吳祥國(guó)， 張建嵩， 戴許昊

(重慶市交通規(guī)劃研究院，重慶 401147)

一、引言

隨著城市化和交通機(jī)動(dòng)化水平的不斷提高，城市交通擁堵問題日益嚴(yán)峻。然而，城市交通擁堵現(xiàn)象具有明顯的時(shí)變特性，不同季度、月度、星期以及一天內(nèi)的不同時(shí)段均具有各不相同的交通運(yùn)行特性。針對(duì)城市交通擁堵現(xiàn)象，研究人員以浮動(dòng)車數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，基于不同方法創(chuàng)建了道路交通擁堵指標(biāo)，通常稱為“交通運(yùn)行指數(shù)”，對(duì)城市的總體運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)估[1-8]。北京最早從2006年開始由北京交通發(fā)展研究中心開展路網(wǎng)總體擁堵程度的指標(biāo)研究，形成五級(jí)交通指數(shù)，并于2011年正式發(fā)布。此后，上海、深圳、廣州、杭州、武漢等相繼發(fā)布相關(guān)指數(shù)并對(duì)外發(fā)布應(yīng)用。不同地方的指數(shù)略有不同，但一般選擇車速、擁堵里程比例、負(fù)荷度綜合加權(quán)、行程時(shí)間比等指標(biāo)進(jìn)行綜合加權(quán)確定[4-8]。

重慶自2013年由重慶市交通規(guī)劃研究院率先開始指數(shù)的調(diào)研及建設(shè)工作，并于2015年逐步應(yīng)用于交通管理與規(guī)劃項(xiàng)目、對(duì)外發(fā)布[9-10]。目前，重慶市已逐步形成交通年報(bào)、半年報(bào)、季報(bào)、月報(bào)和周報(bào)等層次清晰且完善的報(bào)告制度，向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)、相關(guān)單位以及公眾發(fā)布交通運(yùn)行指數(shù)。

交通運(yùn)行指數(shù)以道路交通運(yùn)行車速為基礎(chǔ)來反映城市交通運(yùn)行狀況，然而城市道路交通運(yùn)行車速受多種因素的影響，如時(shí)段、天氣[11]、是否設(shè)置公交專用道以及橋梁限行等，但不同因素對(duì)于交通運(yùn)行指數(shù)的影響程度如何、是否顯著，以及展現(xiàn)出何種規(guī)律，卻鮮有研究。本文以重慶市主城區(qū)2018年度全年周報(bào)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開展相關(guān)研究。

二、重慶市主城區(qū)交通運(yùn)行指數(shù)

從主要輸入?yún)?shù)及其特點(diǎn)對(duì)比北京、上海、深圳三個(gè)城市的指數(shù)計(jì)算方法，見表1。經(jīng)綜合比選，深圳、上海的交通運(yùn)行指數(shù)算法評(píng)價(jià)范圍廣，可連續(xù)反映路網(wǎng)擁堵變化，物理意義更強(qiáng)。

表1 典型城市交通運(yùn)行指數(shù)特點(diǎn)

在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)行程時(shí)間比的加權(quán)系數(shù)及其與交通運(yùn)行指數(shù)的分段對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，具體計(jì)算步驟如下。

1.計(jì)算發(fā)布路段的平均車速。路段平均車速是分析交通擁堵指數(shù)的基礎(chǔ)單元與參數(shù)。計(jì)算公式如下

(1)

式中，vi為路段i的平均車速，m為路段i所含小路段k且有車速數(shù)據(jù)的小路段數(shù)量，lik為小路段k的長(zhǎng)度，vik為小路段k的平均車速。

2.計(jì)算路網(wǎng)行程時(shí)間比。采用車道數(shù)作為行程時(shí)間比的加權(quán)系數(shù)

(2)

式中，TR為路網(wǎng)R范圍的行程時(shí)間比，αi為加權(quán)系數(shù)，li為路段i的長(zhǎng)度，vi為路段i的平均車速，vi0為路段i的自由流車速，di為路段i的車道數(shù)。

3.計(jì)算交通運(yùn)行指數(shù)。定義交通運(yùn)行指數(shù)范圍(0-10)，設(shè)置交通運(yùn)行指數(shù)與行程時(shí)間比的函數(shù)關(guān)系

IR=f(TR)。

(3)

