[科普中國]-交通擁擠

背景

隨著人民生活水平的不斷提高，科技的不斷發(fā)展，機(jī)動(dòng)車在數(shù)量和質(zhì)量外觀上不斷突破創(chuàng)新的同時(shí)，交通擁堵的負(fù)面影響也凸顯的尤為明顯。

之所以人們開始關(guān)注并有效緩解交通擁堵問題是因?yàn)榻煌〒矶虏坏珜?duì)人們的日常生活與工作帶來許多不便，而且對(duì)城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了嚴(yán)重的制約作用。2

交通擁堵的危害車輛在行車道上受阻的現(xiàn)象我們稱之為交通擁堵現(xiàn)象。交通擁堵問題引起了諸多方面的困擾。首先，由于交通的不暢通，車輛在道路上行駛緩慢，最直接的影響是增加了居民的出行時(shí)間和成本。出行成本的增加，不僅浪費(fèi)了時(shí)間，最主要是降低了辦事效率。

其次，人們的身心健康也受到了傷害。人們?cè)诙萝嚂r(shí)，情緒波動(dòng)就會(huì)非常大，心情一般都是比較焦急，急躁的。如果長期處于這種情緒下，人的身心健康就會(huì)受到影響。

再者說，心情不好，辦事效率必然低下，將直接影響到一天的工作狀態(tài)。另外，城市的環(huán)境也受到了嚴(yán)重的威脅。交通擁堵車輛只能慢速前進(jìn)，這樣一來，停車和啟動(dòng)的就變得尤為頻繁，不僅增加了尾氣的排放量，也造成了噪聲污染。2

城市道路交通擁堵特性城市道路是由錯(cuò)綜復(fù)雜的路段和交叉口組成的，不同時(shí)間、地點(diǎn)的交通流組成和流量有差異，交通擁堵產(chǎn)生的原因、發(fā)生地點(diǎn)、影響范圍也不一樣，表現(xiàn)出明顯的時(shí)間和空間分布特性。

擁堵交通流特性交通擁堵是道路在一定時(shí)間內(nèi)供需不平衡的直接體現(xiàn)，當(dāng)發(fā)生交通擁堵時(shí)，道路上游和下游的交通流發(fā)生明顯的變化。在上游路段，通行能力下降，車流密度不斷上升，道路的占有率不斷增加，行車速度下降，通過道路斷面的交通流量不斷減少，車輛延誤增大，從而使到達(dá)目的地的行程時(shí)間增加。

城市道路交通擁堵分類根據(jù)交通擁堵發(fā)生的原因，可分為常發(fā)性擁堵和偶發(fā)性擁堵（正常擁堵和非正常擁堵）。常發(fā)性擁堵是指在一定的時(shí)間內(nèi)，交通需求超過道路的通行能力而發(fā)生交通擁堵的現(xiàn)象。這種擁堵發(fā)生的主要原因是交通流量的增大，超過了道路的正常容量，發(fā)生地點(diǎn)通常在道路的瓶頸處，發(fā)生時(shí)間一般為上下班的高峰時(shí)間段內(nèi)。這種擁堵具有一定的規(guī)律性，通常在固定的路段、交叉口和固定的時(shí)間內(nèi)反復(fù)出現(xiàn)，屬于周期性的擁堵，擁堵的持續(xù)時(shí)間在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，發(fā)生具有一定的預(yù)見性。偶發(fā)性擁堵多為交通事件的突然發(fā)生，導(dǎo)致道路的通行能力急劇下降，從而引起交通擁堵的現(xiàn)象。引發(fā)這種交通擁堵的交通事件主要有突發(fā)的交通事故、車輛拋錨、道路施工維護(hù)以及大型商業(yè)活動(dòng)等。突發(fā)交通事件的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)具有較大的隨機(jī)性，沒有規(guī)律，通常無法預(yù)測，屬于非周期性的擁堵。由于誘發(fā)交通事件的原因不同，擁堵的持續(xù)時(shí)間具有不確定性。根據(jù)交通擁堵發(fā)生的類型，可分為原發(fā)性擁堵和繼發(fā)性擁堵。原發(fā)性擁堵是指由于道路瓶頸或交通事件的發(fā)生而產(chǎn)生的擁堵現(xiàn)象，由直接原因所導(dǎo)致。繼發(fā)性擁堵通常是由于原發(fā)性擁堵的產(chǎn)生，使得交通流在局部范圍內(nèi)不能及時(shí)疏散，滯留的交通流向其他支路進(jìn)行回流和蔓延，從而使其他相關(guān)路段交通需求突然增加，產(chǎn)生交通擁堵的現(xiàn)象。繼發(fā)性擁堵通常由偶發(fā)性擁堵所引發(fā)，若不及時(shí)控制和疏導(dǎo)，將造成交通大面積的癱瘓。為避免城市交通狀態(tài)的惡化，要盡量避免繼發(fā)性交通擁堵的發(fā)生。因此，對(duì)于交通控制和管理部門來講，及時(shí)發(fā)現(xiàn)原發(fā)性擁堵發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)，并對(duì)擁堵的性質(zhì)和擁堵程度進(jìn)行準(zhǔn)確分析和判斷非常重要，是交通疏導(dǎo)和控制的重點(diǎn)。根據(jù)交通擁堵的程度，可分為擁擠、非常擁擠、嚴(yán)重?fù)頂D及死鎖。發(fā)生死鎖時(shí)，車輛幾乎不能運(yùn)行，交通處于癱瘓狀態(tài)。

