基于流量分析的城市快速路交通拥堵研究

马有苗 李邦兰

摘 要：随着城镇化率和机动化水平的提高，以交通拥堵为代表的“城市病”逐渐蔓延，人们需要逐步建设以快速路为主动脉的完善的城市交通网络。目前，城市快速路的交通管理大多采取被动式、后动式模式，因此有必要对城市快速路的运行状况进行预测预警，建立主动式、先遣式的新型交通管理模式，这对提升城市快速路的运行状况乃至整个路网的运行效率具有重要意义。本文首先论述了城市快速路的特点，然后通过城市快速路交通流量分析，研究造成城市快速路拥堵的原因并提出对策。

关键词：城市快速路;交通拥堵;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

交通网络是社会经济发展的基础条件，是社会经济正常运转的重要保障。近年来，随着社会经济的快速发展，城镇化进程不断加快，人口分布格局发生改变，城市规模不断扩大，出行需求和出行半径不断增加，致使交通拥堵，尤其是大中城市的交通拥堵时有发生。据统计，2019年底，中国城镇化率为60.6%，比上年末提高1.02个百分点。按照人口转移量计，平均每年约有2千万左右的农业人口转移量进入城镇，城镇化水平持續增长。截至2019年底，全国机动车保有量达3.48亿辆，其中汽车保有量为2.6亿辆，机动车驾驶人达4.35亿，私家车（私人小微型载客汽车）保有量达2.07亿辆，首次突破2亿辆，民众出行的机动化水平显著提升。

不断攀升的城镇化率和机动化率将加剧城市交通供给和需求矛盾，城市交通拥堵问题不断凸显，进而带来一系列社会问题。一是交通事故，据调查，2014—2018年，我国年均交通事故达14万起，死亡人数超过4.4万，造成直接财产损失约10.2亿元。二是交通拥堵，“城市病”蔓延。三是环境污染，联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）提供的报告显示，交通运输部门是仅次于能源供应和工业生产的第三大温室气体排放部门。

城市快速路以占地面积少、交通量分担率大等优势，成为大城市中长距离出行的首选。近年来，许多大城市建成了比较成熟的城市快速路网，例如，郑州市建成了以京广快速路、陇海快速路、农业快速路、中州大道、西三环、北三环、南三环、东三环（107辅道）构成的井字形快速路交通框架。城市快速路作为大运量和快速交通的走廊，是整个城市交通路网的大动脉，其通畅与否直接影响着整个城市的通行效率。当前，国内很多大中型城市快速路正面临着严重的交通拥堵问题，如何通过智能化的运行管理措施来缓解城市快速路的交通拥堵，提高城市快速路通行效率，成为城市交管部门的工作重点。而目前的城市快速路交通管理大多采用被动式、后动式模式，因此有必要对城市快速路的运行状况进行预测预警，建立主动式、先遣式的新型交通管理模式，这对提升城市快速路的运行状况乃至整个路网的运行效率具有重要意义。未来，人们要对城市快速路交通管理模式进行不断探索，建立主动式、精细化公安交管的新模式，为交通出行者、交通管理者、交通决策提供智力支持。

1 城市快速路特征

1.1 城市快速路概述

根据《城市快速路设计规程》（CJJ 129—2009）可知，城市快速路是指在城市内修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式，具有单向双车道或以上的多车道，并设有配套的交通安全与管理设施的城市道路[1]。该规程还做出以下定义：出入口是指供车辆驶出或者进入快速路的单向交通路口，设置于快速路右侧，一般通过互通式立交匝道、高架路匝道、辅路匝道连接;基本路段是指快速路中不受出入口合流、分流、交织车流影响的路段;匝道是指专门连接两条道路的一条专用道路，一般为单向交通，通常包括互通式立体交叉连接道路、快速路与辅路的连接道路、高架路或堑式路与地面道路的连接路;辅路是指一般设置于快速路两侧或一侧，单向或双向行驶，用于集散与快速路交通的道路。

