林 慧 孫宇宇 李慧宇 杜國強 熊陳琴

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

1 概述

隨著經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，全國汽車保有量不斷攀升。據(jù)統(tǒng)計，2018年小汽車保有量已超過2億。飛速的發(fā)展帶來的交通擁堵成為大中城市普遍存在的問題。如何緩解交通壓力，更好的方便人們出行。首先要對各城市的交通擁堵情況進行分析評價。本文選取我國六座大中城市，對眾多交通壓力影響因素進行主成分分析，得到道路交通擁堵情況的評價模型。并以上述六座城市為例進行打分排名，為各城市有效地緩解交通壓力，進行科學(xué)決策提供依據(jù)。國外發(fā)達國家的專家學(xué)者自20世紀(jì)50年代開始對道路擁堵指標(biāo)進行研究。Meyer，Michael等人建立了評價主要城市區(qū)域的擁堵指標(biāo)[1];Marlon等根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)，分析不同道路路段以及城市區(qū)域的特點，對擁堵指數(shù)中的參數(shù)進行了進一步的設(shè)計[2]；Cesar進一步討論了出行時間和速度的相關(guān)數(shù)據(jù)收集方法[3]。我國鄧衛(wèi)等基于高速公路交通突變理論，提出了及時判別交通擁堵類型的算法[4]; 佟炳勛基于交通擁堵與道路服務(wù)水平的關(guān)系，對道路交通擁堵情況進行界定[5];祝付玲構(gòu)建了道路交通擁堵評價體系，綜合考慮行程時間、排隊長度以及可達性等影響要素[6]。

2 道路交通擁堵情況評價模型

評價一座城市的交通擁堵情況要考慮各方面的因素。其中，城市面積、人口數(shù)量、經(jīng)濟發(fā)展水平、居民出行習(xí)慣及素質(zhì)、政府政策、城市路網(wǎng)的規(guī)劃等因素對道路交通承載力及通行力十分關(guān)鍵。本文重點選取七個影響因素(城市面積、汽車保有量、常住人口、城市GDP、高峰行程延時指數(shù)、高峰小汽車平均速度、工作日平均擁堵時長)進行分析，利用主成分分析的數(shù)學(xué)方法，建立道路交通擁堵情況評價模型。通過實際調(diào)研及查閱資料，重點選取六座大中城市(哈爾濱、北京、上海、廣州、重慶、呼和浩特)的道路交通情況作為研究案例。結(jié)合高德地圖發(fā)布的《2018年度中國主要城市交通分析報告》，各城市相關(guān)數(shù)據(jù)見表1。

由于影響道路交通擁堵的因素眾多，無法統(tǒng)一評判，本文利用SPSS軟件進行主成分分析，結(jié)果見表2。

經(jīng)過主成分分析后，以上七個影響因素歸結(jié)綜合為兩個主要成分，從而簡化為兩個新的影響因素。其中主成分1占比62.849%，特征值為4.399；主成分2占比16.920%，特征值為1.184。主成分累計占比為79.770%，接近80%，結(jié)果符合要求。

表1 城市數(shù)據(jù)資料

表2 總方差解釋

因此，構(gòu)建道路交通擁堵情況評價模型為：

F=aF1+bF2。

其中,F為道路交通擁堵情況得分；F1為主成分1得分；F2為主成分2得分；a,b均為各主成分占比。

由上述內(nèi)容可知：

模型可進一步寫為:

F=0.788F1+0.212F2。

下面根據(jù)成分矩陣，求解F1,F2的計算公式。成分矩陣見表3。

表3 成分矩陣

經(jīng)過計算，可得F1,F2的計算公式為：

F1=-0.217 35ZX1+0.437 231ZX2+0.433 763ZX3+0.449 905ZX4+0.306 738ZX5-0.237 86ZX6+0.469 537ZX7。

F2=0.705 101ZX1+0.137 003ZX2-0.106 82ZX3-0.272 16ZX4+0.580 084ZX5-0.243 51ZX6+0.055 955ZX7。

由于各影響因素的量綱不同且大小差別極大，故將各城市的實驗數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理后的結(jié)果用上式中ZX1～ZX7表示。

需要注意的是，本文所構(gòu)建的城市道路交通擁堵情況評價模型是基于城市面積、汽車保有量、常住人口、城市GDP、高峰行程延時指數(shù)、高峰小汽車平均速度、工作日平均擁堵時長七個影響因素進行分析而后得到的。若選取的影響因素及實驗數(shù)據(jù)改變，則評價模型將會不同。應(yīng)用時應(yīng)根據(jù)研究目的及區(qū)域路段的實際情況進行分析。

3 案例分析

本文選取了哈爾濱、北京、上海、廣州、重慶、呼和浩特六座全國重點城市作為實驗案例，對各城市的道路交通擁堵情況進行分析評價。六座城市的相關(guān)數(shù)據(jù)見表1，首先對各城市的實驗數(shù)據(jù)進行歸一化處理。

將歸一化處理后的數(shù)據(jù)代入上述道路交通擁堵情況評價模型。最終得到各城市道路交通擁堵情況得分F。結(jié)果見表4。

表4 城市道路交通擁堵情況得分

由表4可知，六座城市道路交通擁堵情況得分由高到低依次為北京，上海，哈爾濱，廣州，重慶，呼和浩特。作為我國政治文化中心的北京市和經(jīng)濟中心的上海市，道路交通擁堵問題依然嚴(yán)峻。隨著人口的加速流動以及居民對出行質(zhì)量要求的不斷提高，超一線城市的道路交通將面臨新的挑戰(zhàn)與考驗；同時，哈爾濱、廣州等省會城市的交通壓力也很大，哈爾濱作為東北重點城市之一，多次被評為“國內(nèi)最擁堵城市”，寒冷的氣候條件加上供不應(yīng)求的城市道路交通設(shè)施，讓哈爾濱市民常常感受到“堵在路上”的無奈；廣州市作為近年來飛速發(fā)展建設(shè)的新興城市，經(jīng)濟水平已超過國內(nèi)許多一線城市，隨著汽車保有量的增加及頻繁的人員流動，廣州市的道路交通壓力也越來越大。

4 結(jié)語

1)本文選取城市面積、汽車保有量等七個道路交通影響因素進行主成分分析，最終簡化綜合為兩個主成分，方便后續(xù)道路交通擁堵情況評價模型的構(gòu)建及案例的計算。

2)由于七個影響因素的量綱不同，數(shù)據(jù)大小不一，本文利用SPSS軟件進行數(shù)據(jù)的歸一化處理，使實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)一，便于比較。

3)本文選取國內(nèi)六座道路交通擁堵問題嚴(yán)峻的大中型城市作為案例，對構(gòu)建的模型進行進一步的分析與說明，得到道路交通擁堵情況排名。

4)根據(jù)實驗結(jié)果，結(jié)合各城市的實際情況對排名靠前的交通擁堵問題嚴(yán)峻的城市進行分析。綜合考慮各方面影響因素，討論交通擁堵原因，為城市科學(xué)有效的緩解交通壓力，更好的決策與規(guī)劃提供依據(jù)。