根據(jù)交通擁堵的影響范圍，可分為局部擁堵和網(wǎng)絡(luò)（區(qū)域性）擁堵。局部擁堵是指在某條道路的瓶頸處或交叉口由于交通需求大于通行能力而出現(xiàn)的擁堵現(xiàn)象，通過道路的自行調(diào)節(jié)能力或通過交通管理人員的臨時(shí)疏導(dǎo)，可恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)或區(qū)域性擁堵通常是指區(qū)域內(nèi)有多條道路和交叉口出現(xiàn)擁堵現(xiàn)象，致使區(qū)域聚集的車輛過多，整個(gè)道路網(wǎng)絡(luò)無法暢行。在這種情況下，需要對(duì)部分路段的交通流進(jìn)行有效的管制，對(duì)交通流進(jìn)行合理的疏導(dǎo)，否則整個(gè)區(qū)域內(nèi)道路交通處于一個(gè)閉環(huán)鎖死的狀態(tài)。1

交通擁堵的成因其實(shí)，從交通擁堵問題的分析來看，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，交通擁堵一般情況下不是發(fā)生在全天的每時(shí)每刻，也不是發(fā)生在大城市的每個(gè)路段，每條道路。而是發(fā)生在市民比較容易聚集的時(shí)刻與路段，比如說，早中晚的上下班也正是學(xué)生早中晚的上下學(xué)時(shí)間，人流突然聚集與加大，必然增加了車輛的擁堵。其次，城市的中心要道和道路交匯處要比其他路段更容易發(fā)生交通擁堵。但是，交通擁堵問題也不能簡單的歸因于人流的突然聚集與道路所處的位置，導(dǎo)致交通擁堵的現(xiàn)象還有以下幾方面原因:

道路的容積率小隨著機(jī)動(dòng)車的激增，大城市的道路依舊以舊容量來應(yīng)對(duì)，道路的發(fā)展速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上機(jī)動(dòng)車增加的速度。在加上高峰期人們都會(huì)聚集到市中心，人流量增大，這就導(dǎo)致國內(nèi)許多大城市例如北京、天津、上海、深圳等城市的中心道路出現(xiàn)嚴(yán)重的塞車現(xiàn)象。尤其在出行的集中路段的高峰期時(shí)刻，儼然可以形象的將這些集中路段比喻成“停車場”。

道路結(jié)構(gòu)道路結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，也對(duì)交通的通達(dá)與否產(chǎn)生了重要的影響。在我國，大城市的道路一般以放射性分布，以市中心呈發(fā)散狀態(tài)向四周延伸。這樣的結(jié)構(gòu)雖然方便了郊區(qū)到達(dá)市中心的便捷度，但在很大程度上也造成了市中心的擁堵。另外，縱橫交錯(cuò)的道路交匯路段就會(huì)增多，這樣，就會(huì)造成嚴(yán)重的回堵現(xiàn)象。

出行總量的時(shí)間分布在我國，由于人們出行量在時(shí)間分配的不均勻，可以分為高峰期和非高峰期。而發(fā)生時(shí)間短，人流密集是我國高峰期的顯著特點(diǎn)。換言之，在高峰期時(shí)刻，人流量的激增與道路結(jié)構(gòu)的矛盾就顯得尤為突出。增大了交通系統(tǒng)的壓力。

