城市交通擁堵區(qū)域識(shí)別及大氣污染特征變化研究

朱彥亮 李薇薇 李媫 雷宇寰 周玉潔

摘? 要：本研究基于重慶市浮動(dòng)車(chē)GPS數(shù)據(jù)和空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，識(shí)別擁堵區(qū)域空間位置、分析擁堵水平、計(jì)算大氣污染物排放分布，探討不同擁堵水平下的大氣污染特征變化，以期為城市交通可持續(xù)發(fā)展、大氣污染治理以及公眾健康維護(hù)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：軌跡大數(shù)據(jù);城市交通擁堵;大氣污染;重慶市中心城區(qū)

1引言

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城鎮(zhèn)化的加快，大、中城市的交通擁堵現(xiàn)象愈發(fā)嚴(yán)重，并由此帶來(lái)一系列大氣污染問(wèn)題[1]。目前，將交通擁堵和大氣污染相關(guān)聯(lián)的研究較少，因此本文基于大數(shù)據(jù)分析技術(shù)來(lái)識(shí)別重慶市中心城區(qū)的交通擁堵區(qū)域，并深入探究不同擁堵情況下的大氣污染特征變化，為居民低碳出行，城市交通污染排放治理提出合理建議。

2研究對(duì)象與數(shù)據(jù)來(lái)源

重慶市中心城區(qū)（即傳統(tǒng)主城九區(qū)），總面積約為5467平方千米。其經(jīng)緯度范圍為：經(jīng)度[106.32E，106.80E]，緯度[29.25N，29.80N]。研究數(shù)據(jù)主要包括2020年10月約540000條出租車(chē)軌跡數(shù)據(jù)以及包含站點(diǎn)監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)和PM2.5、PM10、CO、SO2、NO2、O3等污染物濃度的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3模型與方法

3.1交通擁堵區(qū)域識(shí)別方法

本研究基于GPS軌跡數(shù)據(jù)對(duì)重慶市中心城區(qū)進(jìn)行擁擠區(qū)域識(shí)別[2]。車(chē)輛軌跡數(shù)據(jù)是GPS系統(tǒng)提供的與車(chē)輛行駛有關(guān)的位置、時(shí)間等數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)形成的數(shù)據(jù)集，能直接反映城市的交通狀態(tài)，交通時(shí)間估算、交通異常探測(cè)，是軌跡數(shù)據(jù)在智能交通上最直接的應(yīng)用。本研究的擁堵判定選用區(qū)間交通擁堵度評(píng)價(jià)，參考《道路交通擁堵度評(píng)價(jià)方法》，提出擁堵判定的臨界值為20km/h[3]。將車(chē)速小于20km/h的車(chē)輛的軌跡點(diǎn)提取出來(lái)，然后進(jìn)行核密度分析，并得到研究區(qū)擁擠車(chē)輛軌跡點(diǎn)的密度分布圖。

3.2污染物數(shù)據(jù)處理方法

提取到擁堵區(qū)域后，為建立空氣污染物站點(diǎn)和擁堵區(qū)域的聯(lián)系，本研究對(duì)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行緩沖區(qū)分析，從而得到空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的輻射范圍。并沿用現(xiàn)有針對(duì)我國(guó)空氣質(zhì)量進(jìn)行的傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)方法處理污染物數(shù)據(jù)[4]。通過(guò)對(duì)研究區(qū)內(nèi)不同區(qū)域不同污染物的濃度變化進(jìn)行研究，對(duì)比擁堵區(qū)域和非擁堵區(qū)域在不同時(shí)空狀態(tài)下的污染物濃度，從而分析出相應(yīng)區(qū)域的大氣污染特征變化。

4結(jié)果與分析

4.1交通擁堵區(qū)域識(shí)別

本研究共選取了2020年10月的假期日（10.1、10.3、10.7）和平常工作日（10.13、10.20、10.28），共六天的數(shù)據(jù)。分別對(duì)其早晚高峰行駛車(chē)輛平均速度小于20km/h的車(chē)輛進(jìn)行軌跡點(diǎn)核密度分析，以此判定交通擁堵區(qū)域。

