城市高峰期车辆出行特征及分流规划研究.pdf

交通世界TRANSPOWORLD0 引言快速路是城市道路网络的主要框架，担负着城市交通的主要通行任务，其交通状况直接影响整个道路网络的状态1。但高峰时段的交通容量不足以覆盖集中的交通流，而无法充分利用。车辆分流是平衡交通需求时空分布的基本措施。常见的选择是引导驾驶员错峰出行，或选择更长但速度更快的路线以避免交通堵塞。然而一些交通分流路线的实施并不如预期高效，由于各种原因无法有效缓解拥堵。与此同时，信息技术的不断发展使交通信息服务更加便捷和有效。改进的交通导航服务使旅行者能够根据当前或短期的未来交通状况做出最佳的出行决策。如果交通和导航服务能够在出发前为乘客提供充分和有效的引导，以促进道路网络上交通需求的空间和时间均衡分布，高峰时段的交通压力将减少，拥堵也将减少2。因此，本研究侧重于城市快速路高峰时段的车辆交通特征。根据拟建分流系统的驾驶特点提出了详细的出行计划，并提前评估了计划的有效性。1 快速路高峰期交通状态特征分析本文提出一种基于实际路况数据的公路早期高峰时段拥堵区域和拥堵源识别方法，为改进的分流系统做好准备。本文主要分析某一线城市快速路的内环和延伸段。1.1 早高峰路段时变车速快速路的行车速度是从高德地图的路况数据中获得的，该数据用于分析路网状况。处理时间间隔为 4min。该区域快速路内环段和延伸段的交通速度在早高峰时段发生变化，主要发生在上午7:109:00，但并非所有路段都拥堵。交通堵塞在时间和空间上明显不均匀，部分路段的速度低于20 km/h。这表明道路通行能力尚未充分利用，交通状况仍有很大改善空间。通常最低平均速度为上午8:16，速度为49 km/h。因此，如果在时间和空间方面优化了路线流量分布，例如，不在的高峰时间出行或优化出行路线，在高峰时间快速路的交通状况将显著改善。1.2 拥堵路段与拥堵源识别快速路段的拥堵通常是一些路段拥堵的连锁反应，可分为两类。其中一类是拥挤的路段，通常路线很长且道路很宽，可以容纳更多的车辆；另一部分是拥堵路段的一部分，其可以扩散到几个上层区域，导致大的拥堵。拥堵源通常位于道路维修或路线突然变窄的位置。1.2.1 拥堵路段与拥堵源路段识别方法1）拥堵路段识别方法拥堵路段和高峰时间的确定基于路段的平均速度。根据城市规划条例（CJJ 372012），公路上饱和车流第四级的临界速度（40 km/h）被用作确定交通堵塞的阈值。如果路段的车流速度低于此值，则该范围被视为拥堵。公式（1）和（2）给出了高峰时段各路段的最小速度以及拥堵路段的确定和计算方法。vi=minn nn+14vi,n15（1）yi=1,vi m0,nn+14(vi+1,n-vi,n)15 m（3）式（3）中：zi为1，则路段i是拥堵源；zi为0，则路段i是非拥堵源的部分。vi,n为周期n的区间i的检测速度，而vi+1,n为周期n相邻下游区间i+1的检测速度。n为峰值时间段内15个时间段。如果路段速度差平均值大于m（10 km/h），则i段为拥堵源，否则不是拥堵源。1.2.2 拥堵路段与拥堵源路段识别结果根据早晚各路段的拥堵情况，主要机动车行车路线分为4类，如表1所示。早晚高峰的稳定性是指早晚高峰的标准差；早晚交通高峰拥堵源是由下游平均车速和当前路段之间的速度差造成的。该值越高，当前路段越有可能成为拥堵源。可以注意到，第1类，公路在早晚高峰没有拥堵，早晚高峰速度最高。此类道路数量最多，占所有路段的56%4。第2类，早高峰不拥堵，晚高峰拥堵，早晚高峰拥堵不稳定；第3类，早高峰道路拥堵，晚高峰不拥堵。早晚高峰拥堵出现时间固定。第4类，早晚高峰均为拥挤区域，拥堵的开始时间相对稳定，这可能是拥堵的来源，因此需要最大的力度进行车辆分流。