城市建筑規(guī)劃道路的結(jié)構(gòu)走向在很大程度上是受城市建筑規(guī)劃影響的，一般大城市的市中心多聚集商業(yè)，一些第三產(chǎn)業(yè)成為市中心的主流。這樣一來，非市中心地帶的人流就會(huì)向中心聚集，這樣的中心布局必然增大了市中心的道路需要，使中心道路成超負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)。另一方面，城市交通規(guī)劃的布局沒有充分考慮到城市用地的布局，兩者不相適應(yīng)，可能對(duì)路網(wǎng)布局規(guī)劃時(shí)，忽略了城市用地布局的影響，這樣也就造成了某些路段超負(fù)荷運(yùn)行的壓力。

交通管理一方面，由于我國交通法律法規(guī)方面的不健全，在加之交通管理部門對(duì)安全教育的宣傳力度比較低，人們對(duì)安全意識(shí)方面的認(rèn)知比較少，所以就會(huì)出現(xiàn)好多違反交通法規(guī)的行為。

在原本就比較擁堵的道路上隨意變更車道，加塞，超車等不文明現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這樣一來，不但加劇了擁堵的時(shí)間，還造成了極大的安全隱患。另一方面，我國的交通管理系統(tǒng)的智能化水平還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，交通指揮中心不能對(duì)實(shí)時(shí)路況進(jìn)行全面的分析與疏通，不能及時(shí)處理情況。2

交通擁堵的解決方案對(duì)于交通擁堵的問題，可以看出，造成交通擁堵問題的因素不單單是一方面的原因，而是各方面因素共同作用的結(jié)果，所以，我們就要從多方面，多角度去分析解決這個(gè)問題。

單雙號(hào)限行隨著人民生活水平的提高，私家車的數(shù)量與日俱增已成為現(xiàn)實(shí)，為了緩解交通壓力，減少出行車輛，可以執(zhí)行單雙號(hào)限行政策。這樣既公平，又可以減少出行車輛，達(dá)到緩解交通擁堵的目的。

加大綠色出行的宣傳效果綠色出行就是盡量乘坐公交車，自行車甚至步行的一些比較環(huán)保的出行方式。這樣既減少了汽車尾氣對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)也可以達(dá)到鍛煉的目的。

國家可以在一些公益廣告時(shí)間加大對(duì)綠色出行的宣傳，也可以舉辦一些公益活動(dòng)，讓市民感到綠色出行的重要性。另外，市民也可以選擇“拼車”，這樣也大大減少了私家車的使用。

道路建設(shè)減少分叉道路的使用，此中方法包括高架道路，鐵路地下化，地下行車道等。發(fā)現(xiàn)公共交通系統(tǒng)，都能有效緩解塞車。

完善交通運(yùn)輸系統(tǒng)和智能公共管理系統(tǒng)提高我國交通管理方面的智能化，可以大大降低交通擁堵帶來的不便。2

交通擁堵狀態(tài)判別研究現(xiàn)狀交通運(yùn)行狀態(tài)是指城市中某條道路或某一區(qū)域交通運(yùn)行狀況的整體表現(xiàn)，駕駛員和乘客通過實(shí)際感受，常用“擁擠”、“非常擁擠”等定性語言來描述，與交通參與者所處的城市規(guī)模、道路等級(jí)、交通方式以及出行的目的有關(guān)。相同的交通量，不同的運(yùn)行環(huán)境和人群有不同的感受，因此在交通擁擠的定量度量和判別上，不同的國家有不同的判別標(biāo)準(zhǔn)。

早期的交通流狀態(tài)主要靠人工調(diào)查進(jìn)行，隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展以及檢測技術(shù)的不斷提高，使得交通參數(shù)自動(dòng)采集成為可能。從20 世紀(jì)60 年代開始，國外學(xué)者對(duì)交通擁擠狀態(tài)自動(dòng)識(shí)別 (Automatic Traffic Congestion Identificati,ACI)進(jìn)行研究，提出了許多自動(dòng)判別的方法，主要包括參數(shù)閾值法、數(shù)值分析法以及模式識(shí)別方法等。

參數(shù)閾值法該方法是在對(duì)交通特性進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用采集的流量、速度、占有率等參數(shù)的一個(gè)或多個(gè)作為判別指標(biāo)，當(dāng)該參數(shù)超過設(shè)定的閾值時(shí)，認(rèn)為發(fā)生了交通擁擠事件。最具代表性的主要有California算法（加州算法）、Mc Master算法、以及莫尼卡(Monica)算法等。其中加州算法于1965年在美國洛杉磯公路管理控制中心開始使用，該算法通過固定檢測器獲取路段上下游雙截面占有率數(shù)據(jù)，將平均占有率的差值與對(duì)應(yīng)地點(diǎn)的閾值進(jìn)行比較，對(duì)道路的擁堵事件進(jìn)行判別。

