城市快速路交通运行状态分析

裴 文 杰

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

城市快速路交通运行状态分析

裴 文 杰

(长安大学 公路学院，陕西 西安 710064)

城市快速路是城市交通干道，通过分析快速路交通运行情况，为合理的出行提供依据，以此提高路网利用率。以西安市南2环、东2环实地交通调查数据为基础，选取其中典型快速路路段，分析其交通流特性，根据不同的交通流参数调查数据分布情况，将不同的交通流运行状态划分为4个种类，提出了以速度、密度、饱和度为参数的运行状态分析指标体系。

城市快速路；交通运行状态；交通流特性；分析模型；

对城市道路的交通运行状况进行检测和分析，便于交通管理部门对交通流进行合理的分配、诱导和控制，以此来提高城市路网的利用率[1]。国际上对于城市道路交通运行状态评价指标普遍认可的是美国《道路通行能力手册》中提出的服务水平[2]；英国的运输与道路实验室则提出了用占有率、平均车速这两个指标来评价道路交通运行状况[3]；美国的德克萨斯交通学会提出了行驶时间指标，对城市道路交通运行状况进行分析评价[4]；华盛顿大城市理事会则认为在分析城市道路交通运行状况时应该以出行者的出行时间和延误为分析依据，提出了用户满意度来评价城市道路运行服务情况[6]。

实际上，城市交通是一个受多个因素影响的复杂动态系统，对其快速路交通运行状况进行分析评价时只考虑某一个或两个指标参数是不准确的。本文通过对西安市南2环、东2环实测数据的研究，分析其典型快速路路段的交通流特性，提出一个较为全面的交通状态分析指标体系。

1 城市快速路交通特性分析

本文选取西安市南2环路段作为研究对象区域。对目标路段的全天不间断的交通流量调查后，将调查数据整合。根据交通流量变化呈现出来的波动可知，快速路路段的交通运行状态符合连续流的交通特性，这是因为在快速路上行驶的车辆基本不受外部因素(如交通信号)的影响限制。城市快速路与城市主干路、次干路、支路等其它道路相比，有其独有的特性，因此，对于城市快速路的交通运行分析不应等同于别的道路。

图1 分方向的交通量时间分布

西安市南2环单方向24 h总的交通流量达到84 738辆，最大小时流量为5 406辆；车辆组成比较单一，主要是以小客车为主。出入口对于城市快速路交通运行状态的影响较大。

1.1 时变特性分析

基于南2环路段(西安科技大学人行天桥)的24 h断面交通量调查，对城市快速路时变特性分析。通过对交通量调查数据的整合处理，得出不同运行方向的交通量时间分布图如图1所示。交通调查数据的分析，目标路段道路交通流量呈现出较为明显的时变性，晚上和白天的交通流量都有各自比较明显的特征。

从图1可以看出，路段交通流量有着明显的时变特性，最为畅通的时间段为凌晨2∶00～4∶00，在这一阶段，交通状态比较稳定，拥堵指数最低，道路服务水平较高，流量变化对拥堵指数的影响不大；拥堵最严重的时间段为下午17∶00～18∶00，这一阶段交通量最大、交通运行状态属于不稳定流。

1.2 空间特性分析

交通流空间特性表征为：交通流量的方向分布。依据24 h断面交通量，南2环上游路段和下游路段交通量如图2、图3所示。

图2 南2环上游路段交通量 图3 南2环下游路段交通量

从图2可以看出，在平峰时段，两个方向的交通量变化曲线基本保持一致，在高峰时段，西到东方向的交通量持续大于另一方向，两个方向的比值达到最大的时刻为11∶00左右。从图3可以看出，在平峰时段，两个方向的交通量变化曲线基本保持一致，在高峰时段，南到北方向的交通量持续大于另一方向，两个方向比值达到最大的时刻为7∶00左右(早高峰)，其比值为1.42∶1。上游的交通指标参数变化波动通过空间传递给下游，使下游经过一个时刻的变化具有和上游相似的交通指标参数分布，从而使得上、下游具有相似的驼峰。

