基于道路负荷度的北京城市快速路交通状态评价

基于道路负荷度的北京城市快速路交通状态 基于道路负荷度的北京城市快速路交通状 态评价 廖涌泉,等:基于道路负荷度的北京城市快速路交通状态评价技术与方法 doi:l0.3969/j.issn.1005-152X.2012.02.027 基于道路负荷度的北京城市快速路交通状态评价 廖涌泉,孙晓亮,贾利民,董宏辉,张清华 (北京交通大学交通运输学院,北京100044) 【摘要】鉴于传统道路负荷度(wc)可能对应两种交通状态的情况,基于时间占有率重新定义 了道路负荷度的计算方法,并 根据大量的统计数据确定了北京市快速路道路负荷度的分级.该方法能够根据交通流 器数据对道路交通负荷程度进行 实时,动态评价,并通过北京市二环路数据的实验结果初步验证了该方法的有效性和实用性. 【关键词】北京;交通工程;交通状态评价;负荷度 【中图分类号]U491.2+6【文献标识码】A【文章编~-]10o5—152X(2012)02—0087—03 EvaluatingTrafficStatusofUrbanExpresswayinBeijingBasedonRoadVehicleCapacity uA0Y0ng—quan,SUNXiao-liang,JIALi-min,D0NGH0ng—hui,ZHANGQing-hua (SchoolofTraffic&Transportation,BeijingJiaotnngUniversity,Beijing100044,China) Abstract:Sinceroadvehiclecapacityistraditionallyaimedfortwopossibletrafficsituations,thepaperre inventsitscalculationmethodonthe basisoftimeoccupancyanddeterminestheclassificationstandardsforBeijingexpresswaysbasedonvehiclecapacityaccordingtoalargequantity ofstatisticaldata.Thismethodcouldevaluatereal-timeanddynamicallythedegreeofroadwaytrafficloa dusingthedatafromtrafficflowdetectors. FinallyanexperimentonthesecondringroadofBeijingiscarriedouttotestthefeasibilityandpracticality ofthemethod. Keywords:Beijing;trafficengineering;trafficstatusevaluation;loadingdegree 1引言 城市快速路是城市路网中大运量的快速交通干道,因其 大运量,快速的特点,在二十世纪八九十年代曾一度成为中国 各大城市解决交通拥挤问题的主要方法之一『1_.随着社会经济 的快速发展与城市化进程的加剧,城市交通拥挤正成为一个 普遍的社会现象,尤其是像北京等特大城市快速路的拥堵现 象,已成为影响城市功能正常发挥和可持续发展的一个全局 性问题. 交通拥堵实质上是一定时空内的交通需求超过路网容量 而引起的交通滞留现象伫].在路网结构不变时,路网容量也是 固定的,由于不同道路交通需求的时变性,造成路网中各道路 交通负荷存在一定的差异.从整体上把握路网交通运行状态, 通过判断各道路交通负荷的空间分布状况,交通管理者可以 制定相应的管理来疏导交通,使路网负荷趋于均衡,从而 减少交通拥堵. 目前,路段交通运行状态评价的研究主要以交通流量,占 有率,行程速度,行程时间和延误为衡量指标;对交叉口主 要以信号交叉口的控制延误,平均排队长度,关键进路VC比 值等指标来反映交通运行状态;对路网交通运行状态的评 价以路网可靠度指标为主,其中包括连通可靠性,行程时间可 靠性,容量可靠性和畅通可靠度.总之,交通状态评价的指 标虽然众多,但是都无法准确把握道路资源空间利用率. 传统的负荷度(V/C)ts~是指路段实际交通流量与路段通行 能力的比值,常用于道路或交叉口规划阶段的静态评估, 也可用于交通运行状态动态分析.但是,根据交通流理论,同 一 V/C值,可能对应两种不同的交通状态,负荷度评价无法真 实反映这一状况.因此,设计一套合理的,能够实时反映道路 交通运行负荷程度的负荷度指标及计算方法具有重要的理论 和现实意义.本文以近年来在这一领域的研究成果和应用实 践为基础,依据时间占有率重新定义了道路负荷度的计算方 法,并参考现有北京市快速路路段交通状态(服务水平)划分 标准,确立了道路负荷度的分级标准,并利用实际数据对北 京市二环路交通运行负荷程度进行了实例评价分析. 