[科普中国]-交通拥挤

背景

随着人民生活水平的不断提高，科技的不断发展，机动车在数量和质量外观上不断突破创新的同时，交通拥堵的负面影响也凸显的尤为明显。

之所以人们开始关注并有效缓解交通拥堵问题是因为交通拥堵不但对人们的日常生活与工作带来许多不便，而且对城市的经济发展起到了严重的制约作用。2

交通拥堵的危害车辆在行车道上受阻的现象我们称之为交通拥堵现象。交通拥堵问题引起了诸多方面的困扰。首先，由于交通的不畅通，车辆在道路上行驶缓慢，最直接的影响是增加了居民的出行时间和成本。出行成本的增加，不仅浪费了时间，最主要是降低了办事效率。

其次，人们的身心健康也受到了伤害。人们在堵车时，情绪波动就会非常大，心情一般都是比较焦急，急躁的。如果长期处于这种情绪下，人的身心健康就会受到影响。

再者说，心情不好，办事效率必然低下，将直接影响到一天的工作状态。另外，城市的环境也受到了严重的威胁。交通拥堵车辆只能慢速前进，这样一来，停车和启动的就变得尤为频繁，不仅增加了尾气的排放量，也造成了噪声污染。2

城市道路交通拥堵特性城市道路是由错综复杂的路段和交叉口组成的，不同时间、地点的交通流组成和流量有差异，交通拥堵产生的原因、发生地点、影响范围也不一样，表现出明显的时间和空间分布特性。

拥堵交通流特性交通拥堵是道路在一定时间内供需不平衡的直接体现，当发生交通拥堵时，道路上游和下游的交通流发生明显的变化。在上游路段，通行能力下降，车流密度不断上升，道路的占有率不断增加，行车速度下降，通过道路断面的交通流量不断减少，车辆延误增大，从而使到达目的地的行程时间增加。

城市道路交通拥堵分类根据交通拥堵发生的原因，可分为常发性拥堵和偶发性拥堵（正常拥堵和非正常拥堵）。常发性拥堵是指在一定的时间内，交通需求超过道路的通行能力而发生交通拥堵的现象。这种拥堵发生的主要原因是交通流量的增大，超过了道路的正常容量，发生地点通常在道路的瓶颈处，发生时间一般为上下班的高峰时间段内。这种拥堵具有一定的规律性，通常在固定的路段、交叉口和固定的时间内反复出现，属于周期性的拥堵，拥堵的持续时间在一定范围内波动，发生具有一定的预见性。偶发性拥堵多为交通事件的突然发生，导致道路的通行能力急剧下降，从而引起交通拥堵的现象。引发这种交通拥堵的交通事件主要有突发的交通事故、车辆抛锚、道路施工维护以及大型商业活动等。突发交通事件的发生时间、地点具有较大的随机性，没有规律，通常无法预测，属于非周期性的拥堵。由于诱发交通事件的原因不同，拥堵的持续时间具有不确定性。根据交通拥堵发生的类型，可分为原发性拥堵和继发性拥堵。原发性拥堵是指由于道路瓶颈或交通事件的发生而产生的拥堵现象，由直接原因所导致。继发性拥堵通常是由于原发性拥堵的产生，使得交通流在局部范围内不能及时疏散，滞留的交通流向其他支路进行回流和蔓延，从而使其他相关路段交通需求突然增加，产生交通拥堵的现象。继发性拥堵通常由偶发性拥堵所引发，若不及时控制和疏导，将造成交通大面积的瘫痪。为避免城市交通状态的恶化，要尽量避免继发性交通拥堵的发生。因此，对于交通控制和管理部门来讲，及时发现原发性拥堵发生的时间、地点，并对拥堵的性质和拥堵程度进行准确分析和判断非常重要，是交通疏导和控制的重点。根据交通拥堵的程度，可分为拥挤、非常拥挤、严重拥挤及死锁。发生死锁时，车辆几乎不能运行，交通处于瘫痪状态。

