城市道路交通拥堵状态的动态综合评价及对策研究

城市道路交通拥堵状态的动态综合评价及对策研究（可行性研究报告）一、项目实行的背景和意义近年来，随着国民经济的快速增长，人流、物流、信息流以前所未有的密度涌向大中城市并向周边辐射，城市化进程明显加快，城市规模不断扩大，人口不断集中。记录资料显示：超过百万人口的大城市数量从1978年的13个增长到2023年的42个，目前城市化水平已经达成50%。此种状态在带动城市交通需求高速增长，机动车辆快速增长的同时，也促使城市道路负荷加重，交通拥堵现象日益加剧[1]。交通拥堵使交通延误增大，行车速度减少、时间损失、燃料费用增长、排污量增大、城市环境恶化、并诱发交通事故，直接影响人们的工作效率和身体健康[2]。当前，城市道路交通拥堵已经成为阻碍城市快速健康发展的焦点问题之一，其所导致的经济、安全和环境等方面的重大损失已引起社会各方的广泛关注。例如，北京市城市干道平均车速比十年前减少50%以上，市区183个重要交叉口中，严重阻塞的达成60%；上海市中心区高峰期的道路平均车速不到20km/h[3]。同时各大城市交通拥堵日趋严重，并且开始由城市中心区向郊区蔓延；中小城市也普遍出现了交通拥挤现象。以金华市为例，近年来在经济日渐活跃、城市日益繁荣的同时，也被城市交通拥堵问题所困绕。“十一五”以来，金华市区域经济一直保持高速增长，但城市用地状况的改变与常住人口的迅速增长，城市客货交通行为发生了很大变化，机动车拥有量近年来一直保持着两位数以上的高位增长，南来北往繁忙的交通使得原先通畅的出行环境日趋恶化，且由此产生的尾气和噪声污染不断加剧，严重影响了金华作为全国十大宜居城市的社会声誉。事实上，城市交通拥堵不仅是我国发展中碰到的问题，也是世界各国需要共同面对的难题。美国德州运送研究所对美国39个重要城市进行研究后，估计美国每年因交通堵塞而导致的经济损失约为410亿美元，12个最大城市每年的损失均超过10亿美元；日本估计东京每年因交通拥堵导致的交通参与者的时间损失相称于123000亿日元；欧洲每年因交通拥堵和环境污染导致的经济损失分别为5000亿欧元和50~500亿欧元[4]。为了缓解城市交通拥堵，各城市对交通基础设施投资不断加大，但交通拥堵问题并没有得到明显缓解，城市交通需求与交通供应之间的矛盾日趋锋利，道路交通拥堵现象越发严重。一般情况下，城市交通拥堵的现象都是一致的，表现为车辆在交叉口、路段或一定区域的超过正常时间的滞留，但是城市交通拥堵的因素却涉及到经济发展、交通技术、交通政策、交通方式、道路网络等不同方面的问题[5]。为了从交通拥堵发生的根源上找到缓解、控制城市交通拥堵，保持城市交通畅通的有效方法，国内外学者结合本国国情及区域特色，针对城市道路交通拥堵情况进行了广泛研究。欧美许多发达国家从二十世纪五十年代便开始对交通拥堵的特性、定义以及系统指标进行研究，并探索出许多适合不同出行特性的交通拥堵评价指标和数据收集方法，在用于判断交通拥堵的发生和严重限度中取得了较好的效果，但在城市道路交通拥堵发展趋势的动态评价方法方面尚显局限性。我国对城市交通拥堵的分析与管理起步较晚，目前基本处在探讨阶段，重要是从宏观意义上阐述交通拥堵的特性、成因以及缓解拥堵对城市发展的重要性，但实行中由于缺少理论技术的支持，管理效果并不十分明显。基于此，项目在回顾总结国内外已有研究成果基础上，通过资料调研、理论分析、现场测试以及数值计算等技术手段，拟系统地分析城市道路交通拥堵特性及影响因素，建立科学合理的评价指标体系，并根据城市道路交通拥堵实时动态变化的特性，提出综合有效的评价分析方法，探讨解决交通拥堵的对策，并理论联系实际，以金华主城区重要路段及交叉口为研究对象，实行应用与验证。项目研究成果以期为城市交通拥堵管理、交通系统方案优化提供决策依据，并对提高出行效率、缓解和控制城市交通拥堵、促进城市的可连续发展具有更加现实的意义。二、项目涉及的相关技术在国内外研究现状和发展趋势目前，国内外学者对城市交通拥堵方面的相关研究重要体现在以下几个方面：（1）交通拥堵的界定交通拥堵的具体定义各国尚无统一标准，目前国际上对交通拥堵的定义标准重要有以下几种形式：=1\*GB3①日本道路协会对城市高速公路交通拥挤的定义：以时速40km/h以下低驶或反复停车、启动的车列连续1km以上并连续15分钟以上的交通状态。