福州市二环路小客车空驶特性研究

李 娜

(福建警察学院治安系，福建福州 350007)

0 引言

随着城市化进程不断推进和人民生活水平逐步提高，我国正处在小客车占据优势的机动化发展进程中[1]。大量空驶小客车出行降低道路资源利用率，加剧了城市交通拥堵和环境污染。因此，车辆空驶问题受到国内外学者的广泛关注。

国内学者对车辆空驶问题的研究主要对象集中在出租车、货车及小客车等。在出租车空驶特性研究方面，一是对出租车空驶特性研究。周侗等[2-3]主要运用计算机编程和数据处理技术开展基于出租车轨迹数据的研究，探讨出租车空驶率分布特性并设计了轨迹数据库管理系统。曹祎与罗霞[4-5]主要通过数学建模研究打车软件使用下，乘客等待时间模型、打车软件使用率与空驶率之间关系。开展类似研究的学者还有姜晶莉、魏中华、庄立坚等[6-8]。二是以空驶率为重要参数分析出租车运营特性、投放控制与调度模式等，为出租车提供运营管理服务。典型代表有杨康、焦红红、宋丽红等[9-11]。在货车空驶特性研究方面，由于货车单程空驶造成运营成本增大，梁卫东、王林、马佩芬[12-14]等几位学者以货车空驶为研究对象，对该现象产生原因及减少货车空驶的对策进行研究。陈雅琴、宋艺斌、张贺真[15-17]等为代表的学者针对救护车空驶开展研究，主要探讨急救车空车返回的原因以及相应解决对策。仅少量学者关注小客车空驶规律，韩凤春等[18]基于对北京东、西三环快速路高峰与平峰期间小客车空驶特性调查，提出大力发展公共交通、设置HOV车道、提高小客车用车成本以降低小客车空驶率，学者张驰[19]也采用类似方法对上海中心城区家用小客车空驶规律进行研究，提出限制中心城区小客车空驶措施。

国外学者对空驶问题的研究集中在实施HOV(High-Occupancy Vehicle)车道设置及其对减少车辆空驶的效果。美国从19世纪60年代开始通过实施HOV车道降低客车空驶率，缓解交通拥堵。Ali等[20]基于华盛顿地区车辆运行GPS数据的研究表明，车辆在HOV车道上的行驶时间比普通车道短，因此，HOV车道对提高道路资源利用率有积极作用。英国利兹的调查数据[21]显示，HOV车道开通可缩短路段通行时间7 min，能提高车辆搭载乘客概率，降低车辆空驶率。R.H.Henk[22]等针对德州车道运行效果的研究表明，增加车辆内部乘坐人数对节省出行时间有着积极作用，可提高车道利用率。

上述研究对分析车辆空驶特性以及探索降低出租车、货车和小客车空驶率等路径非常有意义。随着我国居民生活水平不断提高，机动车保有量逐年攀升，道路资源日趋紧张。韩凤春[18]、张弛[19]等的研究显示，北京、上海等特大城市的城市快速路、中心城区小客车空驶率高达50%以上，道路资源利用率不高。小客车空驶特性的研究可为科学制定城市交通管理政策缓解城市快速路交通拥堵提供参考。福州作为二线城市的典型代表，是否也存在小客车空驶率高的问题，这正是本文所关注的。本文以福州市二环路为研究对象，选取典型断面进行小客车空驶特性调查，分析快速路交通流特性和小客车空驶规律，探索小客车空驶与交通流之间关系，提出降低小客车空驶率具体方略。

1 数据采集

1.1 基本定义

(1)小客车。根据《城市道路工程技术规范》(GB51286—2018)和《机动车类型数据和定义》(GA802—2019),本文所指小客车是外廓尺寸满足一定条件(如表1所示)，乘坐人数小于或等于9人的载客汽车(不包含微型载客汽车)。

表1 小客车外廓尺寸 m

(2)不同载客量小客车。按载客量不同将在道路上行驶的小客车分为3类：车内只有驾驶人、无乘客乘坐的“空驶小客车”；车内有驾驶人和1～2名乘客的“低载小客车”；车内有驾驶人和3名(含)以上乘客的“高载小客车”。

(3)空驶量。空驶量是指特定时间段内，通过道路某断面的空驶小客车数量，单位为veh/5 min。

(4)空驶率。空驶率是指特定时间段内，小客车空驶量与通过道路某断面交通总量的比值，无单位。

1.2 调查时间和地点

调查时间：2020年10月27日(周二)，上午7:00～9:30、下午16:30～19:00，天气晴朗，无异常交通事件发生。

调查地点特征：福州市南二环路盖山人行天桥所在断面，道路为双向六车道、四幅路、设计车速100 km/h，是福州市城南与城北之间的重要通勤要道。盖山人行天桥附近有齐安新苑、迎霞新城、首山丽景和华润山庄等大量交通出行发生源，以及新蕾小学、福建船政交通职业学院、学生街城市广场等交通出行吸引源。早、晚高峰时段会产生较多以小客车为出行工具的交通需求，而这些时段的小客车空驶特性对提升二环路服务水平有重要影响。因此，在小客车空驶特性研究中，选取南二环盖山人行天桥下南向北主路横断面进行调查，如图1所示。