數(shù)值分析法該方法通常通過對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析得到預(yù)測值，利用該數(shù)值與實(shí)際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行比較后進(jìn)行判別，主要有標(biāo)準(zhǔn)偏差法（SDN）、雙指數(shù)平滑（DES）算法、時(shí)間序列法等。德克薩斯州交通協(xié)會(huì)在1970-1975年期間開發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)偏差法，該方法將t時(shí)刻之前采集的n個(gè)交通參數(shù)的算術(shù)平均值作為當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)測值，然后將實(shí)際采集數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)偏差處理，當(dāng)正態(tài)偏差超過事先設(shè)定的閾值時(shí)，則判定發(fā)生了偶發(fā)性交通擁擠。

模式匹配的方法Willsky(1980)等提出了一種從宏觀檢測的動(dòng)態(tài)模型算法，該方法認(rèn)為交通流參數(shù)間的分布關(guān)系服從某種既定的模式，通過采集歷史數(shù)據(jù)，建立流量—密度及速度—密度關(guān)系的分布模型，并設(shè)定幾種可預(yù)測的模式，然后將采集的實(shí)時(shí)交通流數(shù)據(jù)利用一般似然法（GLR）和多重模型法（MM）進(jìn)行分析，檢查參數(shù)間的關(guān)系是否與給定的交通模式相匹配，進(jìn)而判斷交通的運(yùn)行狀態(tài)。

國內(nèi)專家學(xué)者對(duì)交通擁擠自動(dòng)判別也進(jìn)行了相關(guān)研究，但起步較晚。早期的研究主要借鑒和參考國外的經(jīng)驗(yàn)和方法，隨著交通擁堵現(xiàn)象在我國大中城市的出現(xiàn)并日益突出，許多學(xué)者開始研究適合我國交通流特點(diǎn)的交通擁擠狀態(tài)識(shí)別方法。

隨著城市交通擁擠范圍的擴(kuò)大和擁擠程度的加劇，研究單條道路或獨(dú)立交叉口的交通狀況已不能完全反映區(qū)域道路控制與管理的要求，面向網(wǎng)絡(luò)層次的交通狀態(tài)判別和分析已逐漸引起國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。

國內(nèi)外學(xué)者對(duì)交通狀態(tài)的自動(dòng)識(shí)別進(jìn)行了相關(guān)研究，并取得了一些有益成果，有些在實(shí)際應(yīng)用中取得了較好的效果。總的來看，早期的對(duì)交通狀態(tài)的自動(dòng)判別主要集中在偶發(fā)性交通擁擠上，研究對(duì)象主要是交通流連續(xù)的高速公路和城市快速路，將交通擁擠作為異常事件來處理，而對(duì)城市道路的常發(fā)性擁擠的自動(dòng)識(shí)別方法相對(duì)較少。城市主干道與高速公路的交通流特性存在較大的不同，影響城市道路交通運(yùn)行的因素較多，除道路施工、交通事故等引起的偶發(fā)性擁擠外，常發(fā)性擁擠更加突出。由于城市道路網(wǎng)的構(gòu)成復(fù)雜，以及我國特有的機(jī)非混合的交通流的復(fù)雜性，給城市道路交通狀態(tài)的判別增加了難度。1

交通擁堵控制策略與方法研究現(xiàn)狀從控制范圍來分，可將交通擁堵控制策略分為局部控制策略和系統(tǒng)控制策略。局部控制策略是以路網(wǎng)的一部分為研究對(duì)象（如單個(gè)路段或交叉口），通過對(duì)局部交通資源的優(yōu)化，進(jìn)一步提高研究區(qū)域的交通性能。

從控制時(shí)間的角度，可將交通擁堵控制分為三種類型，分別為靜態(tài)預(yù)防、實(shí)時(shí)控制和動(dòng)態(tài)預(yù)防控制。靜態(tài)預(yù)防控制策略能夠較好地降低交通擁堵的傳播速率，但該方法靈活性較差；動(dòng)態(tài)控制策略主要是采用人工干預(yù)的方法，對(duì)區(qū)域交通實(shí)施臨時(shí)性管制。常見方法有轉(zhuǎn)彎禁限措施和交通誘導(dǎo)方法等。例如，米德爾塞克斯大學(xué)采用車輛禁行的措施，研究了緊急事件單行道的擁堵消散控制問題。