根据交通拥堵的影响范围，可分为局部拥堵和网络（区域性）拥堵。局部拥堵是指在某条道路的瓶颈处或交叉口由于交通需求大于通行能力而出现的拥堵现象，通过道路的自行调节能力或通过交通管理人员的临时疏导，可恢复到正常运行状态。网络或区域性拥堵通常是指区域内有多条道路和交叉口出现拥堵现象，致使区域聚集的车辆过多，整个道路网络无法畅行。在这种情况下，需要对部分路段的交通流进行有效的管制，对交通流进行合理的疏导，否则整个区域内道路交通处于一个闭环锁死的状态。1

交通拥堵的成因其实，从交通拥堵问题的分析来看，我们会发现，交通拥堵一般情况下不是发生在全天的每时每刻，也不是发生在大城市的每个路段，每条道路。而是发生在市民比较容易聚集的时刻与路段，比如说，早中晚的上下班也正是学生早中晚的上下学时间，人流突然聚集与加大，必然增加了车辆的拥堵。其次，城市的中心要道和道路交汇处要比其他路段更容易发生交通拥堵。但是，交通拥堵问题也不能简单的归因于人流的突然聚集与道路所处的位置，导致交通拥堵的现象还有以下几方面原因:

道路的容积率小随着机动车的激增，大城市的道路依旧以旧容量来应对，道路的发展速度远远跟不上机动车增加的速度。在加上高峰期人们都会聚集到市中心，人流量增大，这就导致国内许多大城市例如北京、天津、上海、深圳等城市的中心道路出现严重的塞车现象。尤其在出行的集中路段的高峰期时刻，俨然可以形象的将这些集中路段比喻成“停车场”。

道路结构道路结构的设计，也对交通的通达与否产生了重要的影响。在我国，大城市的道路一般以放射性分布，以市中心呈发散状态向四周延伸。这样的结构虽然方便了郊区到达市中心的便捷度，但在很大程度上也造成了市中心的拥堵。另外，纵横交错的道路交汇路段就会增多，这样，就会造成严重的回堵现象。

出行总量的时间分布在我国，由于人们出行量在时间分配的不均匀，可以分为高峰期和非高峰期。而发生时间短，人流密集是我国高峰期的显著特点。换言之，在高峰期时刻，人流量的激增与道路结构的矛盾就显得尤为突出。增大了交通系统的压力。

城市建筑规划道路的结构走向在很大程度上是受城市建筑规划影响的，一般大城市的市中心多聚集商业，一些第三产业成为市中心的主流。这样一来，非市中心地带的人流就会向中心聚集，这样的中心布局必然增大了市中心的道路需要，使中心道路成超负荷运行状态。另一方面，城市交通规划的布局没有充分考虑到城市用地的布局，两者不相适应，可能对路网布局规划时，忽略了城市用地布局的影响，这样也就造成了某些路段超负荷运行的压力。

交通管理一方面，由于我国交通法律法规方面的不健全，在加之交通管理部门对安全教育的宣传力度比较低，人们对安全意识方面的认知比较少，所以就会出现好多违反交通法规的行为。

在原本就比较拥堵的道路上随意变更车道，加塞，超车等不文明现象时有发生，这样一来，不但加剧了拥堵的时间，还造成了极大的安全隐患。另一方面，我国的交通管理系统的智能化水平还远远不够，交通指挥中心不能对实时路况进行全面的分析与疏通，不能及时处理情况。2

交通拥堵的解决方案对于交通拥堵的问题，可以看出，造成交通拥堵问题的因素不单单是一方面的原因，而是各方面因素共同作用的结果，所以，我们就要从多方面，多角度去分析解决这个问题。

单双号限行随着人民生活水平的提高，私家车的数量与日俱增已成为现实，为了缓解交通压力，减少出行车辆，可以执行单双号限行政策。这样既公平，又可以减少出行车辆，达到缓解交通拥堵的目的。

