道路通行能力不确定性分析方法研究
作者：张东海
来源：《科学与财富》2015年第02期
摘 要：现如今，伴随着我国社会经济的可持续发展，城市化进程也在飞速加快，城市人口正在不断增加，再加之人们生活水平普遍得到了提升，对于机动车的需求也越来越多，这就导致城市道路交通存在着很大的压力，产生了很多不确定性的因素，交通堵塞已经成为了一种非常普遍的现象，这不仅给人们的日常出行造成了很多的不便，还大大降低了道路的通行能力，极大的制约了我国交通事业的健康发展。因此，这一问题也是我国目前亟待解决的首要任务之一。为此，笔者通过结合自己的工作经验，重点对道路通行能力不确定性进行了研究讨论，从而得出以下相关结论，以供参考。
关键词：道路通行能力；不确定性；分析方法
可以说，道路通行能力可以对交通流率进行反复的观测，而不是仅仅对绝对最大的流率进行观测，这是由于机动车类型、或是驾驶员特性的不同，其在每一个路段、每一个时间段产生的绝对最大流率也存在着明显的差异。并且，因为交通流自身有着一定的随机性，致使道路交通能力具备了不确定性的特点，再加之人员在利用计算机程序对其通行能力进行计算时，输出的结果也是固定不变的，并没有将不确定性很好的体现出来，这就导致大部分人对道路通行能力不确定性有着错误的认知。为此，本文就对道路通行能力不确定性分析方法进行了简要的探讨。
1 道路通行能力研究的内容及意义
1.1 道路通行能力主要的研究内容
通常情况下，所谓的道路通行能力也被称之为道路同容量，其主要是指在规范的交通管制、公路运行质量要求的情况下，在一段单位时间内对道路设施中通过的最大车辆数进行计算，以此来得出道路实际的通行能力，对于疏导车辆有着至关重要的影响与意义。并且，道路通行能力也是道路交通最大疏导能力的体现，其中，道路将会承担着全车辆所产生的运行极限值，一般会将道路通行能力按照车流运行状态具体分类两个方面：一方面是间断车流通行能力，其是包括了道路基本试行路段的通行能力。而另一种则是连续车流通行能力，重点是指交织路段、交叉口的道路通行能力。因此，我们在道路通行能力进行研究时，尤其是对其不确定型进行分析的过程中，必须其实根据道路通行能力的大小，对其进行科学合理的定义，同时要对影响道路通行能力的因素进行分析，从而采取相关有效的建议措施，逐步提高我国交通道路服务水平。
1.2 道路通行能力的研究意义
道路通行能力研究的目的是确定某道路设施在通常条件下能容纳的最大交通量；确定在保持与规定运行特性相适应的条件下，某道路设施所能容纳的最大交通量；设计与通行能力相适应的道路交通设施；通过对实际道路通行能力观测值的比较，评价道路系统，找出影响通行能力的因素，提出改善车流行驶状况的建议和措施，以期能达到所要求的最大交通量。道路通行能力是道路交通特征的一个方面，也是一项重要指标。确定道路通行能力是道路交通规划、设计、管理与养护的需要，同时也是解决以下课题的基础和依据。
2 道路通行能力不确定分析的概述
一般在对道路能力的不确定性进行分析时，应该重点从三个方面而入手：一是通行能力分析模型的不确定性。二是模型参数的不确定性。三是交通需求的不确定性。其中，第三方面的交通需求产生的不确定性主要是对道路连续流设施，例如对快速路基本路段的通行能力进行分析，具体的特征表现是在单位时间内，通过道路设施断面的车流量与同时间间隔内的交通量并不相同。而对于非连续流交通设施来说，每一辆机动车的车头时距都是不确定性的，尤其是在受到交通组成因素，或是人为因素的影响，所建立的道路通行能力分析模型并不能对影响道路通行能力的因素进行详细的描述。
3 通行能力不确定性度量
3.1 概率分布和分位数
如果利用概率分布的分析方法，就可以将道路通行能力的分布情况进行全面的掌握，若是在特定的道路交通条件下，其中连续连续流设施的通行能力分布状态呈现对称性，因此我们就可以采取正太分布来对通行能力进行刻画。并且，为了让相关工作人员更加了解连续流设施的通行能力的不确定性，分位数也是一直非常简单明了的方法，常用的分位数为5%，25%，50%等等，当分布保持在对称分布情况时，其平均值与分位数的作用基本一致。
3.2 样本标准差