2负荷度定义和计算方法 【收稿日期]2011-l1—09 【作者简介】廖涌泉(1974一),男,新疆库尔勒人,北京交通大学交通运输学院博士研究生, 研究方向:交通安全与智能控制. 一 87 技术与方法物流技术2012年第31卷第2期(总第257期) 道路负荷度分析是道路承载力分析与管理的一个重要研 究方向.迄今国内外采用最多的负荷度是由美国《道路通行能 力手册》提出的,常用于道路或交叉口服务水平的评估.它是 根据道路交通流量与其通行能力的比值计算得出的,即V/C. 根据交通流理论,同一流量可能对应两个密度(速度)值,因此 采用V/C无法准确对道路交通运行状态进行评价.因此需要 对道路负荷度的计算方法进行重新设计.密度是交通流理论 中的一个重要指标,它是指某一时刻道路所存在的车辆数,反 映了道路的空间利用率.道路交通流量在满足自身通行能力 时,道路的利用率最高,交通运行状态较好,理论上将此时的 密度值称为临界密度.本文定义道路实际密度与临界密度的 比值作为道路负荷度的新的计算方法,并将之作为道路交通 运行状态评价的重要指标. 定义:道路负荷度是指某一时刻,路段实际的密度与该路 段最大通行能力状态下密度的比值.路段负荷度描述了该道 路整体能力的使用程度,反映了道路资源在空问上的利用率. 计算方法: dlj gi,1 岛,:路段i在t时刻负荷度; , :路段i在t时刻实际密度; :路段i的临界密度. 显然,?0.路段负荷度越接近于0,表明路段交通运行 负荷程度越低,交通运行状态越好;路段负荷度越接近于1,表 明路段交通运行负荷接近饱和,交通流以接近通行能力运行; 路段负荷度越大于1,表明路段交通负荷程度越重,交通运行 状态越差. 由于现有的交通流检测器不能直接测量密度,大多通过 测量时间占有率来间接推算密度指标.下面来说明道路密度 与时间占有率的关系:时间占有率是指在道路的观测断面上, 车辆占用的时间累计值与测定时间的比值【21.时间占有率不仅 与交通量有关,还与车辆的长短及密度有关.假定观测断面上 通过的车辆类型,长度相同,它们之间的推算和公式表示如 下: occ:× L:车辆长度(?) d:车辆密度(veh/km) 由上面的公式得出,在车辆长度一定的情况下,密度和时 间占有率之间呈线性关系,因此,可用实际时间占有率和最大 通行能力时的时间占有率的比值计算指定条件下路段负荷 度.时间占有率在实际交通数据当中方便于数据的采集,更容 易掌握其数据的准确性. 即:g:::”d c L×dcnOCCcn g:路段在t时刻负荷度 OCC?.路段i在t时刻实际时间占有率 0CC:路段i在最大通行能力下的时问占有率 一 88— 3交通状态评价方法 德国物理学家Kerner和合作伙伴Rehbom~ol总结了前人 的研究成果,通过大量的实践和实验,提出了一种基于交通流 特征分析法的交通流理论,三相交通流理论.三相交通流理 论把实际交通流划分为3类相态:自由流,同步流(稳定流)和 堵塞流.我国公安部2002年公布的《城市交通管理评价指标 体系》?】中规定,用城市主干路上机动车的平均行程速度来描 述其交通拥挤程度.北京交管局主要采用速度将交通运行状 态划分为畅通,缓行和拥堵三个状态,并用三种颜色代表:红 色代表的是时速在20km以下的路段;黄色代表的是时速在 20至50km的路段,绿色代表畅通路段. 本文在三相交通流理论和北京市道路交通状态划分的基 础上,参照美国道路服务水平嘲研究成果,将道路负荷度划分 为六级:非常畅通,基本畅通,稳定通行,慢速通行,一般拥堵 和严重拥堵.这样的划分方法更加详细地对道路负荷度进行 分类,方便交通管理部门的管理;另外,在向出行者进行交通 信息发布时,通过不同颜色的表达使出行者对道路负荷度的 认知更加清晰,容易. 参考现有北京市快速路交通状态划分标准,依据道路平 均速度和负荷度之间的关系,将速度划分标准对应于相应路 段负荷度,确定不同的道路负荷度级别所属的最大,最小值域 范围,确定评价参考标准,见表1. 表1道路负荷度分级评价参考标准 交通状态等级速度(km)路段负荷度 非常畅通>72<0.3 基本畅通56,72O.3,O.7 稳定通行40,S60.7,1 慢速通行28,40i,1.5 一 般拥堵18,281.5,2 :严重拥堵?18?2 4实验分析 目前,北京市交通管理部门在快速路(二,三,四,五环及 相关快速联络线)道路上设置了800多套微波检测器,可以直 接获得快速路上的实时车速,流量,时间占有率等交通流数 据,上传频率为2分钟每次.本文以2010年6月4Et北京市 快速路实时交通流检测系统的交通流数据为基础,对二环路 某路段全天的路段负荷度进行了统计计算,如图1所示.从图 中可以看出,路段负荷度具有明显的波动性.从一天的数据变 化来看,在早高峰(7:00,9:00)期间,路段负荷度基本处于”一 般拥堵”状态,而晚高峰(17:00—19:00)间,路段负荷度一度达 到2.3,处于”严重拥堵”状态,这与现实早晚高峰车道路堵的 现象基本吻合,同时与出行者的出行感受是基本一致的. 