十一黃金周，重慶市中心城區(qū)人流量顯著增多，甚至有超負(fù)荷現(xiàn)象存在。洪崖洞、磁器口及各大商圈等旅游景點(diǎn)周邊道路，黃花園大橋等跨江橋梁，雙碑隧道等穿山隧道，內(nèi)環(huán)快速路的立交，機(jī)場(chǎng)路、成渝高速等進(jìn)出城道路，都屬于易擁堵路段，通行壓力顯著增大。

重慶特殊的地理環(huán)境造就了以各個(gè)商圈為中心的寫(xiě)字樓分布格局。渝中區(qū)和江北區(qū)在目前的商圈格局中占據(jù)了重要地位。工作日期間，交通擁堵主要以渝中為圓心向外輻射，早晚高峰時(shí)段因?yàn)橥ㄇ谠颍逯袇^(qū)和江北區(qū)的交通壓力居高不下。同時(shí)，石橋鋪、陳家坪片區(qū)等高新技術(shù)地帶，有眾多的高新企業(yè)落戶(hù)于此。沙坪壩、楊家坪、南坪商圈，作為各區(qū)的中心地帶，憑借起優(yōu)勢(shì)，聚集了一些寫(xiě)字樓。由于交通位置的優(yōu)越性，上清寺、兩路口和大坪也有不少寫(xiě)字樓。因此，工作日的擁堵區(qū)域相比節(jié)假日更加分散，交通壓力也有所減緩。

綜上，整個(gè)重慶市中心城區(qū)的擁堵區(qū)域在空間上呈現(xiàn)單核向外輻射分布，時(shí)間上，節(jié)假日相比工作日，擁堵區(qū)域更集中，范圍更廣。

4.2污染物變化特征分析

本研究基于2020年10月的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析擁堵區(qū)域概況圖劃分典型擁堵（即研究區(qū)的中心位置）及非擁堵區(qū)域。通過(guò)空氣污染程度判定指標(biāo)體系得到2020年10月主要空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站點(diǎn)污染程度變化圖，如圖1。

在圖中同一時(shí)間下，所處擁堵區(qū)域的空氣監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，其檢測(cè)到的污染物排放量普遍高于非擁堵區(qū)域。例如在10月7日，曲線(xiàn)較高的數(shù)據(jù)代表的站點(diǎn)有世紀(jì)花都、燃?xì)鈴S(chǎng)等;曲線(xiàn)較低的數(shù)據(jù)代表站點(diǎn)有鳳凰小區(qū)等，這與選取的站點(diǎn)所處的區(qū)域基本吻合。但是部分區(qū)域空氣污染程度呈現(xiàn)高污染狀態(tài)是由于其他污染活動(dòng)造成，導(dǎo)致存在非擁堵區(qū)域監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)比擁堵區(qū)域污染程度高的現(xiàn)象有一定的合理性。

綜上可得，擁堵區(qū)域狀況與大氣污染物的排放存在正相關(guān)性，污染物時(shí)間分布上，十月上旬與十月下旬隨交通的擁堵情況不同而不同，工作日與節(jié)假日也會(huì)有差距;空間分布上擁堵區(qū)域較集中于渝中向外輻射范圍，故污染物排放也集中于此。

結(jié)語(yǔ)

本研究結(jié)果表明擁堵區(qū)域與大氣污染排放具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，擁堵?tīng)顩r與重慶市主城區(qū)交通狀況吻合，交通結(jié)果具有一定的可靠性，可為解決城市交通擁堵和大氣污染問(wèn)題提供理論支撐。但是此次研究?jī)H針對(duì)2020年3月及10月的車(chē)輛擁堵情況及大氣污染物數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)量較少;對(duì)于污染物的識(shí)別種類(lèi)也較少研究具有一定局限性。

參考文獻(xiàn)

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[2]劉廷讓.基于多源數(shù)據(jù)融合的高速公路路段交通擁堵檢測(cè)方法研究[D].重慶大學(xué)，2020.

[3]袁從灝，李寧，牛科.基于聚類(lèi)和相關(guān)性分析的交通擁堵?tīng)顩r分析[J].北京信息科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2018，033（003）：36-41.

[4]余曉美﹐沈永昌.中國(guó)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市空氣質(zhì)量的動(dòng)態(tài)特征分析[J].統(tǒng)計(jì)與決策，2019，35（11）：91-94.

基金項(xiàng)目：重慶交通大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：S20210618023）