=2\*GB3②美国芝加哥运送部对道路交通拥挤的定义：30%或5分钟车道占有率相应的交通状态。=3\*GB3③美国德克萨斯运送部交通拥挤的量化定义：当出行时间超过在小交通流量或者自由流的出行环境下，正常发生的出行时间，进而产生较大延误时的交通状态，当这个延误超过大众可以普遍接受的界线时，称为不可接受的交通拥挤[4]。（2）城市交通拥堵的特性分析关于城市交通拥堵特性的研究，国内外大多根据道路特点，采用布置检测设备或人工进行现场观测的方法，采集数据，并分析交通流动规律以及车辆特性，分析城市交通拥堵空间分布和时间特点、交通拥堵表现形式、变化规律以及影响限度，为城市交通拥堵的成因分析和对策研究提供资料和依据[6]。（3）城市交通拥堵的成因分析交通拥堵是大城市发展过程中普遍存在的问题，而引致城市交通拥堵的因素众多，它涉及城市规划、交通供应与需求、交通意识等社会、经济、管理等多个方面，目前开展有针对性的交通拥堵成因研究的报道较为多见。但是在城市交通拥堵成因之间互相关系方面的研究尚没开展，而各成因间的互相关系对城市交通拥堵问题的研究具有重要影响[7]。（4）解决城市交通拥堵的对策研究国内外关于治理城市交通拥堵的研究所提出的措施大体可以分三大类：增长供应、引导需求和加强管理。引导需求的重点是实行交通需求管理，克制交通产生；增长供应的重点是大力发展公共交通，实行优先发展公交，扩大服务能力等；加强管理的重点是树立全局观、疏导结合分流、应用智能交通系统等。针对具体的城市，开展基于仿真技术的综合治理城市交通拥堵问题的对策研究是重要的研究方向[8]。针对上述相关研究内容，国内外学者结合本国国情及实际城市的交通运营现状，针对城市交通拥堵问题进行了广泛而又进一步地探讨与分析。国外发达国家上世纪五十年代开始对拥堵指标进行研究。Meyer、Michael、Byrne等建立了一些重要城市区域的拥堵指标，但不能对发生在不同地点或时间的拥堵进行比较[910]。Lindley、Schrank、Marlon等根据道路路段以及城市区域的不同特点，基于充足的调查数据，对拥堵指数中的参数进行了设计[11,12,13]。Francois和Willis、Schwartz、Lomax等建议对拥堵进行量化，并提出了许多量化的性能指标[14,15]。之后，拥堵指标被划分为公路通行能力手册（HCM）指标、排队论指标和基于出行时间的指标。Cesar指出了出行时间为拥堵管理性能指标的优点，进一步探讨了出行时间和速度的数据收集方法[16]。Robert等对基于时间和基于距离的指标进行了比较，并讨论了各种指标对拥堵量化的影响限度，最后从出行者角度得出基于时间指标的拥堵分类方法[17]。DanielaBremmer等提出了时间可靠性的概念，即出行的变化性，并应用采集的数据对其进行分析；同时提出了拥堵评价的新的原则，即采用实时评价方法而不是采用电脑模型[18]。AntonyStathopoulosandMatthewG.Karlaftis论述了研究城市交通拥堵中拥堵连续时间的重要性，分析并建立了计算拥堵连续时间的模型，由对数函数得出一般拥堵连续15分钟左右后消失，而假如连续时间超过24分钟，则也许是由外部交通事件引起的拥堵[19]。目前在美国，随着城市道路和公路拥堵的急剧增长，依照综合地面运送效率方案和联邦条例，很多城市建立了拥堵管理系统[20]。我国对城市拥堵管理技术的研究起步较晚，到目前为止，对于拥堵管理的研究基本处在探讨阶段，仅从宏观层面上阐述交通拥堵的成因以及缓解拥堵对城市发展的重要性，但研究内容没有形成系统的理论体系，对城市交通拥堵的特性、评价指标及评价方法等方面研究进一步不够，研究领域重要集中在道路交通拥堵的一般特性、拥堵机理和拥堵限度的研究。邓卫等基于高速公路交通突变理论，提出了在确认交通拥堵出现的同时判别交通拥堵类型的算法[21]。谈晓洁等研究了拥堵的空间分布特点及其发展趋势，提出了一种空间分布判别方法[22]。