基于城市道路交通擁塞的交通韌性研究

楊 斌,丁 昊,張 偉,張鳳軍

（1.濟南市交通運輸事業發展中心,山東 濟南 250014; 2.山東方云軟件技術有限公司,山東 濟南 250000）

0 引言

伴隨著城市化進程的發展，城市道路交通系統與有限的土地和道路資源之間的矛盾日益凸顯，道路交通擁塞成為困擾城市發展進步的主要問題之一。為了解決道路交通擁塞、道路交通事故、道路交通基礎設施缺乏等一系列問題，道路交通韌性這一概念應運而生。城市道路的道路交通韌性是城市可持續發展的關鍵。由于道路交通韌性不足而產生的道路交通擁塞，會嚴重影響到城市的正常運行。而道路交通擁塞則是城市道路韌性失效的一種體現。隨著城市路網的日益復雜，道路交通擁塞問題日益突出，必須通過采取有效的道路交通控制手段來控制，以減輕擁塞，增強城市道路交通韌性，推動城市道路交通的可持續發展[1]。

1 道路交通擁塞和韌性的相關概述

1.1 城市道路交通擁塞的定義

道路交通擁塞是世界各地主要城市面臨的一個問題。道路交通擁塞經常出現在特定的時間點，例如上下班時和假期。在城市路網中，一旦出現擁塞現象，將會對周圍地區的其他道路造成一定影響，特別是對進入擁塞地區的道路交通。交通擁塞一般可分為兩類，一類是指車輛的流量超出了設備的承載能力而引起的常發性擁塞，通常在道路交通的瓶頸部位出現，速度、流量、道路占有率等參數隨著擁塞呈現出有規律的下降；另一類是指因交通事故、惡劣天氣等原因導致交通流量降低而引發的偶發性擁塞，交通流參數也會隨之發生快速改變。城市道路交通擁塞的形成原因有三方面：第一，道路結構不合理。由于我國目前處于快速工業化、城市化兩個快速高增長的新階段，我國經濟增長率和勞動人口數量逐年增加，汽車擁有率必然會相應地上升。在現有路網中，機動車的增長率遠遠超過道路承載能力，原有的道路規模和路況已不能滿足需求，成為制約當地經濟發展和城市發展的瓶頸。第二，車輛保有量與路網容量不匹配。部分城市路段的道路交通流量較大，容易出現擁塞現象，而其他路段通行能力尚有較大空間。除此之外，還存在停車泊位不夠完善、車位分布不合理等原因導致了車輛通行率低。第三，交叉口車輛混合。目前，我國部分平面交叉路口存在著機動車與非機動車混行現象，使交叉口的通行能力下降，特別是當交叉口間距不大時，會嚴重影響交叉口的通行能力。

1.2 道路交通韌性的定義

“韌性”起源于風險管理，是指在遇到突發事件或偶然情況時，能夠完全或部分地恢復系統性能的功能。與此類似，“道路交通韌性”這一概念也在運輸系統的需求管理中得到體現。類似于風險管理中的韌性，道路交通韌性是指當一種或多種干擾因素影響道路交通正常工作時，道路交通系統能夠持續地運送旅客和貨物。這些干擾包括極端的天氣狀況、道路交通堵塞、道路交通事故、道路交通基礎設施的缺乏或者失效等[2]。

在實際生活中，人們對道路交通韌性的界定是多方面的：首先，就出行者層次而言，道路交通韌性是指在乘客的道路交通工具受損無法繼續出行的情況下，其他乘客仍可以繼續出行。其次，從社區的角度來看，這意味著對于大多數的社區來說，居民可以選擇多種出行方式（公共的、私人的、地面的和地下的）。以小區為起點的道路交通流量可以在突發事故、緊急事故、季節性施工或其他突發事件中保持不變。再者，從經濟角度看，這是指各種道路交通方式在不考慮出行費用的前提下，在某些情況下發生變動后仍然能夠持續運作，如車輛和航空器使用的燃油漲價。最后，從政策層面看，這意味著道路交通韌性系統能夠根據新的運輸政策迅速地轉變和更新，以適應新的道路交通工具，以及對未來不確定因素的改變。

