基于实测车的城市交通干线通行状态评价方法

张雷元, 树爱兵, 祖永昶

(公安部交通管理科学研究所, 江苏无锡 214151)

基于实测车的城市交通干线通行状态评价方法

张雷元, 树爱兵, 祖永昶

(公安部交通管理科学研究所, 江苏无锡 214151)

当前我国缺乏方便实用的交通干线通行状态评价指标和方法，各地对干线通行状态的评价主要通过主观判断，缺少量化分析，不够科学合理。首先，总结分析国内外现有研究的各类交通状态评价指标及方法，在此基础上，综合选取平均停车次数、平均行程时间等指标，并针对高峰、平峰等不同时段的管理目标设置各项指标权重。其次，采用实测车跟驰交通流的调查方式，对相关指标进行调查和计算。然后，采用加权平均法综合计算干线通行状态综合评估指数，依据指数值确定对应的通行状态等级。最后，选取洛阳市洛龙区开元大道进行实地评测应用。结果显示，采用提出的方法进行干线通行状态评价，实现了各项指标的量化分析，评价结论可反映出干线交通组织管理水平，为管理措施制定提供依据，有助于改善道路通行状态。

城市交通干线； 通行状态； 平均停车次数； 平均行程时间； 实测车； 评价方法

0 引言

城市交通干线包括城市主干路和次干路，是连接城市不同片区和主要出入口的重要通道，是跨区域交通出行和通勤的必经之路。受城市路网结构和功能布局影响，交通干线一般承担了全市大部分交通流量，可谓是城市交通的大动脉。在城市干线使用科学的交通组织、信号控制和诱导管理，能够有效提高整个城区道路通行能力和通行效率，是缓解城市道路拥堵的有效手段。但是，国内关于城市交通干线通行状态的评价一直缺少实用的方法，大多数城市在建设和应用交通组织和管理技术过程中，缺乏对其进行的系统性评价，应用效果难以体现。亟需建立一套科学、客观、实用的量化评估指标和方法，开展城市干线通行状态的实地评测应用，为改善城市主要通道交通状况和缓解拥堵提供技术支持。

国外美国采用行车延误作为交叉口通行状态与服务水平的评价标准[1]，只能评价单个路口交通运行状态。日本以车流量与通行能力的比值(V/C)来评价道路服务水平等级[2]，主要用于道路建设投资效益评估。国外的这些评价方法在评价的全面性、适应性等方面与我国实际需求相差较大，不能直接照搬使用。国内的一些科研部门和大专院校，对道路通行状态评估进行了初步研究[3-8]，选取的指标有交通负荷、平均延误、阻塞率、车辆的尾气排放因子和平均噪音等。国内研究提出的这些指标分布范围广，适用条件不一，部分指标还只是停留在理论层面，需进行推理和演算，不便于实际调查和应用。公安部在《城市道路交通管理评价指标体系》[9]中制定了灯控率、交叉口阻塞率、延误、车速指标等类似指标，但是其出发点是评价道路交通管理秩序水平，并未提出针对道路通行状态的评价体系。公共安全行业标准《道路交通阻塞度及评价方法》(GA 115—1995)[10]规定了道路交通中的机动车周期性阻塞的评定指标和测定方法，主要适用于城市交叉口、路段和公路交通拥堵状况评价。

本文提出一种基于实测车的干线通行状态评价方法，通过调查分析表征道路交通运行状况的相关指标，选择平均停车次数和平均行程时间两个指标，建立适合于城市交通干线通行状态评价的指标体系及方法，采用实测车跟驰交通流的调查方式，对相关指标进行调查和计算，综合测评城市交通干线通行状态等级。

1 评价指标体系

1.1 评价对象及目标

本研究评价的对象是城市交通干线，仅限于城市主干路和次干路，不包括快速路和支路。评价的目标是通过对干线上车辆运行状态的评价，为干线交通组织、信号控制等管理措施的应用效果评估，以及干线交通组织管理水平评价等提供依据。

1.2 评价方式

一般评价方式有人工定点调查、系统抽样、实测车跟驰等。人工定点调查需要在干线上每个交叉口都配置调查人员，所需人力成本高，不适合长期评价；系统抽样调查主要通过调取信号控制、流量检测、视频监控等系统的数据进行分析计算，数据依赖于路面交通检测设备，一旦设备出现故障，调查结果将会出现极大偏差，此外，一些城市干线并未安装检测器或视频监控等设备，这种情况下就无法使用系统抽样调查。综合考虑成本和适用范围等因素，本研究采用实测车跟驰交通流的调查方式，对相关指标进行调查和计算。