佟炳勋从交通拥堵与道路服务水平的关系出发，对道路交通拥堵进行了界定[23]。裴玉龙等提出了应用动态分派模型进行拥堵机理分析的三种途径，进一步讨论了使用随机型瞬时动态用户最优分派模型对交通拥堵机理进行分析的方法[24]。达庆东等研究了流量与占有率之间的关系，提出了拟定拥堵小时的相似度量法[25]。孟路等使用模糊数学工具对城市道路网络的拥堵度进行模糊辨认，以此判断道路交通状况[26]。我国公安部《城市交通管理评价指标体系》（2023年）中规定，用城市主干道上机动车的平均行程速度来描述其交通拥挤限度：①畅通：城市主干道上机动车的平均行程速度不低于30公里/小时；②轻度拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于30公里/小时但高于20公里/小时；③拥挤：城市主干道上机动车的平均行程速度低于20公里/小时但高于10公里上述国内外研究成果填补了我国在这一领域的研究空白，对进行城市交通拥堵管理提供了基础条件，但某些方面尚有待进一步研究和探讨，如拥堵指标的选择、拥堵评价指标体系的建立、拥堵的量化评价等，这方面还缺少理论体系的建立和实用技术的开发。参考文献[1]黄良会,叶嘉安主编.保持城市交通畅通－香港城市交通管理[M].倪文彦,芮经纬译.北京:中国建筑工业出版社,1996.[2]陆化普.解析城市交通[M].北京:中国水利水电出版社,2023.[3]魏正明.上海推出交通指数评价运营质量[J].上海环境科学,2023（09）.[4]陆化普.城市现代化交通管理[M].北京:人民交通出版社,1999.[5]周干峙.当前我国大城市交通问题的因素、趋势和建议.中国建筑工业出版社,1997.[6]段里仁.城市交通概论.北京:人民交通出版社,1984[7]冯挚.城市交通管理学.北京:群众出版社,1997[8]徐慰慈.城市交通规划论.上海:同济大学出版社,1998.[9]Meyer,Michael.AlternativeMethodsforMeasuringCongestionLevels.TransportationResearchBoard,1993.[10]Byrne,G.EandSMMulhall.CongestionManagementDatarequirementsandComparisons.TransportationResearchRecord,1980.[11]Lindley,Jeffrey.UrbanFreewayCongestion:QuantificationoftheProblemandEffectivenessofPotentialSolutions．ITEJournal,1987.[12]SchrankD,STurnerandTLomax.EstimatesofUrbanRoadwayCongestioninMajorUrbanAreas,1982-1987.TexasTransportationInstitute,1990.[13]MarlonGBoarnet,EugeneJaeKim,EmilyParkany.MeasuringTrafficCongestion．TransportationResearchBoard,1998.[14]Francois,MI,Willis.Developingeffectivecongestionmanagementsystems．FederalHighway[15]Lomax,etal.Quantifyingcongestion.TransportationResearchBoard,1997.[16]CesarA.Quiroga.Performancemeasuresanddatarequirementsforcongestionmanagementsystems.TransportationResearchPartC,2023.