城市道路交通韌性是指車輛在道路上行駛時，其穩定性和安全性。它主要包括道路彈性系數、車轍程度和防滑性。道路越長其承載能力越強，而影響汽車能耗的因素則很多，其中最重要的就是道路本身的結構設計與材料選擇，其次是對車輛行駛速度影響最大的道路交通系統供給能力。

2 道路交通韌性的特點和制約因素

2.1 道路交通韌性的特點

由于道路交通是每個人最基本的需要，因此，道路交通是社會和個人最為關心的問題。一個具有良好韌性的道路交通系統對于社會、經濟和道路交通系統的可持續發展具有十分重要的意義。良好的道路交通韌性一般具有下列特點，見表1。

表1 道路交通韌性的特點

2.2 道路交通韌性的制約因素

道路交通韌性受多種因素的制約，如道路交通發展、經濟條件、道路交通環境等。

2.2.1 道路交通發展

道路交通發展是人類社會經濟活動在一定區域內不斷向前推進和成長的重要因素，而影響其發展的重要因素之一就是道路。截至2022年末，全國公路總長度已達約3 520 000 km，擁有36條高速公路，約176 000 km，組成了全世界最大的交通運輸網絡。根據發展規劃，到了2035年底，全國高速公路的總里程將達到467 000 km，平均每年增速達到15%以上，這表明我國道路交通正處于快速發展時期。

2.2.2 經濟條件

經濟是影響道路交通韌性的主要因素，而且在一定程度上也表明經濟狀況是影響道路交通韌性的最直接因素。在經濟發展較快的城市，道路交通韌性較以前有了很大程度的提高，但是由于汽車保有量增加而導致道路承受的壓力加大。隨著社會經濟發展和機動車數量的不斷增長，城市的道路交通韌性也在不斷增強。

2.2.3 道路交通環境

道路交通環境發生變化會影響道路條件也發生變化，如溫度、車輛性能、道路交通量及速度、天氣等[3]。

（1）溫度。溫度過高，瀝青路面會出現軟油現象，路面承載能力差、易變形，在這種情況下，會嚴重影響駕駛舒適性，容易導致司機無意變道，大大增加了道路交通事故的可能性，低溫時，瀝青路面會破裂，導致不連續、濕滑，減少道路和輪胎的附著力，造成道路交通事故。

（2）車輛性能。汽車行駛時受到周圍環境影響而引起疲勞損傷，在路面情況較差或較窄的路段上行駛時會產生不適應性，以及路面濕滑、顛簸造成的道路交通事故頻發。

（3）道路交通量及速度。車流特性與駕駛習慣之間有很大關系，由于駕駛員自身素質差，對車速和距離等方面沒有明確的認識、在行駛中不遵守道路交通規則，導致道路交通事故頻發，影響了車輛的通行時間和車速。

（4）天氣。氣候因素對汽車性能有很大的干擾。在大雪、低溫、持續降雨等惡劣天氣下，駕駛員反應速度慢，制動距離較長，難以控制。能見度低、空氣濕度高等都影響車輛的安全和正常運行。

3 城市交通擁塞治理與提高城市交通韌性的對策

3.1 基于動態交通流量的交通擁塞控制方法

動態交通流的形成是城市道路交通擁塞治理過程中最重要、最有效的研究內容。其控制模型是根據交通擁塞情況，預測道路車輛的行駛速度，然后利用該模型來實現。

（1）確定道路交通流量和總車位數之間存在線性關系。在對道路交通流量和出行需求進行預測時，可以使用靜態交通流量模型。根據該模型計算出相應時間段內道路交通流量和總車位數之間存在線性關系。如果在不考慮其他因素影響下確定最優目標函數值的話，就會導致延誤甚至錯亂。

（2）當交通量和總車輛數量確定時，動態交通流量的變化會導致車輛行駛速度的隨機性，此時可以使用靜態道路交通流量模型。該方法需要對道路數據進行采集和處理，因此只能作為一種工具來控制路面情況從而達到目的。同時，由于其計算復雜且耗時長并且結果不穩定，所以一般用于實時控制路面環境狀況，而不能預測未來路段下路況惡化程度和交通擁塞狀態變化規律，因此這種方法在實際應用中并不適用。