图1 福州市南二环盖山调查地点位置图

1.3 调查方法

1.3.1 人工法

采用人工法观察驶过调查断面小客车内载客数量，用调查仪进行分类记录，获取车辆到达时刻和车型数据。主路单向3车道，每车道调查人员2名，共6名。

1.3.2 激光调查仪

采用安装在道路两侧的便携式激光交通调查仪(简称“激光调查仪”)自动记录车辆的到达时刻、行驶方向、车道、速度和车型等数据。

2 交通流特性分析

2.1 交通量特性

以连续5 min为调查间隔对激光调查仪测得的交通数据进行统计分析，绘制交通量分布图，如图2所示。

图2 观测断面交通量分布图

由图2可知，观测断面交通量在309～560 veh/5 min之间，平均交通量约为5 172 veh/h。高峰小时为7:25～8:25，交通量为6 223 veh/h，平均每车道交通量约为2 074 veh/h。早高峰期间调查断面负荷度为1.17，高峰小时系数PHF5=0.93，二环路交通处于强制流状态。下午交通量高峰时段为17:30～18:30，调查断面负荷度约为0.82，交通处于稳定流状态。

2.2 车速特性

对激光调查仪测得的观测断面车速数据进行统计，绘制车速频数分布曲线，如图3所示。

图3 观测断面车速频数分布图

由图3可知，观测断面车速主要分布在20～60 km/h之间，其中车速在30～40 km/h之间占比约为1/3，超过90%的车辆驶过观测断面的速度低于60 km/h。车辆行驶速度明显低于设计速度，且上午低于下午，车速低于20 km/h和超过60 km/h的车辆很少，调查数据基本呈正态分布，平均车速为46.27 km/h。

3 小客车空驶特性分析

3.1 统计特性

对人工调查获取的小客车到达时刻及载客状况数据进行统计分析并计算空驶率，结果如表2所示。表中流量为观测断面南向北方向5 min交通量，单位为veh/5 min，空驶率为对应调查间隔内观测断面小客车空驶率(%)。

图4 小客车空驶量与空驶率随时间变化趋势图

由表2可知，观测时段内驶过观测断面的小客车总量为19 322 veh，占全部车辆的74.69%。其中空驶小客车15 286 veh，占小客车总量的79.11%，占交通总量的59.09%；低载小客车、高载小客车分别占交通总量的13.76%(3 559 veh)、1.84%(477 veh)。观测时段内小客车空驶率处于48.91%～66.56%之间，平均空驶率为58.26%，南二环路小客车出行比例高，空驶率较高且波动不大。

3.2 时间分布特性

对不同调查间隔空驶量进行统计，绘制小客车空驶量和空驶率时间分布如图4所示，可知：

(1)空驶量出现“双高峰”特征。上下午空驶量高峰时段分别出现在07:40～08:40、17:30～18:30，这两个时段与交通量高峰时段基本重合(交通量高峰时段为07:25～08:25、17:30～18:30)。与下午相比，上午高峰时段空驶量大但持续时间短。通过配对样本t检验，P=0.000<0.01，上下午空驶量有显著差异，上午平均空驶量比下午多49.2 veh/5 min。

(2)空驶率存在高峰特征。上下午空驶率最大的时段分别是07:50～08:50、17:40～18:40，这两个时段均比空驶量对应高峰时段晚10 min。在观测时间段内，小客车空驶率最高可达66.56%，调查时段内，仅下午17:20～17:25和18:00～18:25小客车空驶率低于50%，占比仅为3.33%，有8个调查间隔小客车空驶率高于65%，占比为13.33%，说明小客车空驶率较高且持续时间较长；通过配对样本t检验，P=0.012<0.05，表明上下午空驶率有差异，上午平均空驶率比下午高2.41%。

综上，调查时间段内上午空驶量、空驶率显著高于下午，即上午小客车空驶现象比下午更普遍、更严重；调查时段内，小客车空驶率高于50%的调查间隔高达96.37%，说明小客车空驶率较高且持续时间较长。

3.3 空驶量与交通量关系

3.3.1 空驶量与交通总量

运用SPSS对小客车空驶量与交通总量之间的关系进行分析，P=0.000<0.01，皮尔逊相关系数为0.934，二者之间有显著相关性且相关程度高，绘制散点图如图5所示。

由图5可知：观测断面上下午期间散点图表明，小客车空驶量与交通总量之间有较好的线性关系，随着交通总量的增加，空驶小客车数量随之增加，小客车空驶率增大。

图5 空驶量与交通总量散点图

3.3.2 空驶量与小客车交通量

运用SPSS对小客车交通量与空驶量关系进行分析，P=0.000<0.01，皮尔逊相关系数为0.961，二者之间有显著相关性且相关程度高，绘制散点图如图6所示。

由图6可知：观测断面上下午小客车空驶量与小客车交通量之间存在线性关系，随小客车交通量增加，小客车空驶量也不断增加。

图6 空驶量与小客车交通量散点图

3.3.3 空驶量与交通总量、小客车交通量关系

研究表明，小客车空驶量与交通总量及小客车交通量均存在线性关系。将60个调查间隔按顺序赋值为1～60，t为时间变量，t∈{1,2,…,60}。用线性回归分别对上下午调查数据进行拟合，拟合优度分别为R2=0.923，R2=0.855。