[17]RobertR.J,TheodoreF.E.ContrastingtheUseofTime-Basedand-BasedMeasurestoQuantifyTrafficCongestionLevels:AnAnalysisofNewJerseyDistanceCounties.TransportationResearchBoardAnnualMeeting,2023.[18]DanielaBremmer,KeithCCotton,DanCotey,etal．MeasuringCongestion:LearningFromOperationalData.TransportationResearchBoardAnnualMeeting,2023.[19]AntonyStathopoulos,MatthewG.Karlaftis.ModelingtheDurationofUrbanTrafficCongestion.TransportationResearchBoardAnnualMeeting,2023.[20]CongestionManagementSystemfortheAlbuquerqueUrbanAreaFinalReport,1995,10[21]邓卫,李峻利.高速公路常发性与偶发性交通拥堵的判别[J].东南大学学报.1994.24(2):60-65.[22]谈晓洁,周晶,盛昭瀚.城市交通拥堵特性及疏导决策分析[J].管理工程学报,2023,17(1):56-59[23]佟炳勋.交通拥堵与道路服务水平[J].道路交通与安全,2023,4:10-14.[24]裴玉龙,郎益顺.基于动态交通分派的拥堵机理分析与对策研究[J].华中科技大学学报,2023,19(3):95-98.[25]达庆东,张国伍.交通拥堵定量分析方法[J].交通运送系统工程与信息,2023,2(4):45-48.[26]孟路,晏启鹏.城市道路交通网拥堵度的模糊辨认[J].四川建筑,2023,23(2):1-3.三、研究开发的重要内容和关键技术3.1重要研究内容1、城市道路交通拥堵特性及重要影响因素分析。结合城市道路交通特点，系统地分析城市交通拥堵的类型、相关属性、判别方法，并对城市道路交通拥堵影响因素进行综合分析，为拥堵评价指标的选取和评价指标体系的建立提供基础。2、城市道路交通拥堵评价指标及量化方法研究。从城市道路交通拥堵的基本要素出发，考虑到数据的收集和解决的可行性与实用性，基于公路通行能力手册（HCM）、排队论和出行时间等理论方法，结合传统的城市交通评价指标，修正或建立拥堵评价指标，提出量化方法与标准，并给出基本数据要素采集的实行方案。3、城市道路交通拥堵动态综合评价分析方法研究。考虑到城市道路交通拥堵状态的动态变化规律，其相应的评价分析方法也应具有实时性和动态性。项目在对传统的静态多指标评价方法的特点及合用性进行分析的基础上，充足考虑到运营状况评价的实时动态性和应用需求，提出一种全新的动态综合评价分析方法，以克服传统评价方法无法对交通拥堵的变化趋势进行量化评价的缺陷。4、城市道路机动车出行速度－时间与拥堵关系模型研究。为了实行交通拥堵动态变化趋势的评价分析，通过对交通流量和速度等数据的收集与分析，剖析路段及交叉口机动车出行速度－时间参与拥堵的关系，建立表征机动车出行速度与拥堵、出行时间与拥堵的数学分析模型，并针对交通拥堵限度、可靠性和连续时间等参数提出具体的量化求解方法，进而明确交通拥堵变化趋势。5、城市道路交通拥堵评价指标体系及方法应用。结合金华市城市道路路段及交叉口交通量调查数据，选取评价指标，应用动态综合评价分析方法对路段及交叉口拥堵状态及趋势进行评价分析，提供全市重要路段及交叉口交通拥堵状态及动态发展趋势的分析报告。6、城市道路交通拥堵对策分析。结合金华市城市交通现状，依据上述交通拥堵状态的评价分析结果，进一步剖析重要路段、交叉口存在的交通拥堵问题，并分析产生交通拥堵的因素，进而提出解决金华市交通拥堵的具体对策和建议。3.2关键技术问题1、城市道路交通拥堵评价指标及评价方法应具有区域特色。由于城市交通构成的复杂性，不能照搬已有的拥堵评价分析的研究成果。在研究过程中要充足考虑道路条件、车辆类型及非机动车等情况，分析国内外城市交通的差异，将理论分析与城市交通流特性紧密结合，进而提出实用的评价技术方法。