式中，TR為路網(wǎng)R范圍的交通運(yùn)行指數(shù)，TR為路網(wǎng)R范圍的行程時(shí)間比。

三、道路交通運(yùn)行時(shí)間特性分析

(一)高峰小時(shí)時(shí)段

圖1 2018年工作日高峰時(shí)段頻次分布

重慶市主城區(qū)高峰時(shí)段在工作日與節(jié)假日具有明顯的不同，其中工作日具有明顯的雙峰特征，節(jié)假日一般具有單峰特征。在一年的250個(gè)工作日中，早高峰起點(diǎn)時(shí)刻出現(xiàn)頻次最多的為7：40，晚高峰為17：40，見圖1。節(jié)假日高峰起點(diǎn)時(shí)刻一般出現(xiàn)在17:30—17:45，與工作日晚高峰起點(diǎn)時(shí)刻基本一致。

(二)年度變化趨勢(shì)

隨著城市交通出行需求的不斷增長(zhǎng)，城市交通擁堵狀況日益嚴(yán)峻，道路交通運(yùn)行速度不斷下降，交通運(yùn)行指數(shù)逐步增長(zhǎng)。根據(jù)重慶市主城區(qū)綜合交通信息平臺(tái)監(jiān)測(cè)，自2015—2018年，主城區(qū)工作日高峰道路交通運(yùn)行速度由23.6km/h逐步下降為23.1km/h，交通運(yùn)行指數(shù)由4.54增長(zhǎng)為4.86。

(三)季度時(shí)間特性分析

從全年看，主城區(qū)工作日高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)無論是取值范圍還是平均值均高于節(jié)假日，其中工作日晚高峰均大于早高峰，擁堵情況更嚴(yán)重，見表2。從各季度來看，工作日早高峰二季度道路交通運(yùn)行指數(shù)最高，一季度最低；工作日晚高峰四季度最高，一季度最低；節(jié)假日四季度最高，三季度最低。

注：括號(hào)內(nèi)的數(shù)值為季度的取值范圍，括號(hào)外的數(shù)值為季度的平均值。

(四)周時(shí)間特性分析

從各周工作日早晚高峰及節(jié)假日高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)的變化規(guī)律來看，總體上隨著周期的變化具有基本一致的變化趨勢(shì)，工作日晚高峰指數(shù)略高于早高峰，且均高于節(jié)假日高峰1個(gè)單位，車速低2～3km/h。隨著春節(jié)、國(guó)慶、元旦等節(jié)日的到來與結(jié)束，在第4～9、第37～41和第52周的工作日與節(jié)假日高峰運(yùn)行指數(shù)均具有一致的降低與升高趨勢(shì)。臨近春節(jié)，出現(xiàn)節(jié)假日高峰大于早高峰，與晚高峰指數(shù)基本持平的現(xiàn)象。

(五)工作日不同天時(shí)間特性分析

受節(jié)假日調(diào)整影響，部分工作日出現(xiàn)在周六和周日。在2018年的250個(gè)工作日中，共計(jì)7個(gè)工作日出現(xiàn)在周六和周日，道路交通運(yùn)行指數(shù)總體略高于普通工作日。在普通工作日中，從平均值和最小值來看，均出現(xiàn)周一特別是周五高于周二至周四的現(xiàn)象，說明周五和周一的道路交通運(yùn)行壓力較大。

(六)工作日不同時(shí)刻出行時(shí)間特性

道路交通運(yùn)行指數(shù)具有明顯的早晚高峰雙峰特性，晚高峰略高于早高峰。其中，曲線圖底層指數(shù)較為平穩(wěn)的幾個(gè)工作日均為春節(jié)前2～3周的時(shí)間運(yùn)行規(guī)律，頂層雙峰最明顯的兩條線分別為國(guó)慶、元旦前一周工作日的時(shí)間運(yùn)行規(guī)律。不考慮春節(jié)等特殊節(jié)假日對(duì)于工作日運(yùn)行規(guī)律的影響，早晚高峰的運(yùn)行指數(shù)仍然有較大的浮動(dòng)空間，其中早高峰3.60～5.91，晚高峰4.50～6.23，體現(xiàn)在高峰運(yùn)行時(shí)速方面的浮動(dòng)值為3～5km/h。

圖2 2018年各日高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)