加大绿色出行的宣传效果绿色出行就是尽量乘坐公交车，自行车甚至步行的一些比较环保的出行方式。这样既减少了汽车尾气对环境的影响，同时也可以达到锻炼的目的。

国家可以在一些公益广告时间加大对绿色出行的宣传，也可以举办一些公益活动，让市民感到绿色出行的重要性。另外，市民也可以选择“拼车”，这样也大大减少了私家车的使用。

道路建设减少分叉道路的使用，此中方法包括高架道路，铁路地下化，地下行车道等。发现公共交通系统，都能有效缓解塞车。

完善交通运输系统和智能公共管理系统提高我国交通管理方面的智能化，可以大大降低交通拥堵带来的不便。2

交通拥堵状态判别研究现状交通运行状态是指城市中某条道路或某一区域交通运行状况的整体表现，驾驶员和乘客通过实际感受，常用“拥挤”、“非常拥挤”等定性语言来描述，与交通参与者所处的城市规模、道路等级、交通方式以及出行的目的有关。相同的交通量，不同的运行环境和人群有不同的感受，因此在交通拥挤的定量度量和判别上，不同的国家有不同的判别标准。

早期的交通流状态主要靠人工调查进行，随着电子信息技术的发展以及检测技术的不断提高，使得交通参数自动采集成为可能。从20 世纪60 年代开始，国外学者对交通拥挤状态自动识别 (Automatic Traffic Congestion Identificati,ACI)进行研究，提出了许多自动判别的方法，主要包括参数阈值法、数值分析法以及模式识别方法等。

参数阈值法该方法是在对交通特性进行分析的基础上，利用采集的流量、速度、占有率等参数的一个或多个作为判别指标，当该参数超过设定的阈值时，认为发生了交通拥挤事件。最具代表性的主要有California算法（加州算法）、Mc Master算法、以及莫尼卡(Monica)算法等。其中加州算法于1965年在美国洛杉矶公路管理控制中心开始使用，该算法通过固定检测器获取路段上下游双截面占有率数据，将平均占有率的差值与对应地点的阈值进行比较，对道路的拥堵事件进行判别。

数值分析法该方法通常通过对历史数据进行数理统计分析得到预测值，利用该数值与实际测量数据进行比较后进行判别，主要有标准偏差法（SDN）、双指数平滑（DES）算法、时间序列法等。德克萨斯州交通协会在1970-1975年期间开发了标准偏差法，该方法将t时刻之前采集的n个交通参数的算术平均值作为当前时刻的预测值，然后将实际采集数据进行标准正态偏差处理，当正态偏差超过事先设定的阈值时，则判定发生了偶发性交通拥挤。

模式匹配的方法Willsky(1980)等提出了一种从宏观检测的动态模型算法，该方法认为交通流参数间的分布关系服从某种既定的模式，通过采集历史数据，建立流量—密度及速度—密度关系的分布模型，并设定几种可预测的模式，然后将采集的实时交通流数据利用一般似然法（GLR）和多重模型法（MM）进行分析，检查参数间的关系是否与给定的交通模式相匹配，进而判断交通的运行状态。

国内专家学者对交通拥挤自动判别也进行了相关研究，但起步较晚。早期的研究主要借鉴和参考国外的经验和方法，随着交通拥堵现象在我国大中城市的出现并日益突出，许多学者开始研究适合我国交通流特点的交通拥挤状态识别方法。

随着城市交通拥挤范围的扩大和拥挤程度的加剧，研究单条道路或独立交叉口的交通状况已不能完全反映区域道路控制与管理的要求，面向网络层次的交通状态判别和分析已逐渐引起国内外学者的关注和研究。

国内外学者对交通状态的自动识别进行了相关研究，并取得了一些有益成果，有些在实际应用中取得了较好的效果。总的来看，早期的对交通状态的自动判别主要集中在偶发性交通拥挤上，研究对象主要是交通流连续的高速公路和城市快速路，将交通拥挤作为异常事件来处理，而对城市道路的常发性拥挤的自动识别方法相对较少。城市主干道与高速公路的交通流特性存在较大的不同，影响城市道路交通运行的因素较多，除道路施工、交通事故等引起的偶发性拥挤外，常发性拥挤更加突出。由于城市道路网的构成复杂，以及我国特有的机非混合的交通流的复杂性，给城市道路交通状态的判别增加了难度。1