（3）通過實時監測信號燈、車速等信息，并結合當前路段上所有車道的通行狀況及擁塞狀態來判斷是否出現擁擠或堵塞現象。在實際應用中，主要有兩種方法可供選擇：動態交通流量控制算法與傳統的PID控制器相比，動態交通流量控制算法的優點是計算簡單，但其缺點也很明顯，如需要設置不同車道之間的PID控制器。因此，該模型存在一定的局限性。

3.2 加強路網擁塞控制

在路網擁塞問題日益嚴重的背景下，交通治理需要考慮到整體性，而城市道路系統是一個復雜的問題，因此要想解決好“瓶頸”問題就必須從整體上進行統籌規劃。首先，要建立一套科學、有效的評價指標體系。通過對道路交通流量的綜合分析，得出結論：如果交通需求之間存在差異，應采取優先級，優化車道，緩解擁塞。其次，可以通過分配交通量來減少交通擁塞。同時，應加強路網的規劃和管理，研究交通擁塞問題。交通擁塞也會影響到城市的發展。交通管理部門應根據城市的總體發展方向，合理設計路網規模和道路結構[4]。

3.3 建立健全交通管理制度

交通管理是一項專業性很強的工作，需要我們建立健全相關制度，提高人們對這個行業和它所具有的功能的認識。

首先，加強安全意識。由于道路條件有限，公路部門應加大力度進行路況檢查、維護以及改造工程建設等，同時也要注意道路環境安全問題及路面施工質量問題。例如，對于一些容易被破壞和易引發交通擁塞的路段，應該及時加固或者更換新的設施。其次，要加強對道路交通的管理。完善的公路交通管理體系是保證交通安全、減少事故發生、減少人員傷亡和財產損失的重要手段。再次，要提升駕駛員的駕駛習慣。通過對駕駛員進行宣傳和教育，提高他們對交通安全的認識，強化他們的安全意識。同時，也要在日常工作中注意養成良好習慣和行為規范，避免交通事故發生時不能及時處理，而導致事故擴大化以及人員傷亡和財產損失問題的現象發生。最后，要建立健全相關規章制度，并嚴格執行。

3.4 建立交通管理服務平臺

交通管理服務平臺是一個綜合性較強的體系，要求具有較強的專業性、技術能力和運營能力。交通管理服務平臺主要包括道路信息發布與處理、交通事故預防和車輛救援、視頻監控系統（對事故地點進行實時監測）、道路交通安全應急反應體系（GPS定位車流量檢測器），為駕駛員提供最及時有效的幫助和預警措施。

在建立交通管理機構時需要考慮實際情況，對交通管理服務平臺不斷地完善，能夠滿足不同層次用戶的需求，在功能上和技術上都更加成熟。規范化交通管理服務平臺的建立，首先需要專業技術人才，如果一個系統沒有專業人才，那么這個系統也是不成熟、不科學、不規范的。所以，在建設交通管理服務平臺時，必須要有專門的人員來開發和完善，這就要求我們必須要對其體系的構造與功能有所認識。其次，需要有硬件設施，比如交通信息采集設備、網絡通信設備等；最后，是技術方面的軟件支持，如車載影像監控系統、GPS、汽車檢測設備、司機駕駛體驗記錄儀等[5]。

4 結語

該文分析了城市交通擁塞的基本原理和交通擁塞對城市道路交通的影響，闡述了城市交通擁塞的定義、形成、類型以及影響，并對韌性的定義、概念、分類、特征及制約因素進行了論述，最后對城市交通擁塞的治理與提高交通韌性提出相應的對策。增強交通韌性不僅是一個城市的發展問題，也關系到社會發展和國家利益，因此在研究過程中還應考慮交通系統整體水平與各組成部分之間的協調性、安全性等。城市交通擁塞問題解決的好壞程度，直接影響著交通系統韌性，間接影響著居民出行效率和社會經濟效益，因此該文在研究過程中也考慮到各方面因素對緩解道路交通擁塞的影響。