北京市快速路小客车空驶率与流量关系研究

北京市快速路小客车空驶率与流量关系研究

0小客车空行驶率与流量关系建模随着城市化进程的加快，人们生活水平不断提高，私家车逐渐成为人们日常旅行的交通工具。然而城市中小客车空驶现象十分普遍,车辆使用效率低,交通出行量增加,交通拥堵加剧。因此,对城市小客车空驶现状进行调查与分析,采取针对性策略,降低小客车空驶率,提高道路通行能力现实意义突出,作用深远。国外对空驶现状研究集中在合乘车道方面。早在上世纪60年代,美国一些地区车辆空驶现象引起了管理者的重视,研究人员针对过高的车辆空驶率提出鼓励合乘出行的对策。美国加利福尼亚欧文大学曾在HOV专用车道基础上提出“HOT车道”。HOV专用车道既能提高客运能力,又缩短人均出行时间,提高车辆使用效率,有效缓解了交通拥挤。国内对车辆空驶尚无系统研究,有关小客车空驶率的文献几乎空白,仅有极少文献研究出租车和公路货运空驶。康留旺的《基于FCD的城市出租车空驶率及拥有量的计算》是通过对采集的FCD数据样本进行处理分析,研究出租车拥有量与空驶率比例关系及比例系数影响因素,为出租车管理乃至城市交通管理提供了理论参考。王祖和、吴守荣、王明远的《降低公路空驶率提高运效的有效途径》对公路货运空驶原因进行了分析,提出了降低空驶率,提高运输效率的对策。本文通过对北京市东西三环快速路小客车空驶现状进行调查,建立基于调查数据分析的小客车空驶率与流量之间关系模型,运用东三环快速路调查数据对模型进行验证。论文成果填补了国内在小客车空驶领域研究的空白,为提高大城市小客车出行效率,鼓励合乘,提倡公交优先,确保交通畅通提供了重要参考。1其他设置乘子车辆空驶小客车是指在道路上运行的小客车内只有驾驶人而无其他乘员的车辆。空驶率是指在特定时间段内通过道路某断面空驶小客车数量占全部车辆的比率。调查对象为小客车,是指7座以下的小客车(含出租车)。1.1调查时天气雪朗,调查时间:2014年5月27日、2014年6月5日,早7:30~11:00及15:00~18:30。调查时天气晴朗,交通运行正常。调查地点:(1)西三环快速路六里桥往南300m人行过街天桥所处断面;(2)东三环快速路浮家桥所处断面。调查断面均为四幅路,主路双向6车道,调查方向均为由南向北。1.2调查地点的确定调查参数包括所选取路段几何参数与交通参数。几何参数:调查地点位置、调查地点横断面和车道数等。交通参数:依据小客车空驶分类要求的流量(即:没有乘员的车辆,有一名乘员的车辆,2名及2名以上乘员的车辆)、其他车型(包括中型车、大客车、大货车及摩托车等)流量等。1.3检查方法采用人工法。主路单方向需调查人员3~4人,每人负责一个车道,1人负责统计时段。1.4审查要求调查人员仔细辨认经过观测断面的小客车空驶状况,按5min时间间隔连续统计,同时记录通过观测断面的其他车型流量。2数据分析和模型的构建2.1东三环浮家桥调查断面空驶率随时间的变化规律,可分为以下3个基本内分车数量、单次运行时间以及从车辆组成的内分时长数据调查分别在北京市西三环六里桥南侧与东三环浮家桥两个观测断面进行。西三环六里桥南侧调查地点小客车空驶率及对应流量调查数据如表1。表中流量为单向所有车道每5min流量,单位为veh/5min,空驶率为对应观测断面5min的空驶率。(1)东、西三环快速路观测断面数据分析调查时间内通过西三环六里桥南侧调查断面小客车流量占总流量的76.5%。其中无乘员小客车占51.7%,仅有1名乘员小客车占20.8%,有2名乘员(含2名)以上的小客车仅占4%。其他车辆占总流量的7.2%(其他车辆包括中型客车(2.6%)、大型客车(3.7%)、货车(0.6%)、摩托车(0.3%)),如表2。调查时间内通过东三环浮家桥调查断面小客车流量占总流量的74.3%。其中无乘员小客车占53.9%,仅有1名乘员小客车占18%,有2名乘员(含2名)以上的小客车仅占2.4%。其他车辆占总流量的6.2%(其他车辆包括中型客车(4%)、大型客车(2%)、货车(0.06%)、摩托车(0.14%)),如表3。(2)东、西三环快速路调查断面空驶流量与空驶率分析调查发现,西三环六里桥南侧调查断面(观测时段5min)小客车空驶现象严重,空驶率主要集中在40%至65%之间,如图1。图2为西三环六里桥南侧观测断面空驶流量、流量及空驶率随时间变化分布图。从图2看出,西三环六里桥南侧调查断面流量集中在250~350veh/5min之间。早高峰期间小客车空驶率在60%~65%之间,个别时间段空驶率高于65%(如上午7:55~8:05时间段空驶率为67.9%)。相比早高峰,晚高峰期间小客车空驶率有所降低,主要分布在55%~60%之间。平峰期间空驶率明显低于早晚高峰期间空驶率,主要分布在40%至50%之间。图3为东三环浮家桥观测断面空驶流量、流量及空驶率随时间变化分布图。从如图3看出,东三环浮家桥调查断面流量在250~350veh/5min之间。早高峰期间空驶率在55%~60%之间,个别时间段空驶率高于65%。相比早高峰期间,晚高峰期间空驶率有所降低,在50%~55%之间。