交通拥堵控制策略与方法研究现状从控制范围来分，可将交通拥堵控制策略分为局部控制策略和系统控制策略。局部控制策略是以路网的一部分为研究对象（如单个路段或交叉口），通过对局部交通资源的优化，进一步提高研究区域的交通性能。

从控制时间的角度，可将交通拥堵控制分为三种类型，分别为静态预防、实时控制和动态预防控制。静态预防控制策略能够较好地降低交通拥堵的传播速率，但该方法灵活性较差；动态控制策略主要是采用人工干预的方法，对区域交通实施临时性管制。常见方法有转弯禁限措施和交通诱导方法等。例如，米德尔塞克斯大学采用车辆禁行的措施，研究了紧急事件单行道的拥堵消散控制问题。

国内外学者在交通拥堵的机理和拥堵应对策略的研究上取得了许多研究成果，早期解决交通拥堵的主要手段是加强交通设施建设，增加整个路网的交通容量，以满足交通需求。进入 80 年代以后，逐渐将重点转向了如何提高现有道路的利用效率，使现有道路网得以充分利用。随着城市交通拥堵日益加剧，以及智能交通（ITS）的出现，交通工程专家和学者们逐渐意识到交通供求不平衡的重要性，仅靠增加交通供给方面的对策很难从根本上解决城市交通拥堵问题，于是人们又把解决交通拥堵的措施转向了ITS，以期通过对交通流的引导与智能化管理，有意识地改变交通流在路网中的时空分布，调整交通出行的均衡。目前，在国内外许多大城市开始关注交通网络的拥堵管理，如利用 GIS 技术开发城市交通拥堵管理系统，应用 GPS 定位技术采集行程时间和速度数据，以行程时间作为度量路网性能的主要参数。但是，由于对城市道路交通拥堵的机理、时空演化特性缺乏科学的认识和把握，导致对由常发性交通拥堵和突发交通事件（事故）引发的偶发性交通拥堵出现的地点、时刻、波及范围、持续时间不能做出正确的预警，因此，现有的关于交通拥堵疏导控制策略也往往是停留在原则性的层面，缺乏系统性和可操作性的措施。造成交通拥堵的本质原因是交通供需的失衡，由于没有对造成交通供需失衡的原因进行充分的分析，在制定交通拥堵疏导策略和控制方法时过分强调交通量的分流，盲目地实施扩建道路、限制购买需求、限制出行需求以及道路限行等策略，而忽略从路网结构出发制定交通流疏导策略和控制方法，有的甚至通过简单的交通管制措施，将事故点的交通拥堵流分流到其他地点，导致交通拥堵在路网中游动和扩散。

在交通信号控制方面，部分学者对单交叉口自适应控制和多交叉口信号协调控制进行了深入的研究，虽然提高了局部范围内的交通运输效率，但在实施过程中没有对区域内交通拥堵时空特性、拥堵性质和拥堵等级进行分析，区域控制效果改善不大。此外，现有研究在交通拥堵疏导控制方法的具体实现方面也考虑不够，对智能交通系统框架内建立的交通信息采集、交通监控、路径诱导等应用系统如何在解决城市交通拥堵方面的应用研究不多，现有研究基本上是脱离开智能交通系统可能提供的支持，在假设和理想化的道路网络环境下开展，从而影响了理论研究成果在实际工程的应用。因此，在智能交通的大环境下，有必要对缓解现代城市日益严重的交通拥堵的应对策略及控制方法进行进一步的分析研究。1

结语面对交通拥堵这个问题，要从多方面进行分析与解决。不但要理解好人口与道路之间的矛盾，还要从道路结构与城市规划，城市布局方面加以考虑。最后，我们不但要通过一些管理政策与科学技术进行解决，还要提高人为对交通拥堵的影响。2