2、城市道路交通拥堵评价指标很多，有许多难以量化，且彼此之间互相关联，如何选取指标以及将定性指标进行量化将是本项目研究中的核心难点。3、量化拥堵的评价分析过程中应考虑多种因素条件的制约，如既有道路条件因素，地理位置以及时间等因素，在量化分析时，要给予综合考虑，选取适当的量化分析方法。4、建立行驶速度、时间与交通拥堵的关系模型，需要大量的基础数据支撑，但由于数据收集的巨大费用和难度，如何有效地提出基本数据要素采集的实行方案是城市道路交通拥堵状态评价分析前提依据。3.3重要创新点1、综合考虑道路交通功能、城市居民出行感受以及社会经济适应性，针对交叉口、路段和区域交通特点，提出有效的城市交通拥堵评价指标评价体系及量化方法。2、在对已有的多种评价分析方法的适应性进行分析的基础上，充足考虑城市道路交通拥堵特性及时序特点，结合状态分类评价方法和动态综合评价方法的特点，建立“先状态分类后趋势分析”的城市交通拥堵综合评价分析方法。3、通过对超饱和状态下时间和速度与流量进行分析，基于高斯混合模型，构建行驶速度、时间与交通拥堵的数学模型，并量化模型参数的求解方法，进而客观地表达城市交通拥堵的动态特性。四、研究方案、技术路线、组织方式与项目组成员分工4.1研究方案及技术路线1、明确本项目需要达成的总体目的，制定研究工作框架，理顺研究思绪。2、广泛收集、查阅与整理国内外有关交通拥堵的文献资料，充足发掘项目的创新之处，进一步明确研究目的、研究内容和待解决的关键技术问题。3、查阅国内外有关交通系统性能指标的资料，学习公路通行能力手册（HCM）、排队论和出行时间等理论方法，并对计算过程中拟采用的基本数据进行采集。基础资料的收集为整个研究工作提供参考依据，使项目的研究结果具有科学性和合理性。4、本着全局、整体和系统的观点，综合运用交通工程学、交通规划、系统工程等多学科知识，根据拥堵管理最优原则建立评价指标体系，研究道路行驶速度和时间的计算方法以及量化拥堵的最优方法，力争提高研究成果的实用价值。5、理论联系实际，结合金华市城市交通的运营现状，运用上述理论的研究成果对实际路段及交叉口的拥堵状态及变化趋势进行评价分析，并进一步剖析重要路段、交叉口产生交通拥堵的因素，并提出解决金华市交通拥堵的具体对策和建议。具体的技术实行路线，如图1所示。4.2组织方式=1\*GB3①项目组织采用项目制管理制度，成立课题研究专项小组，根据制定的总体项目内容，拟定各环节技术负责人。=2\*GB3②编制《项目任务说明及实行计划书》，建立具体考核目的，定期举行项目专题会议，进行进程检查、沟通协调解决出现的问题、部署下一阶段的具体任务和执行计划。4.3项目组成员分工根据组织方式的规定，本项目分解为3个子课题，即评价分析组、模型构建组以及对策分析组。各子课题负责人在互相协调和合作的原则下，各负以下职责：（1）评价分析组：负责完毕基础资料的调研，制定研究工作框架，理顺研究思绪，论证城市交通拥堵的运营现状，指出城市交通拥堵的特性及影响因素，提出评价研究内容、评价指标体系及评价分析方法，并将研究成果进行实例应用。该子课题具体由项目组的负责人及第二申请人负责完毕。（2）模型构建组：剖析路段及交叉口机动车出行速度－时间参与拥堵的关系，建立表征机动车出行速度与拥堵、出行时间与拥堵的数学分析模型，为动态综合评价方法的实行提供理论基础。该子课题具体由项目组的第五申请人负责完毕，并由第六、第七申请人配合其开展工作。（3）对策分析组：结合金华市城市交通现状，剖析重要路段、交叉口存在的交通拥堵问题，分析产生拥堵的因素，并提出解决金华市交通拥堵的具体对策和建议。该子课题具体由项目组的第三、第四申请人负责完毕。图1实行技术路线五、现有工作基础和条件5.1工作基础项目重要负责人分别具有博士学位与正高级职称，长期致力于交通运送规划与管理方面的研究，并先后参与上海、浙江、辽宁、江西、黑龙江等地区的多项城市交通响应评价及相关项目的论证研究工作。在长期研究中，通过国内外资料搜集，较为充足地掌握了国内外在该领域的最新研究成果；已纯熟掌握该领域研究中所必须掌握的理论研究方法、数值分析方法及实验测试技术；通过理论实践分析和前期研究，已在城市道路交通拥堵评价分析方面取得了阶段性的研究成果。