表 1 快速路路段类型分布路段编号1234合计路段数量122273730216早高峰平均速度/（km/h）6252283050晚高峰平均速度/（km/h）6331533153早高峰开始时间7:327:537:417:567:40晚高峰开始时间17:4317:2517:2417:2317:35分流力度交通堵塞的持续时间取决于速度低于40 km/h最长的时间间隔。拥堵时间的分布如图2所示，拥堵时间总体呈现正态分布的形式。拥堵时间主要为40100 min，小于40 min和大于100 min的路段较少，平均拥堵时间为81min。拥堵时间超过120 min的路段较少，路段最长拥堵时间达到200min。拥堵开始于上午7:04，结束于上午10:12。图 2 不同路段拥堵时间分布1.3 拥堵路段与拥堵源路段时空相关性分析为了分析时空相关性，在三个区域中随机选择拥堵源段和上游拥堵路段的速度数据。可以注意到，拥堵源区域的车辆过载首先发生，然后逐渐向上游扩散。使用公式（4）中的方法计算每个路段与拥堵源路段速度之间的相关系数5。r(x,y)=Cov(x,y)Var x Var y（4）式（4）中：x和y为基本段速度序列的值；r(x,y)为x和y之间的相关性。如果r(x,y)接近1，则正相关较大；越接近-1，负相关越大。表2显示每个路段和具有拥堵源的路段速度相关系数的结果。选择两种类型三个线路来分析拥堵源上下游路段之间的相关性。其中两个线路为单点拥堵，即：拥堵源为1个；一个线路为双点拥堵，即：拥堵源为两个。每条线路从上游到下游依次为：1-2-3-4-5-6-7-8。由表2可以看出，拥堵源与上游路段的相关度非常高，且距离拥堵源越近相关度越高。拥堵源与下游路段相关度很低，且距离越远相关度越低。因此，如果改善交通拥堵源路段的交通条件，可以有效避免交通拥堵向上游路段扩散，也可以有效缓解拥堵路段的交通状况。表 2 拥堵路段与上下游路段相关性拥堵类型单点拥堵双点拥堵拥堵位置路段5路段6路段5和7相关性类型与路段5相关性与路段6相关性与路段5相关性与路段7相关性10.760.750.730.5720.830.780.870.7630.850.810.910.8040.940.840.990.9251.000.921.000.9260431.000.970.9670.200.360.921.0080.120.180.200.512 分流方案制定2.1 诱导分流方案说明通过调查可知75.6%出行者在出行选择上倾向选择快速路，24.4%的出行者选择次干路、支路等。这是因为快速路道路质量高且车道多，车道宽阔。针对可能出现的拥堵情况，大部分出行人员（64.6%）愿意提前出发，错过高峰期，35.4%的出行者会按原计划出行、延后出发或改变行车路线。与传统道路相比，出行人员更喜欢快速路。出行者宁愿错过高峰而不愿避开快速路。因此，车辆分流程序将重点放在快速路的错峰出行上。分流规划方案首先确定分流需求，然后根据其分布将其划分为三个分流模型。分别为：地面道路绕行、快速路绕行和错峰出行。在确定三种引导策略的分流6交通世界TRANSPOWORLD流程后，制定详细的分流方案。此时，出行者可以自由选择其中一种选项进行出行。按照指引进行分流出行的出行者将获得积分，以保持用户的理性习惯。根据车牌上的识别信息确定乘客是否按照推荐路线行驶，如果采取错峰出行，可通过确定车辆是否在非高峰时间通过快速路检查站；如果建议绕行快速路，确定高峰时段是否被其他未拥堵的快速路检查站发现；如果建议绕行地面道路，则检查高峰时段是否在地面检查站发现车辆。如果您按照推荐计划出行，您将获得一些奖励积分，所获得的积分可以兑换其他奖金（如洗车券、咖啡券、巴士券等）。2.2 错峰诱导分流方案制定2.2.1 方案指标说明需要解决的问题是，在拥堵情况下，应输入多少车流量以及何时输入车流。