四、關(guān)鍵影響因素分析

2018年重慶市主城區(qū)產(chǎn)生了多種類型的交通事件，道路交通運(yùn)行指數(shù)隨著交通事件的發(fā)生而產(chǎn)生復(fù)雜變化。本文重點(diǎn)以節(jié)假日、天氣、橋梁限行以及公交專用道開通等情況作為主要因素，對(duì)道路交通運(yùn)行指數(shù)的復(fù)雜變化規(guī)律進(jìn)行分析(見圖2)。從各關(guān)鍵影響因素類型劃分看：節(jié)假日的事件分類包括周末(普通周六周日)，國(guó)家法定節(jié)假日(元旦1月1日、春節(jié)2月15—21日、清明節(jié)4月5—7日、勞動(dòng)節(jié)4月29日—5月1日、端午節(jié)6月16—18日、中秋節(jié)9月22—24日、國(guó)慶節(jié)10月1—7日、元旦12月30—31日)，中小學(xué)寒暑假(寒假1月27日—2月25日、暑假7月1日—8月31日)，大中專學(xué)生寒暑假(各學(xué)校略有不同，寒假1月15日—3月4日，暑假7月16日—9月2日)。橋梁限行情況的事件分類包括牛角沱嘉陵江大橋施工禁止社會(huì)車輛通行，渝澳大橋、嘉華大橋、黃花園大橋工作日針對(duì)社會(huì)車輛實(shí)施尾號(hào)限行(4月21日—10月17日)。工作日公交專用道開通情況的事件分類包括2017年12月12日12km、2018年8月7日31km、2018年8月15日35km、2018年8月28日48km、2018年9月5日50km、2018年9月12日62km、2018年10月31日71km、2018年11月7日81km、2018年12月26日109km。關(guān)于天氣情況的事件分類包括晴天(晴、晴轉(zhuǎn)多云、多云轉(zhuǎn)晴、多云)，陰天(陰、陰轉(zhuǎn)多云、多云轉(zhuǎn)陰)，雨天(小雨、陰轉(zhuǎn)小雨、小雨轉(zhuǎn)陰、陣雨轉(zhuǎn)多云、陣雨、中雨、中雨轉(zhuǎn)小雨、中雨、中雨轉(zhuǎn)多云、小雨轉(zhuǎn)多云、多云轉(zhuǎn)小雨、陰轉(zhuǎn)陣雨、陣雨轉(zhuǎn)陰、陣雨轉(zhuǎn)小雨、陰轉(zhuǎn)中雨、多云轉(zhuǎn)陣雨、小雨轉(zhuǎn)中雨、大雨、雨夾雪)。進(jìn)一步運(yùn)用股價(jià)圖對(duì)各類因素進(jìn)行分析，其中股價(jià)圖的成交量取指數(shù)平均值，開盤取75%分位值，盤高取最大值，盤低取最小值，收盤取25%分位值。

圖3 節(jié)假日情況對(duì)于道路高峰運(yùn)行指數(shù)的影響

(一)節(jié)假日情況

綜合考慮節(jié)假日相關(guān)因素，分析其中的復(fù)雜交叉關(guān)系，對(duì)工作日以及節(jié)假日類型可以細(xì)分為以下五類：春節(jié)、其他法定節(jié)假日、周末、工作日、工作日(寒暑假)。由圖3可知，工作日高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)最高為5.06，春節(jié)期間最低為2.51。從波動(dòng)性來看，春節(jié)期間最小，其他法定節(jié)假日與周末差距不大，工作日與工作日(寒暑假)波動(dòng)性相對(duì)較大。工作日75%分位值為5.23，存在25%以上的極端高值，從時(shí)間分布圖上來看主要出現(xiàn)在9—10月份，與學(xué)校集中開學(xué)以及中秋與國(guó)慶附近的集中商務(wù)活動(dòng)等緊密相關(guān)；工作日(寒暑假)25%分位值為4.3，存在25%以下的極端低值，從時(shí)間分布圖上看主要出現(xiàn)在2—3月份，與學(xué)校放寒假、務(wù)工人員返鄉(xiāng)過年等活動(dòng)有關(guān)。

圖4 天氣情況對(duì)于道路高峰運(yùn)行指數(shù)的影響

(二)天氣情況

將天氣情況歸納為晴天、陰天、雨天三類，主要針對(duì)工作日(去掉周末以及法定節(jié)假日)的高峰道路交通運(yùn)行情況進(jìn)行分析。由圖4可知，晴天、陰天天氣的平均值差距不大，均在4.8左右，下雨天氣的平均值相對(duì)較大，為5.11。從波動(dòng)性分析，晴天、陰天的波動(dòng)性均較大，而雨天相對(duì)較小。下雨天氣的最大值和最小值均相對(duì)晴天、陰天的指數(shù)大，說明下雨天氣道路交通擁堵情況相對(duì)嚴(yán)重。