國內(nèi)外學(xué)者在交通擁堵的機(jī)理和擁堵應(yīng)對(duì)策略的研究上取得了許多研究成果，早期解決交通擁堵的主要手段是加強(qiáng)交通設(shè)施建設(shè)，增加整個(gè)路網(wǎng)的交通容量，以滿足交通需求。進(jìn)入 80 年代以后，逐漸將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了如何提高現(xiàn)有道路的利用效率，使現(xiàn)有道路網(wǎng)得以充分利用。隨著城市交通擁堵日益加劇，以及智能交通（ITS）的出現(xiàn)，交通工程專家和學(xué)者們逐漸意識(shí)到交通供求不平衡的重要性，僅靠增加交通供給方面的對(duì)策很難從根本上解決城市交通擁堵問題，于是人們又把解決交通擁堵的措施轉(zhuǎn)向了ITS，以期通過對(duì)交通流的引導(dǎo)與智能化管理，有意識(shí)地改變交通流在路網(wǎng)中的時(shí)空分布，調(diào)整交通出行的均衡。目前，在國內(nèi)外許多大城市開始關(guān)注交通網(wǎng)絡(luò)的擁堵管理，如利用 GIS 技術(shù)開發(fā)城市交通擁堵管理系統(tǒng)，應(yīng)用 GPS 定位技術(shù)采集行程時(shí)間和速度數(shù)據(jù)，以行程時(shí)間作為度量路網(wǎng)性能的主要參數(shù)。但是，由于對(duì)城市道路交通擁堵的機(jī)理、時(shí)空演化特性缺乏科學(xué)的認(rèn)識(shí)和把握，導(dǎo)致對(duì)由常發(fā)性交通擁堵和突發(fā)交通事件（事故）引發(fā)的偶發(fā)性交通擁堵出現(xiàn)的地點(diǎn)、時(shí)刻、波及范圍、持續(xù)時(shí)間不能做出正確的預(yù)警，因此，現(xiàn)有的關(guān)于交通擁堵疏導(dǎo)控制策略也往往是停留在原則性的層面，缺乏系統(tǒng)性和可操作性的措施。造成交通擁堵的本質(zhì)原因是交通供需的失衡，由于沒有對(duì)造成交通供需失衡的原因進(jìn)行充分的分析，在制定交通擁堵疏導(dǎo)策略和控制方法時(shí)過分強(qiáng)調(diào)交通量的分流，盲目地實(shí)施擴(kuò)建道路、限制購買需求、限制出行需求以及道路限行等策略，而忽略從路網(wǎng)結(jié)構(gòu)出發(fā)制定交通流疏導(dǎo)策略和控制方法，有的甚至通過簡單的交通管制措施，將事故點(diǎn)的交通擁堵流分流到其他地點(diǎn)，導(dǎo)致交通擁堵在路網(wǎng)中游動(dòng)和擴(kuò)散。

在交通信號(hào)控制方面，部分學(xué)者對(duì)單交叉口自適應(yīng)控制和多交叉口信號(hào)協(xié)調(diào)控制進(jìn)行了深入的研究，雖然提高了局部范圍內(nèi)的交通運(yùn)輸效率，但在實(shí)施過程中沒有對(duì)區(qū)域內(nèi)交通擁堵時(shí)空特性、擁堵性質(zhì)和擁堵等級(jí)進(jìn)行分析，區(qū)域控制效果改善不大。此外，現(xiàn)有研究在交通擁堵疏導(dǎo)控制方法的具體實(shí)現(xiàn)方面也考慮不夠，對(duì)智能交通系統(tǒng)框架內(nèi)建立的交通信息采集、交通監(jiān)控、路徑誘導(dǎo)等應(yīng)用系統(tǒng)如何在解決城市交通擁堵方面的應(yīng)用研究不多，現(xiàn)有研究基本上是脫離開智能交通系統(tǒng)可能提供的支持，在假設(shè)和理想化的道路網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下開展，從而影響了理論研究成果在實(shí)際工程的應(yīng)用。因此，在智能交通的大環(huán)境下，有必要對(duì)緩解現(xiàn)代城市日益嚴(yán)重的交通擁堵的應(yīng)對(duì)策略及控制方法進(jìn)行進(jìn)一步的分析研究。1

結(jié)語面對(duì)交通擁堵這個(gè)問題，要從多方面進(jìn)行分析與解決。不但要理解好人口與道路之間的矛盾，還要從道路結(jié)構(gòu)與城市規(guī)劃，城市布局方面加以考慮。最后，我們不但要通過一些管理政策與科學(xué)技術(shù)進(jìn)行解決，還要提高人為對(duì)交通擁堵的影響。2