廖涌泉,等:基于道路负荷度的北京城市快速路交通状态评价技术与方法 图12010年6月4日某路段全天负荷度变化曲线 通过对不同路段负荷度进行评价分析,掌握二环路各路 段交通流量的空间分布情况,进而对二环路整体交通运行负 荷进行宏观把握,为交通管理者制定相应的管理控制方案和 出行者出行方式,路径选择提供服务支持,使整体路网负荷趋 于均衡.图2对二环路2010年6月4日早晚高峰不同路段负 荷度状态等级进行了统计.从中可知,在早晚高峰期间,处于 “ 一 般拥堵”和”严重拥堵”的路段数占二环路总路段数的50% 以上,而处于”非常畅通”和”基本畅通”的路段比例只有15% 左右,说明二环路整体负荷已饱和,交通运行状态较差.同时, 由于6月4日是周五,晚高峰拥堵路段数比早高峰较多,这与 实际交通出行需求是吻合的. 图2二环路2010年6月4日早晚高峰期间各路段负荷度所处状态比例统计 5结论 以往的交通状态评价指标不能准确把握道路资源空间利 用率,针对该问题,本文基于时间占有率重新定义了道路负荷 度的计算方法,并确定了根据北京市快速路道路负荷度的分 级标准.实验结果表明,该方法能够根据交通流检测器数据对 道路交通负荷程度进行实时计算,动态评价,同时,可方便地 找出负载过重路段,分析其成因,从而对交管部门制定合理的 管控措施,出行者选择合适的路径提供服务支持,缓解交通拥 堵.不同的负荷状态采用不同的管控措施,才能预防路网交通 拥堵的扩散.对交通管控策略进行优化,平衡交通流量在道路 网中的空间分布,这是下一步研究工作的目标. 【参考文献】 【l】邵敏华,汪洋,涂辉招,等.城市快速路交通评价方法研究[J1.山东交 通学院学报,2005,13(41:15—19. [2】任福田,刘小明,荣建,等.交通工程学【M】.北京:人民交通出版社, 2()03. [3]美国交通研究委员会道路通行能力手册【M].北京:人民交通出版社, 20o7. 【4]姜桂艳.道路交通状态判别技术与应用[M】.北京:人民交通出版社, 2004. [5]N骋.北京市路段交通拥堵评价体系研究【D】.北京:北京交通大学, 2007. [61N乔君,等.主,支路条件下交叉VI通行能力综合评价[J].东南大学学 报,2000,30(3):92—95. [7]陈艳艳,等.可靠度在交通系统规划与管理中的应用[M].北京:人民交 通出版社,2010. [8】高爱霞.城市路网可靠性及其保障技术研究[D].北京:北京工业大学, 2010. [9】贾利民,等.北京市区域交通状态和服务水平评价指标体系与评价方 法研究报告[R】.北京:北京交通大学,北京市公安局公安交通管理局 科研所,北京宏德信智源信息技术有限公司,2008. 【10]KernerBS,RehbornH.Experimentalprope~iesofphasetransitionsin trafficflow[J].PhysicalReviewLetters,1997,79:4030-4033. [11]公安部交通管理局,建设部城市建设司.城市道路交通管理评价体 系(2002)[R1.北京:公安部交通管理局,建设部城市建设司,2002. (上接第61页)找出在危险品道路运输过程中影响从业人员 行为安全的深层次原因,可以有效地提高从业人员的岗位安 全职业适应性.结合安全文化平台支撑体系理论,加强企业和 从业人员在安全理念,安全知识和安全约束三要素的建设,潜 移默化地改变从业人员的不安全行为.当安全行为内化为习 惯,升华为新的安全理念时,整个企业的安全管理和文化水平 必将得到持续的改进和发展. [参考文献】 【1】刘凯峥,刘浩学,晏远春,徐磊,蒋世应.罐体车辆道路运输危险品事 故特征分析[J】.安全与环境学报,2010,(3):130—133. 】米雪玉,陈光,张鹏.如何加强道路危险品运输企业安全管理[J].交通 与运输,2008,(1):53—54. [31吴宗之,孙猛.200起危险化学品公路运输事故的统计分析及对策研 究『J].中国安全生产科学技术,2006,(4):3-8. 【4J肖贵平,朱晓宁.交通安全工程[M】.北京:中国铁道出版社,2004. [5]叶龙,李森.安全行为学[M1.北京:清华大学出版社,北京交通大学出 版社,2005. f6]周刚,程卫民,诸葛福民,聂文.人因失误与人不安全行为相关原理 的分析与探讨fJ】.中国安全科学学报,2008,18(3):10—14. f7】宋守信,武淑平.基于期望理论的违章管理思维模式探讨【J】.中国安 全科学学报,2007,17(9):5—8. 【8]陈宝智,王金波.安全管理【M】.天津:天津大学出版社,1999. 【9】宋守信,陈明利.电力企业安全文化管理【M】.北京:中国电力出版社, 2()()9. 一 89—