段性。0：00—7：00和23：00—0：00，交通流量最小，呈離散分布，平均速度較高，但由于道路設計時速的限制，大約維持在80 km/h，此時間段內交通流量與速度之間的相關性不明顯;7：00—10：00和15：00—17：00，交通流量增加時，速度呈下降趨勢，此時間段為城市快速路的早、晚高峰時段，交通流量與速度有明顯的相關性，呈反比;其余時間段內，交通流量隨著速度的增加有所增長，隨著速度的降低有所降低，但總體保持在相對穩(wěn)定的水平。

2 城市快速路擁堵原因

通過對城市快速路特征進行分析，筆者發(fā)現(xiàn)，造成城市快速路交通擁堵的原因主要集中在路網(wǎng)結構制約、交通組織管理、交通事故和道路施工等方面。

2.1 路網(wǎng)結構的制約

快速路憑借平均車速較高、用時較短的優(yōu)勢，成為交通需求者中長距離出行的首選[2]。城市快速路交通流量相比同方向普通路段大，但快速路系統(tǒng)自身未形成網(wǎng)絡，即便自成網(wǎng)絡，交通流最終也需通過匝道向周邊路網(wǎng)疏散，因此匝道和周邊路網(wǎng)的通行能力成為城市快速路通行狀況的制約因素。調查發(fā)現(xiàn)，當車輛駛出快速路出口匝道后，如果距離路口太近，緩沖地帶不夠，受交通流交織影響，其間容易出現(xiàn)擁堵。例如，鄭州市隴?？焖俾吩?015年通車運行后，早晚高峰時段內，大學路、嵩山南路、紫荊山路、未來路等出口匝道形成“易上難下”的尷尬局面。

2.2 交通組織管理因素

城市快速路流量較大，對周邊路網(wǎng)和臨近路口的通行能力要求較高。城市快速路建成運營初期，部分出口匝道與輔路的銜接路段交通渠化、臨近路口的交通信號燈配時未能根據(jù)交通流變化及時調整，誘發(fā)各種擾亂交通秩序的行為，也使得匝道交通擁堵與地面交通擁堵相互傳導，造成城市快速路的交通擁堵[3-4]。

2.3 交通事故的影響

據(jù)調查統(tǒng)計，城市快速路交通事故以追尾、剮蹭、碰撞等居多。交通事故（尤其是輕微交通事故）發(fā)生后，事故車輛占用車道，未能快速撤離，導致交通擁堵。

2.4 道路施工的影響

施工會占用快速路一個或者多個車道，成為交通流量的瓶頸，加上車輛變道造成交織流影響，直接造成交通擁堵。例如，鄭州市隴海路快速路高架橋加裝隔音墻施工，占用一個車道，加之兩個施工段之間間隔較小，造成隴?？焖俾范嗵幗煌ㄆ款i，形成嚴重的交通擁堵。

3 改善策略

3.1 改善路網(wǎng)結構

完善城市快速路網(wǎng)規(guī)劃，使得城市快速路能盡快成網(wǎng)、成環(huán)，減輕周邊路網(wǎng)的疏散壓力;優(yōu)化周圍主干線、次干線、支線路網(wǎng)，使得城市路網(wǎng)形成快、主、次、支有序銜接、比例恰當、緊密配合的大系統(tǒng);合理選取匝道與輔路的銜接位置，為交通分流預留足夠的緩沖地帶;充分挖掘周邊路網(wǎng)循環(huán)潛力，打通斷頭路、瓶頸路段，疏通城市路網(wǎng)的毛細血管，使得交通流可慢不可停。

3.2 優(yōu)化交通管理組織

及時根據(jù)城市快速路出口匝道位置，對相應輔路和臨近路口重新進行交通渠化，并根據(jù)交通流量的變化，對交通信號配時進行優(yōu)化，同時充分挖掘城市快速路周邊路網(wǎng)的通行能力，對納入城市快速路后的路網(wǎng)循環(huán)進行優(yōu)化，在保證城市快速路大動脈通暢的情況下，疏通周邊路網(wǎng)的毛細血管。

3.3 設置固定的事故處理站，強化智能交通管理

在城市快速路上適當設置固定的事故處理站，對于輕微事故，固定取證后轉移事故車輛至處理站，以快速消除交通事故對交通運行的不利影響。同時，城市快速路管理部門要借助智能交通管理手段，利用快速路及輔路的實時顯示屏，及時公布事故路段，快速分流，特殊天氣向出行者公布誘導車速，避免出現(xiàn)追尾等交通事故。另外，交通管理部門要定期對城市快速路隱患路段進行排查，及時采取措施，減少交通事故的發(fā)生。例如，鄭州市農業(yè)快速路曾因西三環(huán)匝道出口處缺少防撞設施被交通管理部門曝光。

3.4 錯時施工

城市快速路網(wǎng)運行必不可少的附屬設施應與道路一起施工，避免在快速路運營后施工，造成擁堵;其他必需的施工項目，盡量在交通流較小的時間段進行，避免同方向多路段同時施工，同時輔助智能交通管理手段，通過交通誘導系統(tǒng)提前告知出行者繞道而行，避免大范圍嚴重擁堵。

4 結語

本文結合城市快速路的構成要件和典型特征，分析了城市快速路各車道交通流和平均車速特征，研究了各車道交通分擔率特性，從路網(wǎng)結構、管理手段、交通事故和道路施工等方面對造成擁堵原因進行梳理并提出對策，為采取主動式的城市快速路交通管理措施提供一定的理論支撐?？偟膩碚f，這對于建立主動式、先遣式城市快速路交通管理體系具有一定的現(xiàn)實意義。

參考文獻：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設部.城市快速路設計規(guī)程：CJJ 129—2009[S].北京：中國標準出版社，2009.

[2]章程.基于數(shù)據(jù)的城市快速路主動交通管理與控制[J]//第十三屆中國智能交通年會.2018.

[3]余思遠，杜豫川.城市快速路瓶頸擁堵分析[J].交通科學與工程，2018（1）：93-98.

[4]王立業(yè).城市快速路進口附近區(qū)域交通組織與控制方法[J].四川警察學院學報，2019（6）：115-119.