城市道路交通擁堵動態評價方法研究

蒲燦喬敏

（重慶交通大學交通運輸學院，中國 重慶 400074）

為了給交通參與者提供實時道路交通信息，使其避開擁堵路段提高出行效率。有必要選擇可靠的交通擁堵判定指標，并根據這些指標對交通擁堵程度進行實時評定，提高交通擁堵動態誘導的準確性。

1 指標的定義與量化

擁堵指標的選擇要能反映最主要和最全面的信息，常用來反映路段擁堵的指標有V/C比和路段平均速度，而反映交叉口擁堵的指標常用交叉口平均延誤。

V/C比：即交通量與通行能力之比，可以反映出交通設施的容納能力。

路段平均速度 v：車輛通過路段的長度與所用時間之比，體現了交通流在特定路段的運行暢通程度。

交叉口平均延誤時間 t：高峰期間所有車輛在交叉口延誤段長度內實際行駛時間與該路段長度內按暢行速度行駛時間之差的平均值。

t——平均延誤時間（秒）

ds——總延誤（秒）

η——延誤段內進口道的交通量

2 評價指標的預先處理

2.1 評價指標的一致化

在多指標評價中，有些指標值越大越好，而有些則越小越好。在多指標綜合評價計算前需要對指標進行一致化處理。常用的處理方式有差式轉換和商式轉換。

2.2 評價指標的標準化

指標的標準化主要是對指標做無綱量化處理。本文僅介紹“極值法”對指標進行標準化。如果令Mj=max(xij)，mj=min(xij)

則 Xij*=(xij-mj)/(Mj-mj)是無量綱的，且 Xij*∈(0,1)。

3 交通運行狀態分類原理

當極大型指標xj（j=1，2，…，m）的取值都很接近于 1時，系統的運行狀況可認為是整體協調的；當xj（j=1，2，…，m）的取值都很接近于0時，系統的運行狀況雖然也是整體協調的，但其整體效益偏低。當系統指標的取值大小不一時，則該系統的運行狀況是整體不協調的，其整體效益也不高。基于以上分析，給出如下定義：

定義 1：對給定的 x*=(x1*，x2*，…，xm*)T∈D (xj*＞0)，x=(x1，x2，…，xm)T∈D 對任意 x=(x1，x2，…，xm)T∈D，若有不等式：xj≥xj*(j=1，2，…，m)成立，則稱x連同x*為D中的有效點，其中x*是預先設定的。D中所有有效點構成的集合稱為D的有效子集，即為A。

定義 2：對給定的 x**=(x1**，x2**，…，xm**)T∈D(xj**＞0)，對任意的 x=(x1，x2，…，xm)T∈D，至少對某一個 k，有不等式： xk

令集合B=D-A-C，且A、B、C兩兩之間的交集均互為空集。由定義1、2可知，落在子集A內的點（即時刻的交通運行狀況），就處于協調發展、整體效益高的運行狀態；落在子集C內的點，就處于協調發展程度差、整體效益偏低的狀態。

當D?Rm時，即指標向量為m維時，應用歐式距離公式，

x*=(x1*，x2*，…，xm*)T滿足方程：

同理x**也滿足上述方程。

同時規定：落在子集A、B、C內的點，分別稱其為第1、2、3類運行水平。

4 分類狀態指標的交通擁堵評價應用

4.1 運行狀態分類

基于以上原理，引入變量x***和x****將城市交通運行狀況分為優、良、一般、較差、差。并選用飽和度、路段平均速率、交叉口延誤三個極小型指標。

令， x*=(x1*，x2*，…，xm*)T滿足方程：

同理x**、x***和x****也滿足上述方程，因此取評價函數為：

根據城市交通運行狀態分級，表示為：

當y≤(r*)2時，交通運行狀況狀態為優；

當(r*)2

當(r**)2

當(r***)2

當y＞(r****)2時，交通運行狀況狀態為差。

其中，(r*)2、(r**)2、(r***)2和(r****)2即為綜合評價的限值。

4.2 分類評價限值的計算

查表如下信息：

表1 服務水平與飽和度、速度、延誤的關系

根據以上等級標準，將服務水平為A、B等級的交通運行狀況定義為優，服務水平為C、D、E、F等級的交通運行狀況依次定義為良、一般、較差和差。其中，路段平均速率以城市快速路為例，機動車設計速度為80公里/小時。可得速率為1/[80×(1-30%)]≈0.0179，同理得交通運行狀況分別為優、良、一般、較差、差情況下速率值分別為：≤0.0179、0.0179-0.0227、0.0227-0.0313、0.0313-0.0417、＞0.0417。 由此可得評價指標的限值，如表2所示。

由于最小速度為0不切實際，因此取為10公里/小時，最大速度取設計速度80公里/小時。由此得路段平均速率極值為0.1和0.0125。再將指標進行無量綱化處理后，得到各評價指標的限值，如下表3所示。

由各限值可以計算得到綜合評價函數的限值r*、r**、r***、r****分別為0.412、0.729、1.226、1.901。

表2 評價指標限值(原始值)和極值

表3 評價指標限值

由此，把實測的飽和度、路段平均速度、路段行程延誤值按上述方法處理后與限值進行對照，看其值落入哪個區間，從而判定交通擁堵狀況。

5 結論

本文將飽和度、路段平均速率、行程延誤綜合用于計算各類交通狀態的限值，據此評價城市道路交通擁堵情況，并將此擁堵狀態作為交能誘導的依據，為交通擁堵管理、道路交通系統方案優化提供決策依據。

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