2 城市快速路交通运行状态分析指标体系

图4 速度时间分布图

根据交通流特性的分析知，对现有分析体系进行完善，提出速度—密度分析指标体系。这两指标可以客观地反映道路交通运行的真实情况。

在西安市交通管理部门搜集到南2环路段实时监测数据，观测时间为2016年4月14日，搜集到的原始数据就包括有车速、密度。对这些实测交通数据进行整合处理后，得到目标路段速度的不同时刻速度图，如图4所示。

从图4可以看出，不同的交通运行状态分布图，最为畅通的时间段为凌晨2∶00～4∶00，速度达到55 km/h；达到稳定状态的时间段为凌晨1∶00～2∶00和5∶00～6∶00，速度接近43 km/h；达到三级服务水平的0∶00～1∶00和4∶00～5∶00，速度减到30 km/h；达到堵的时间段为17∶00～18∶00和23∶00～24∶00，速度小于30 km/h，且密度高于100辆/km。但仅针对速度、密度分析，无法反应道路条件下的交通需求关系。为了较为全面客观地分析路段交通实际运行情况，加入饱和度这一指标。道路交通饱和度可以反映出道路的实际运行负荷情况。

基于上述对目标快速路路段的交通流特性的分析，以及交通流所呈现出来的分布规律，将城市快速路交通运行状态划分为畅通、稳定、拥挤、阻塞等4种不同的运行状况。

(1)畅通。在这种运行状态下，运行车辆的密度比较小，运行车速快，车辆在行驶过程中几乎不受什么外界因素的影响。

(2)稳定。随着路段上车流密度的不断增大，车流量也逐渐变大，一直增加到接近路段的通行能力，在该状态下道路交通仍可以保持在畅通的状态，车速稳定，驾驶员也仍可以有一定的驾驶自由度。

(3)拥挤。随着路段上车流密度的不断增大，车辆之间的间距也越来越小，车辆的运行速度也不断的下降，车辆受到外界的影响也越来越大。

(4)阻塞。在该状态下，路段车辆的密度达到最大，不断发生道路交通阻塞，不同车辆之间的距离也逐渐趋于稳定，不同车道的车辆的车速也基本相同。

根据对实时监测数据的整合，利用Matlab进行速度-密度指标参数关系拟合，结果如下表1所示：

表1 参数标定

对于城市快速路交通运行状态的分析评价，提出的速度-密度-饱和度分析指标体系，新的指标分析体系中的各交通参数有着各自的意义。例如，速度-密度关系中存在一个交通状态的转折点，这一点所对应的车速和密度分别可称之为临界车速和临界密度，它们是评价道路交通是否进入状态的重要临界点。

根据搜集到的大量数据，得出速度、密度、饱和度各参数指标阈值如表2所示。

表2 参数阈值

3 结 语

基于西安市南2环、东2环路段的实测数据，以及搜集到的实时监测速度、密度等原始数据，通过对交通调查数据的整合处理，分析了目标快速路路段的交通流独有的特性，确定了各分析指标参数的状态转换阈值。提出了速度、密度、饱和度的交通状态分析体系，得出分析指标参数关系函数及阈值。

[1] 肖恢翚,陆建,邱红桐,等.城市快速路交通事件影响范围预测模型[J].哈尔滨工业大学学报,2016(09):54-59.

[2] 马符铭,刘浩. 降雪天气对快速路交通特征的影响及对策[J].交通科技与经济,2016(04):53-56.

[3] 舒采焘,张孜,袁飞. 城市道路交通运行状态感知评价与管理应用体系研究[J].信息化研究,2016(04):1-7+13.

[4] 蔡晓禹,蔡明. 基于FCM山地城市快速路交通状态判别方法研究[J].公路,2016(07):229-234.

[5] 杨骁路,谷远利,邢珊珊,等.城市快速路交通流特性分析[J].山东科学,2016(03):71-80.

[6] 何庆,吴玉兰,李洋,等.城市快速路交通运行特性及组织原理——以北京市快速路为实例[J].道路交通与安全,2016(03):54-58.

[7] 孙剑,胡家琦,孙杰.城市快速路交织区通行能力估计模型[J].中国公路学报,2016(04):114-122.

[8] 阮彬,邓俊俊,宋楠.公交停靠站设置形式对路段交通运行状态影响分析[J].洛阳理工学院学报(自然科学版),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，在读硕士研究生，主要从事交通规划方面的研究.