项目组重要负责人近年累计发表论文30余篇，EI收录13篇。这些研究基础和成果的积累无疑对本项目的顺利开展奠定了坚实的工作基础。5.2工作条件项目组成员所在单位实验室设备先进齐全，已配备五轮仪、速度分析仪、光感测速仪、信号自动采集仪、自动平衡记录仪及触发器等设备。近年来本单位交通运送规划与管理学科方向发展迅速，为地方人才培养及区域经济的快速发展提供了强有利的支撑，并在发展中与多家周边兄弟院校具有密切的学术和科研合作往来，实现了部分信息与测试设备的共享，并与不同省份的多家相关单位与研究所长期保持了良好的产学研合作关系。上述条件为本项目的顺利实行提供了充足保障。课题组成员涉及专家1人、副专家1人，讲师3人（所有具有博士学位），在读硕士研究生2人，年龄结构、知识结构、学历层次组成合理。课题组成员理论功底扎实，实践经验丰富，并能充足发挥团队合作创新能力，可以胜任项目的研究工作。因此，申请人及所在单位具有完毕本项目研究的工作条件。六、计划进度安排项目计划2年（2023-01-01～2023-12-312023-01-01～对国内外最新研究成果进行补充调研，细化研究方案，并进行交通数据流的收集与采集。2023-04-01～2023-06-30系统分析城市道路交通拥堵特性及重要影响因素。2023-07-01～2023-09-30甄选实行城市道路交通拥堵的评价指标体系，提出量化实行方案。2023-10-01～2023-02-28构建城市道路交通拥堵的综合评价分析方法，进行城市道路机动车出行速度－时间与拥堵关系模型研究。2023-03-01～2023-06-30结合金华市城市道路路段及交叉口交通的运营现状，进行动态综合评价分析方法的应用研究。2023-07-01～2023-09-30结合金华市城市交通现状，剖析重要路段、交叉口存在交通拥堵的因素，并提出解决的具体对策和建议。2023-10-01～2023-12-31研究成果的总结与整理、撰写研究工作总结报告。七、科研经费预算（一）金华市科技计划项目经费概算表（单位万元）序号概算科目名称合计科技部门拨款经费自筹经费（1）（2）（3）（4）1一、经费支出（合计）44021、设备费0.40.4062、材料费0.20.2073、测试化验加工费0.60.6084、燃料能源费0.40.4095、会议费0.40.40106、差旅费0.60.60117、国际合作与交流费0.20.20128、出版/文献/信息传播/知识产权事务费0.60.60139、人员劳务费0.40.401410、专家征询费0001511、管理费0.20.201612、其他开支0001二、经费来源（合计）421、申请科技部分财政经费432、自筹经费0科技经费拨付进度申请第1年第2年金额4比例（％）100%（二）经费预算说明书项目经费预算总计4万元，各科目支出情况如下所述：1、设备费（0.4万元）购买交通流图像监测仪2台。0.2万/台×2台＝0.4万元。2、材料费（0.2万元）支付购买记录本、图纸、专用记录笔、计算尺、秒表等费用0.2万元。3、测试化验加工费（0.6万元）支付路段及交叉口的交通数据调查测试费（行驶速度、行驶时间、交通流量、车头时距、车头间距、信号灯各相位时间等）。4、燃料能源费（0.4万元）电费0.2万元；动力费（含运送、燃油搬运）0.2万元。5、会议费（0.4万元）邀请专家、相关技术人员参与技术方案论证会、技术征询会、项目研讨会、项目专题会议、鉴定会等费用。0.1万/人次×4人次＝0.4万元。6、差旅费（0.6万元）用以支付参与资料调研及国内学术会议的差旅费。0.2万/人次×3人次＝0.6万元。7、国际合作与交流费（0.2万元）项目在研发过程中需要吸取国内外成功经验，拟聘请香港理工大学的有关专家进行征询指导，为项目提供技术指导。0.2万/人次×1人次＝0.2万元。8、出版/文献/信息传播/知识产权事务费（0.6万元）用以支付论文发表版面费、文献检索费、文献制作费等。9、人员劳务费（0.4万）支付参与课题研究学生的劳务费，按支付总额的10%计