1.3 评价指标选取

1.3.1 指标选取原则

按照客观性、实用性、可操作性等原则选取指标。

(1)充分性原则，即需要通过不同角度全面反映评估目标的情况；

(2)客观性原则，即能通过非系统本身的渠道获得数据，便于第三方独立机构进行评价；

(3)可测性原则，即需要对指标进行定量化计算，而不仅仅是定性的分析，因此所选择的指标应是可量化的；

(4)可比性原则，即评价指标应具有普遍的统计意义，使得评价结果能够实现横向和纵向比较；

(5)可操作性原则，即在满足评价目的的前提下，从我国实际情况出发，评价指标概念要清晰，表达方式要简洁易懂，数据来源要易于采集，操作途径要切实可行，要充分考虑到日常操作中的方便程度，并尽可能采用现代信息技术手段实现评价目的；

(6)清晰性原则，即要求指标的选取内涵明确，不会产生歧义和模棱两可的问题；

(7)关联性原则，即要求指标的选取需与评价相关，不能选取与评估内容毫不相干的指标。

1.3.2 指标选择

综合国内外研究文献[11-12]，可供选择的评价指标分为4类，第一类是交通需求类指标，包括流量、占有率和饱和度等；第二类是畅通性指标，包括平均延误、停车次数、排队长度、平均速度、行程时间、通行能力等；第三类是环境类指标，包括油耗、排放等；第四类是安全性指标，包括行人、非机动车与机动车冲突次数、事故次数等。

按照评价目标、评价方式和指标选取原则，第一类指标反映的是交通出行的需求量，与交通组织管理没有直接关系；第三类指标反映的是交通对环境的影响情况，数据调查和测量困难；第四类指标需要借助其他系统，通过长时间调查分析才能获得数据。这三类指标均不适用于本研究。在第二类指标中，平均延误、排队长度、通行能力等指标数据无法直接测量，只能通过调查其他数据比如流量等来估计，但是通过实测车跟驰方式很难调查到流量数据；平均速度指标数据也无法直接调查，只能通过其他方式间接换算得到，一种方式是通过记录车辆全程瞬时速度进行算术平均，另一种方式是通过记录车辆行驶距离和行程时间，用两者相除得到；停车次数、行程时间这两个指标可以直接调查得到，因此，本研究选择停车次数和行程时间两个指标。

1.3.3 评价指标定义

(1)车辆平均停车次数

车辆平均停车次数能反映干线通行连续情况，用车辆行驶通过干线各交叉口遇到红灯停车的总次数与干线总交叉口数的比值表示。计算公式如下：

(1)

(2)车辆平均行程时间

车辆平均行程时间能反映干线拥挤程度，用车辆沿着城市干线行驶总时间与城市干线长度之比表示。

计算公式如下：

(2)

1.4 评价指数及指标权重确定

1.4.1 通行状态评价指数定义

按照《城市道路交通管理评价指标体系》，将通行状态定义为优、良、中、合格和差5个等级。每个等级对应的评价指数如表1所示。

表1 通行状态评估等级

通过选择不同类型城市、不同等级的干路进行实践分析和仿真验证，平均停车次数、平均行程时间与通行状态指数的对应关系见表2。

表2 评价指标与评价指数的对应关系

1.4.2 指标权重确定

由于不同指标的重要性已知，同时考虑权重设置的不确定性，指标权重系数的确定采用专家评分法中的优序图法[13]，通过对多个指标进行两两相对比较，最后给出重要性次序或者优先次序。若A指标比B指标优，则评分为1，否则评分为0；若A指标与B指标相比，优劣相当，则评分为0.5；当A指标与A指标比时，直接在表格中填入0.5。

评价指标的重要性取决于不同时段管理目标。高峰期干线交通组织管理主要目标是保证行程时间短、延误小，避免发生排队过长或拥堵情况，此时，平均行程时间指标的重要性高于平均停车次数指标；平峰期主要管理目标是减少车辆停车次数，确保交通流运行通畅、连续，平均停车次数指标的重要性高于平均行程时间指标。指标排序结果和权重计算见表3。

表3 评价指标权重计算表

2 指标数据调查及评测

2.1 实测车配备

实测车采用通用的小型汽车，车前窗配置行车记录仪。行车记录仪要求具备行车视频、行驶速度、通行时间记录功能，能连接计算机导出行车记录信息到本地存储，能连接汽车电源进行供电。