快速路系统的基本构成如图1所示。

1.2 城市快速路特点

快速路是只服务于城市内部的高等级道路，是城市交通网络的重要组成部分。城市快速路有以下典型特征。

1.2.1 采取全封闭式管理模式，交通参与者单一。城市快速路多采用高架立体交叉方式建成，通过匝道与其他道路衔接，城市快速路设计标准较高，单向至少双车道，交通参与者为机动车，不受非机动车与行人的干扰，全程采用封闭式管理方式运行，为交通参与者提供高效、舒适、安全的出行环境。

1.2.2 行车速度快，交通容量大。城市快速路均为单向多车道，全程采用封闭式管理模式，平均车速高，能容纳的交通量较大。据统计，郑州市高架快速路的行车速度为普通道路的2倍左右。

1.2.3 城市快速路通行能力和服务水平容易受匝道通行状况、交通事故、道路施工的制约。由于城市快速路的功能定位和路网结构决定了其出入口间距较小，交通流交织路段占比较多，匝道的通行状况直接影响整个城市快速路的通行效率。城市快速路大多为高架交叉，交通流只能通过匝道汇聚和分流，因此交通事故、道路施工将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车道交通流量数据为例，研究城市快速路的交通流特性。分析发现，城市快速路交通流具有以下特征。

1.3.1 各车道的交通流量分担率不同。通过对各车道的交通流量数据进行汇总分析，结果发现，城市快速路中，各车道日均流量不同，与车速呈正比，平均车速较大的车道日均流量较大，反之亦然。各车道交通流量与平均车速具体数据如表1所示。

整体来看，各车道交通分担率之所以出现这种现象，与车辆行驶速度和匝道分流、合流有直接关系。车速较大，受匝道车辆汇入和车辆驶出影响较小的车道，交通流量比较大;而车辆进出都要经过的第6车道，所受交织流干扰最大，速度较低，交通流量也最小。

为了摸清一天各时间段内各车道交通分担率，各车道调查数据按照1 h间隔分组重新统计，并计算各车道的交通分担率，详情如表2所示。

通过对表2数据观察分析可知，不论交通流量如何变化，各车道交通分担率均呈现出固定的规律。1车道和2车道属于内侧车道，交通分担率最大，结合表1可知，1車道和2车道的平均车速最高，因此受交通分流、合流影响最小的内侧车道交通分担率最高;结合表1可知，3车道、4车道和5车道属于中间车道，受到一定交织流的影响，速度居中，交通分担率居中;6车道属于外侧车道，不论交通量大小，也不论高峰平峰时间段，受分流、合流影响，平均车速最低，而且驾驶者有趋于内侧车道行驶的习惯，导致外侧车道交通分担率最小。

1.3.2 城市快速路交通流量与速度的关系具有阶段性。在所有速度、流量数据中，将5 min间隔的原始数据按照1 h的间隔分组，挑取一个工作日和一个节假日绘制交通流量与速度的关系图，详情如图2、图3所示。

通过分析可以看出，城市快速路交通流量与速度的关系在工作日与节假日之间区别不大，但从流量看，除了0：00—7：00和23：00—0：00流量较少外，其余时间段内交通流量维持在相对稳定的水平，没有呈现数量级的差距，这与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响较为明显，如图2所示，工作日的17：00左右，受交通事故的影响，速度和流量直线下跌。

同时，交通流量与速度的关系在一天中具有阶段性。0：00—7：00和23：00—0：00，交通流量最小，呈离散分布，平均速度较高，但由于道路设计时速的限制，大约维持在80 km/h，此时间段内交通流量与速度之间的相关性不明显;7：00—10：00和15：00—17：00，交通流量增加时，速度呈下降趋势，此时间段为城市快速路的早、晚高峰时段，交通流量与速度有明显的相关性，呈反比;其余时间段内，交通流量随着速度的增加有所增长，随着速度的降低有所降低，但总体保持在相对稳定的水平。

2 城市快速路拥堵原因

通过对城市快速路特征进行分析，笔者发现，造成城市快速路交通拥堵的原因主要集中在路网结构制约、交通组织管理、交通事故和道路施工等方面。

2.1 路网结构的制约

快速路凭借平均车速较高、用时较短的优势，成为交通需求者中长距离出行的首选[2]。城市快速路交通流量相比同方向普通路段大，但快速路系统自身未形成网络，即便自成网络，交通流最终也需通过匝道向周边路网疏散，因此匝道和周边路网的通行能力成为城市快速路通行状况的制约因素。调查发现，当车辆驶出快速路出口匝道后，如果距离路口太近，缓冲地带不够，受交通流交织影响，其间容易出现拥堵。例如，郑州市陇海快速路在2015年通车运行后，早晚高峰时段内，大学路、嵩山南路、紫荆山路、未来路等出口匝道形成“易上难下”的尴尬局面。