式中，Q(t)、q(t)分别是调查间隔内交通总量、小客车交通量、f(t)为对应调查间隔的小客车空驶量，三者单位均为veh/5 min。

综上，小客车空驶量随调查断面交通总量、小客车交通量的增加而增加，但交通总量和小客车交通量对空驶量的影响程度有所不同，上下午的数据均显示小客车交通量对空驶量的影响比交通总量更大。因空驶量很难通过常规的检测设备和视频技术获取，故模型除用于分析小客车空驶量与交通量之间的关系外，还可作为预测小客车空驶量的方法。

3.3.4 模型验证

为验证模型有效性，以福州市北二环路茶园人行天桥所在道路断面为调查地点，统计2020年10月29日(周四)7:00～9:30和16:30～19:00的实测数据(见表3)并进行检验，表中Q是调查断面交通总量、q是小客车交通量、f是小客车空驶量。

运用SPSS对北二环路茶园人行天桥断面小客车空驶量预测值和实测数据进行样本t检验，检验结果显示P=0.182>0.05，即模型预测值与实测数据无显著性差异，模型有效。因此，可用该模型对福州市二环路小客车空驶量进行预测。

表3 福州市北二环茶园人行天桥断面流量调查表

3.4 降低空驶率措施

为提升交通运行效率，福州市采取诸多措施，包括启动加密路网项目、优化交通信号控制方案、持续开展非机动车专项整治、加大电动自行车管理力度等[23]，但这些措施对提升快速路交通运行效率的作用有限，因此，应根据小客车空驶特征，采取针对性措施降低小客车空驶率，提升二环路的服务水平和运行效率。

(1)引导市民转变用车理念

随着社会经济快速发展和人民生活水平不断提高，小客车出行数量不断增大，给城市道路交通系统带来很大压力。引导市民转变用车理念，鼓励市民选择道路资源利用率高、绿色环保的交通工具出行非常重要。针对福州市二环路小客车出行比例高和空驶率较高的现状，转变小客车驾驶人用车理念十分紧迫。与此同时，加强公共交通系统建设。一方面应加快福州市轨道交通建设，增加运营里程、扩大覆盖范围、提升客运能力；另一方面应增大公共交通服务范围，提高运行精准性和便利性，为市民选择绿色出行提供保障。

(2)科学设置HOV合乘车道

通过设置HOV车道满足高峰期间高载客量小客车优先通行权，实现合乘，降低出行总量，对降低小客车空驶率，缓解交通拥堵具有一定现实意义。我国未有HOV车道的设置标准，参考张举、韩得利等[24-25]的研究结论，将HOV车道设置条件归纳并梳理福州市二环路对应条件。

表4 HOV车道设置条件

表4为福州市二环路满足设置HOV车道所需的道路和交通条件。若将低载小客车和高载小客车均作为HOV车辆，则HOV比例为15.6%，该指标虽不在推荐范围内，但只略大于推荐上限值15%，仍可将其作为HOV车辆的重要参考。综上，可将福州市二环路内侧道路设置为HOV 1+车道，以减少小客车空驶，提升二环路服务水平。

(3)采取机动车尾号限行政策

福州市二环路小客车出行比例74.69%，空驶率最高达66.56%，小客车空驶量与交通总量、小客车交通量均成正线性相关，因此，可通过减少小客车出行总量降低小客车空驶率。根据福州道路交通实际，适时采取机动车尾号限行策略，减少小客车空驶量，实现节能减排。

4 结语

通过对福州市南二环路典型断面小客车空驶特性调查与分析，结果表明：(1)小客车空驶现象严重。在调查时段内，小客车空驶率高于50%的占调查时段的96.67%，小客车平均空驶率为58.26%，最高为66.56%，说明城市快速路小客车空驶率较高且空驶时间长，道路资源浪费严重，这与韩凤春[18]、张弛[19]等的研究结论一致；(2)小客车空驶量出现高峰时段，该时段与交通量高峰小时基本一致，且上午小客车空驶现象比下午更严重；(3)交通总量、小客车交通量与空驶量均成线性关系，与韩凤春等建立的一元二次模型[18]相比，本文提供一种更简单的空驶量预测模型。

基于此，应引导市民转变用车理念、科学设置HOV车道鼓励合乘、采取机动车尾号限行政策以降低小客车空驶率，提升二环路交通运行效率和服务水平。未来应在广泛开展交通调查基础上，进一步加强小客车空驶率对交通运行状态影响及不同空驶率下实施HOV车道运行效果方面的研究。