2.2 调查步骤

第1步：确定待评估的城市通道起点和终点位置，驾驶实测车进入起点，开启行车记录仪。

第2步：采用跟随前方车队的方式，沿着城市通道行进，不超车、不随意变换车道，保持与车队行进速度一致。

第3步：重复第二步3遍以上，记录每一遍从起点到终点的实测车行驶前方视频、行驶时间、速度、位置信息。

第4步：将行车记录仪记录下的信息导出到计算机，利用相关管理软件查看记录信息，提取车辆经过城市干线通道上各个交叉口的时间和停车次数，如表4。

表4 指标数据调查表

2.3 评测计算

2.3.1 单项指数计算

单项指标对应的通行状态指数采用线性插值的方法计算得出：

(3)

式中：pi为第i个指标评估得出的交通状态指数，保留小数点一位；xi为第i个指标的调查值；xi1为第i个指标调查值对应的下限阈值；xi2为第i个指标调查值对应的上限阈值；yi1为第i个指标对应交通状态指数的下限阈值；yi2为第i个指标对应交通状态指数的上限阈值。

2.3.2 综合指数计算

基于车辆平均停车次数和平均行程时间两个指标的综合评估指数计算采用以下公式：

(4)

式中：P为综合交通状态指数，按照“四舍五入”取整。pi为第i个指标评估得出的交通状态指数；wi为第i个指标的权重；n为选取的指标个数。

3 实地测评应用

(1)测评对象与范围

选择洛阳市开元大道作为评测对象。开元大道是一条东西向的主干道，该路西起洛阳西南绕城高速公路，东至二广高速公路，连接洛龙科技园与洛南新区中心区，是东西方向贯通新区的城市交通大动脉，见图1。

图1 洛阳市开元大道位置及道路情况

测试范围为由西向东相连的通济街、金城寨街、永泰街和市府西路4个交叉口，各交叉口分布如图2所示。

图2 测试干道各交叉口分布图

(2)测试内容及方式

以开元大道- 通济街交叉口作为测试起点，开元大道-市府西路交叉口为测试终点位置，进行单向通行测试。测试时间为2016年3月29日，上午9:30～10:30为平峰测试时段，下午17:30～18:30为高峰测试时段。采用跟随前方车队的方式，沿着开元大道自西向东行进，不超车、不随意变换车道，保持与车队行进速度一致。

(3)原始数据

高峰期测试得到如表5所示数据。

平峰期测试得到如表6所示数据。

表5 高峰测试原始数据

表6 平峰测试原始数据

(4)评估计算

高峰期计算步骤如下。

第1步：对原始数据进行平均计算，得到如表7所示数据。

表7 高峰评估计算表

第2步：计算单项评价指数：

根据公式(1)，计算平均停车次数如下：

对照表2，平均停车次数对应的交通状态指数范围为(60,40]，采用公式(3)计算具体指数值：

根据公式(2)，计算平均行程时间如下：

对照表2，平均行程时间对应的交通状态指数范围为(80,60]，采用公式(3)计算具体指数值如下：

第3步：计算综合评价指数：

根据表3，高峰期这两个指标对应的权重分别为0.40和0.60，按照公式(4)，综合评价指数计算如下：

52.5×0.25+61.2×0.75=59.03

平峰期

得到如表8所示数据。

表8 平峰评估计算表

采用同样计算步骤，得出综合评价指数：

(5)通行状态评定

对照表1，得到交通状态的评价等级，如下表9所示。

表9 交通状态评价等级

从上表可以看出，开元大道测试区域(通济街至市府西路方向)平峰期的通行状态为“中等”，高峰期的通行状态为“合格”，基本达到国内同类道路的一般水平，但仍然有很大的提升空间。其中，高峰期车辆平均停车次数指数相对较低，表明车辆停车次数较多，可采用绿波控制方式进行改善；平峰期车辆平均行程时间指数相对较低，表明车辆行驶时间较长，可采用绿波与单点感应控制相结合的方式改善。

4 结语

本文在现有研究基础上，综合选取平均停车次数和平均行程时间两个指标，建立适合于城市通道交通状态评价的指标体系及方法；结合高峰、平峰不同时段管理需求，提出各项指标的权重；采用实测车跟驰交通流的调查方式，对相关指标进行调查和计算，综合测评城市干线的通行状态等级，方法适用于城市干线交通组织、信号控制、诱导等管理措施的应用效果评测。通过实地测评应用，采用本文提出的方法对城市交通干线通行状态进行评价，实现了各项指标的量化分析，评价结论可反映出干线交通组织管理的水平，为制定交通组织、信号控制等管理措施提供依据，有助于改善道路通行状态。

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(责任编辑 陈小明)

国家科技支撑计划项目“中等城市道路交通智能联网联控技术集成及示范”，课题“动静态一体化城市交通智能联网联控技术集成及示范”(2014BAG03B01)。

张雷元(1978—),男，江西宜春人，硕士，副研究员。研究方向为交通信号控制、智能交通管理系统技术研究与应用。

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