平峰期间空驶率整体低于早晚高峰期间空驶率,主要集中在45%~55%之间。上述对比分析表明:调查时段内东西三环小客车平均空驶率均在50%以上,东三环略高于西三环;早高峰期间小客车空驶率在60%左右,西三环高于东三环,早高峰高于晚高峰;小客车内有2名乘员的不足5%(不含出租车)。可见,小客车空驶现象较为严重,造成资源浪费,应引起高度重视。2.2模型的构建2.2.1小客车空行驶模型选取每5min时间段内的流量为自变量,每5min时间段内小客车空驶率为因变量,以西三环六里桥南侧观测断面数据作为样本,建立方程如下:式中:rk(q)为选定的一组关于q的线性无关函数(k=1,2,…,m,m<n);f(q)为预测小客车空驶率;q为调查时段5min内的流量;ak为待定系数(k=1,2…m,m<n);为使得到的模型更准确,则wi与f(qi)的距离δi的平方和最小,i=1,2,…,n。式中:wi为实际小客车空驶率;(qi,wi)为每5min内的流量与空驶率;确定关于a1,…am的线性方程组:即进而确定ak值。2.2.2空行驶率与流量关系方程依据表1数据建立小客车流量与空驶率关系模型并对空驶率与流量关系模型参数进行估计。方程式为:通过对不同流量分析及方程(2)、(3)、(4),确定ak(k=1,2,3)及空驶率与流量关系方程:其中:a3为常数;且令ε=|f(qi)-wi|,ε为绝对误差。由于调查地点每5min内流量是离散型变量,取值范围为0~400辆。根据方程(2)、(3)、(5)、(8)及表1数据可知,不同范围的流量值对应a3值不同。如表4。2.3小客车空行驶行为预测模型为验证模型(7)的准确性,采用东三环浮家桥观测断面调查数据对模型进行验证。模型预测空驶率与实际空驶率之间绝对误差主要在5%以内,个别观测时间段误差高于5%,但数量极少,对模型准确性及结论分析几乎没有影响。由于个别车辆车速过快或车窗颜色较深观察不准确或被其他车道的车辆遮挡,存在微小误差,但不影响模型预测及结论。从调查时段总体分布看,实际观测小客车空驶率值与模型预测空驶率值误差平均在5%以内,误差范围较小,模型可用于北京市三环快速路小客车空驶状况研究。通过对东、西三环快速路观测断面小客车空驶现状调查,研究了小客车空驶特性,建立了小客车空驶率预测模型,结果表明:(1)早晚高峰期间,小客车流量占总流量比例较高,主要集中在75%~80%之间,个别时间段小客车流量占总流量80%以上。三环路经常发生交通拥堵,与三环路小客车高出行率密切相关。(2)平峰时段,小客车流量占总流量比例集中在67%~75%之间,与高峰时段相比只减少了不足10%,说明不论高峰时段还是平峰时段,小客车出行比例均在70%以上,是形成交通流的主要车型。(3)小客车空驶流量主要集中在100~200veh/5min,上午小客车空驶流量值主要在150~200veh/5min之间波动,下午小客车空驶流量值略低于上午,主要在100~150veh/5min之间波动。(4)5min流量基本在250~350辆之间变化。早晚高峰期间小客车空驶率变化范围为55%~65%;平峰时段小客车空驶率整体低于早晚高峰时段小客车空驶率,变化范围为40%~55%。观测期间内,观测断面处小客车空驶率均在50%以上。较高的空驶严重影响着道路交通畅通。3优化设置,增加出行总量三环快速路小客车出行比例高、空驶率高、使用效率低是造成三环快速路交通拥堵的重要原因之一。因此,应加强对北京市快速路小客车空驶现状调查与研究,采取科学应对策略,降低小客车空驶率,减少交通拥堵,提高道路通行能力。(1)大力发展公共交通轨道交通不受道路条件影响,能够保证出行时间的稳定性和准确性,运行效率高。轨道交通、快速公交和常规公交的优化设置与换乘,能吸引交通参与者更多地选用公共交通出行,进而减少小客车出行比例和空驶,有效缓解交通拥堵。(2)设置合乘车道鼓励合乘设置合乘车道是在时间和空间上保证合乘车辆优先通行的重要举措,在运行速度、行程时间和运行可靠性等方面具有独特优势,从而吸引更多出行者合乘并使用合乘车道。国外实践证明合乘及合乘车道可大大提高小客车使用效率。北京城区的交通问题异常突出,需要结合道路交通状况认真研究在三环及其他快速路上设置合乘车道的可行性和必要性,对于控制空驶小客车数量,提高载客人数,降低空驶率,有效缓解由于低效率小客车出行带来的道路流量增加而引起的交通拥堵问题,是一个值得认真商榷的解决方案。(3)提高小客车用车成本小客车空驶的一个重要原因是用车成本低,不足以使出行者放弃小客车出行,转而采取低成本的公共交通或自行车交通出行,因此在道路拥挤收费、停车收费、燃油费等方面加强针对性研究,制定符合北京市交通可持续发展的经济杠杆政策,对提高小客车使用效率,确保道路交通畅通非常必要。4小客车空行驶率模型通过对北京市三环快速路小客车空驶现状数据调查与分析,得到结论如下:(1)北京市三环快速路小客车空驶现象严重,大量空驶流量占用有限的道路空间,加剧了交通拥堵,恶化了交通环境。(2)基于调查数据建立了符合三环快速路小客车空驶率与流量关系