确定每个OD（交通出行量）在每个时段的交通量，并优先考虑事情紧急的出行者。基于上述方案思路，本研究中确定的指标包括拥堵开始时间、拥堵持续时间、平均拥堵速度、错峰需求量、错峰时间段以及每个峰值拥堵路段位置的提供。Greenshield模型使用该数据进行校准，如公式（5）所示：V=Vf()1-KKi（5）式（5）中：K为密度；Ki为拥堵密度；V为速度；Vf为自由流速。错峰供给量是指在过渡高峰期允许的交通量。还根据 Greenshield模型估计了每个错峰区间的峰值供给量，错峰时段的过渡路段为非拥堵路段，认为该状态下道路车流量为实际道路承载流量。因此，每段道路上的错峰流量是快速路15 min的实际交通量减去设计交通量，或无拥堵情况下交通量。在城市道路设计规范（CJJ 372012）中，设计速度80 km/h的设计通行能力为1 750 pcu/h/ln，三车道通行能力为1 312 pcu/15 min6。根据Greenshield模型中的实际Gaud速度计算实际车流量，据此可以得到错峰过渡流量。2.2.2 模型构建及求解首先需要确定模型的变量。假设公路网主线具有m区段，即 r1、r2、rm；共有匝道路段 p 段：s1、s2、sP；包括n对OD，即OD1、OD2、ODn。主线路可错峰间隔为 q 个，分别为：t0,t1)，t1,t2)，tq-1，tq)。每个线路的过渡车流量和车辆供给需求可按表3所示进行计算。ci表示路段ri的峰值需求量，bi,j表示ri段tj-1,tj)的错峰供给车流量。表4显示了每个OD对在每个周期内的最大车流量的分流方案。ai,j表示tj-1,tj周期期间ODi工况下的最大车辆出行量。车辆分流方案的目的是求解表中不同OD情况下每个变量的值。表 4 车辆出行量对应的分流方案OD段OD1OD2.ODn错峰出行量变量t0,t1)a1,1a2,1.an,1t1,t2)a1,2a2,2.an,2.tq-1,tq)b1,qb2,q.bn,q一旦确定了每个路段的供应和需求，就可以计算出行次数中每个OD情况下的分流方案。分配原则是鼓励尽可能多的出行者错峰出行，以满足分流的供应和需求。同时，考虑到出行者想要跳过出行高峰的需求以及出行最佳时间要求，错峰时间上距离高峰时间越远，推荐程度越高。3 结束语本文分析了快速路高峰期交通状态特征，并结合分流方案的总体思路阐述了车辆分流中各种指标和具体计算方法，包括拥堵源、拥堵路段、拥堵路段的速度、分流需求量、错峰时段供给量等，基于不同指标的局限性，建立了不规则公路高峰诱导的分流模型，该模型求解方法可为相关交通治理方案的确定提供参考。参考文献：1 赵坡.城市快速路高峰期车辆出行特征及诱导分流研究D.苏州：苏州大学，2021.2 李凌雁，赵欣，翁钢民.旅游高峰期交通流量的多时间尺度预测方法及应用J.计算机应用研究，2020，37（3）：721-725.3 赵欣，翁钢民.旅游高峰期双目标交通拥堵疏散路径优选方法J.燕山大学学报，2018，42（3）：278-282.4 霍玉净，赵会珍，王小香.唐山市高峰期交通仿真与优化研究J.黑龙江科技信息，2016（30）：153-155.5 胡文力，樊文壮.城市轨道交通车站高峰期通行能力评估研究J.科技展望，2016，26（12）：305.6 肖雄辉，戈鹏，朱虹明，等.旅游高峰期景区游客引力分流调度模型研究以九寨沟风景区为例J.旅游科学，2013，27（6）：39-51.表 3 错峰需求量与供给量指标变量说明路段r1r2.rm错峰需求量c1c2.cm错峰时段供给量t0,t1)b1,1b2,1.bm,1t1,t2)b1,2b2,2.bm,2.tq-1,tq)b1,qb2,q.bm,q7