2.2 交通组织管理因素

城市快速路流量较大，对周边路网和临近路口的通行能力要求较高。城市快速路建成运营初期，部分出口匝道与辅路的衔接路段交通渠化、临近路口的交通信号灯配时未能根据交通流变化及时调整，诱发各种扰乱交通秩序的行为，也使得匝道交通拥堵与地面交通拥堵相互传导，造成城市快速路的交通拥堵[3-4]。

2.3 交通事故的影响

据调查统计，城市快速路交通事故以追尾、剐蹭、碰撞等居多。交通事故（尤其是轻微交通事故）发生后，事故车辆占用车道，未能快速撤离，导致交通拥堵。

2.4 道路施工的影响

施工会占用快速路一个或者多个车道，成为交通流量的瓶颈，加上车辆变道造成交织流影响，直接造成交通拥堵。例如，郑州市陇海路快速路高架桥加装隔音墙施工，占用一个车道，加之两个施工段之间间隔较小，造成陇海快速路多处交通瓶颈，形成严重的交通拥堵。

3 改善策略

3.1 改善路网结构

完善城市快速路网规划，使得城市快速路能尽快成网、成环，减轻周边路网的疏散压力;优化周围主干线、次干线、支线路网，使得城市路网形成快、主、次、支有序衔接、比例恰当、紧密配合的大系统;合理选取匝道与辅路的衔接位置，为交通分流预留足够的缓冲地带;充分挖掘周边路网循环潜力，打通断头路、瓶颈路段，疏通城市路网的毛细血管，使得交通流可慢不可停。

3.2 优化交通管理组织

及时根据城市快速路出口匝道位置，对相应辅路和临近路口重新进行交通渠化，并根据交通流量的变化，对交通信号配时进行优化，同时充分挖掘城市快速路周边路网的通行能力，对纳入城市快速路后的路网循环进行优化，在保证城市快速路大动脉通畅的情况下，疏通周边路网的毛细血管。

3.3 设置固定的事故处理站，强化智能交通管理

在城市快速路上适当设置固定的事故处理站，对于轻微事故，固定取证后转移事故车辆至处理站，以快速消除交通事故对交通运行的不利影响。同时，城市快速路管理部门要借助智能交通管理手段，利用快速路及辅路的实时显示屏，及时公布事故路段，快速分流，特殊天气向出行者公布诱导车速，避免出现追尾等交通事故。另外，交通管理部门要定期对城市快速路隐患路段进行排查，及时采取措施，减少交通事故的发生。例如，郑州市农业快速路曾因西三环匝道出口处缺少防撞设施被交通管理部门曝光。

3.4 错时施工

城市快速路网运行必不可少的附属设施应与道路一起施工，避免在快速路运营后施工，造成拥堵;其他必需的施工项目，尽量在交通流较小的时间段进行，避免同方向多路段同时施工，同时辅助智能交通管理手段，通过交通诱导系统提前告知出行者绕道而行，避免大范围严重拥堵。

4 结语

本文结合城市快速路的构成要件和典型特征，分析了城市快速路各车道交通流和平均车速特征，研究了各车道交通分担率特性，从路网结构、管理手段、交通事故和道路施工等方面对造成拥堵原因进行梳理并提出对策，为采取主动式的城市快速路交通管理措施提供一定的理论支撑。总的来说，这对于建立主动式、先遣式城市快速路交通管理体系具有一定的现实意义。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部.城市快速路设计规程：CJJ 129—2009[S].北京：中国标准出版社，2009.

[2]章程.基于數据的城市快速路主动交通管理与控制[J]//第十三届中国智能交通年会.2018.

[3]余思远，杜豫川.城市快速路瓶颈拥堵分析[J].交通科学与工程，2018（1）：93-98.

[4]王立业.城市快速路进口附近区域交通组织与控制方法[J].四川警察学院学报，2019（6）：115-119.