(三)橋梁限行因素

圖5 橋梁限行對(duì)于道路高峰運(yùn)行指數(shù)的影響

自2018年4月21日—10月17日，牛角沱嘉陵江大橋大修施工，禁止社會(huì)車輛通行，渝澳大橋、嘉華大橋、黃花園大橋工作日針對(duì)社會(huì)車輛實(shí)施尾號(hào)限行。由股價(jià)圖5可知，限行前后的平均值基本一致，均在4.9左右。受節(jié)假日以及學(xué)生放假等事件的影響，限行前后指數(shù)均有一定的波動(dòng)，但25%～75%分位值的指數(shù)值基本一致，均在4.6～5.1之間，可見限行期間采取的交通管理措施有效保障了道路的穩(wěn)定運(yùn)行。

(四)公交專用道開通因素

受公交都市試點(diǎn)考核的影響，2018年下半年密集開通了近100公里的公交專用道。從對(duì)應(yīng)時(shí)段工作日高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)平均值來看，自公交專用道12km增長(zhǎng)為31km、62km增長(zhǎng)為71km時(shí)，指數(shù)均出現(xiàn)下降，但并未出現(xiàn)隨著公交專用道長(zhǎng)度的增加而持續(xù)增加的現(xiàn)象。對(duì)指數(shù)均值與公交專用道長(zhǎng)度進(jìn)行一元線性回歸分析，在樣本量?jī)H有9組的狀況下，R2僅為0.66，可見相關(guān)性并不大。

五、單因素方差分析

(一)工作日與節(jié)假日分析

采用單因素方差分析法對(duì)影響主城區(qū)高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)的節(jié)假日與工作日情況進(jìn)行分析。首先，對(duì)2018年365天的運(yùn)行指數(shù)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，指數(shù)并不完全符合正態(tài)分布，其中工作日、工作日(寒暑假)的正態(tài)性檢驗(yàn)值不顯著，K-S和S-W檢驗(yàn)值sig.均小于0.01。

對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)性轉(zhuǎn)換，經(jīng)檢驗(yàn)滿足正態(tài)分布。對(duì)工作日與節(jié)假日情況開展單因素方差分析發(fā)現(xiàn)sig.<0.01，說明節(jié)假日情況對(duì)于道路高峰運(yùn)行指數(shù)具有顯著的差異性。

進(jìn)一步開展多重比較，發(fā)現(xiàn)周末與其他法定節(jié)假日之間并無顯著性差異，春節(jié)、周末與其他法定節(jié)假日、工作日、工作日(寒暑假)之間具有顯著的差異性。

(二)其他因素分析

公交專用道、橋梁限行情況主要針對(duì)工作日實(shí)施，進(jìn)一步采用相同的方法針對(duì)天氣、橋梁限行情況以及公交專用道開通情況進(jìn)行單因素方差分析。

通過天氣情況的單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)晴天和陰天之間的顯著性sig.為0.241，晴天、陰天與下雨天之間的顯著性sig.分別為0.00、0.01。在顯著性水平0.05情況下，晴天、陰天與下雨天之間具有顯著的差異性，晴天和陰天之間的差異性不顯著。

通過橋梁限行情況的單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)橋梁限行與不限行的顯著性sig.為0.994，在顯著性水平0.05情況下，橋梁限行與不限行的差異性不顯著。

通過公交專用道長(zhǎng)度的單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)不同長(zhǎng)度的公交專用道顯著性sig.為0.00，說明各長(zhǎng)度情況下具有顯著的差異性。進(jìn)一步開展多重比較，在顯著性水平0.05情況下，部分專用道長(zhǎng)度之間存在顯著的差異性。進(jìn)一步結(jié)合開通時(shí)間來看，從31 km至109 km的間隔時(shí)間較短，道路交通運(yùn)行指數(shù)較易受其他因素的影響，難以通過本分析得出公交專用道開通對(duì)于道路交通運(yùn)行指數(shù)的影響是否顯著。

六、結(jié)語

以重慶市主城區(qū)2018年交通運(yùn)行周報(bào)發(fā)布的道路交通運(yùn)行指數(shù)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析其時(shí)間運(yùn)行特性，總結(jié)了工作日與節(jié)假日、天氣、橋梁限行、公交專用道開通長(zhǎng)度等因素的影響規(guī)律，并采用單因素方差分析法研究相關(guān)影響因素的差異顯著性。具體表現(xiàn)為以下兩方面：主城區(qū)高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)在各季度、周期、工作日以及工作日的不同時(shí)刻展現(xiàn)出規(guī)律性的運(yùn)行時(shí)間特性；通過影響因素歸類分析與單因素方差分析發(fā)現(xiàn)，主城區(qū)高峰道路交通運(yùn)行指數(shù)受節(jié)假日、天氣的影響顯著，受橋梁限行的影響不顯著，受公交專用道開通的影響較難判斷。