为了对道路通行能力不确定性进行更好的描述，我们可以先对道路通行能力的通行能力进行详细的计算实测，得出关于平均值的离散程度，若是标准差较大，则说明分散程度越大。反之，如果标准差较小，产生的分散程度也相对较小。
3.3 置信区间
根据对用户进行大量调查结果表明，大部分使用者更加倾向于置信区间对道路通行能力不确定性的描述，其不仅对道路通行能力实际的取值范围进行了精确的计算，还充分保障了道路能力的平均值在区间内的可靠性。
4 通行能力不确定性分析方法
道路设施通行能力研究方法一般有数据采集-统计分析和计算机模拟方法.计算机模拟可以给出通行能力及其随机性统计指标，但该方法往往假设观测服从一定的分布（如正态分布），分析结果往往受到模型假设的影响.采用数据采集-统计分析的方法要求样本量较大，特别是对于通行能力往往是基于运算的结果（运算结果为统计量），分析其不确定性对样本量要求较高，基于上述原因，可采用自助法（bootstrap）方法。
应用上述方法，笔者针对某条快速路基本路段外侧车道通行能力进行了分析。由通行能力的定义可知，快速路基本路段通行能力可以界定为稳定流和非稳定流的交点（如图1所示），由图1可以发现，由于散点图上下两支是带形的，稳定流和非稳定流的交叉点是不惟一的（根据某市三环路的观测结果，当占有率大于28%时，交通流处于不稳定流状态；当占有率小于28%时，交通流处于稳定流），因此，根据观测数据确定的通行能力值具有一定的不确定性.根据文献研究结果，对稳定流和不稳定流可以用下述关系式拟合速度-流量关系。
图1 速度-流量散点图
结束语
交通工程人员的重视.特别的，通行能力对道路设施服务水平的评价影响极大，而现有的评价方法都没有把通行能力不确定性考虑在内.因此，在考虑通行能力的不确定性基础上，如何评价道路服务设施服务水平将是通行能力研究中面临的一个挑战，也是通行能力研究的一个重要问题，本文的讨论以期对上述问题的解决奠定良好的基础。
参考文献
[1]交通部科学研究院，交通部规划研究院.发达国家高速公路发展的经验与启示[R].国家高速公路网规划专题研究报告，2005.
[2]交通部规划研究院，长沙理工大学.国家高速公路网布局研究[R].国家高速公路网规划专题研究报告，2005.
[3]陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].北京：人民交通出版社，2003.
道路通行能力不确定性分析方法研究
作者：张东海
来源：《科学与财富》2015年第02期
摘 要：现如今，伴随着我国社会经济的可持续发展，城市化进程也在飞速加快，城市人口正在不断增加，再加之人们生活水平普遍得到了提升，对于机动车的需求也越来越多，这就导致城市道路交通存在着很大的压力，产生了很多不确定性的因素，交通堵塞已经成为了一种非常普遍的现象，这不仅给人们的日常出行造成了很多的不便，还大大降低了道路的通行能力，极大的制约了我国交通事业的健康发展。因此，这一问题也是我国目前亟待解决的首要任务之一。为此，笔者通过结合自己的工作经验，重点对道路通行能力不确定性进行了研究讨论，从而得出以下相关结论，以供参考。
关键词：道路通行能力；不确定性；分析方法
可以说，道路通行能力可以对交通流率进行反复的观测，而不是仅仅对绝对最大的流率进行观测，这是由于机动车类型、或是驾驶员特性的不同，其在每一个路段、每一个时间段产生的绝对最大流率也存在着明显的差异。并且，因为交通流自身有着一定的随机性，致使道路交通能力具备了不确定性的特点，再加之人员在利用计算机程序对其通行能力进行计算时，输出的结果也是固定不变的，并没有将不确定性很好的体现出来，这就导致大部分人对道路通行能力不确定性有着错误的认知。为此，本文就对道路通行能力不确定性分析方法进行了简要的探讨。
1 道路通行能力研究的内容及意义
1.1 道路通行能力主要的研究内容
通常情况下，所谓的道路通行能力也被称之为道路同容量，其主要是指在规范的交通管制、公路运行质量要求的情况下，在一段单位时间内对道路设施中通过的最大车辆数进行计算，以此来得出道路实际的通行能力，对于疏导车辆有着至关重要的影响与意义。并且，道路通行能力也是道路交通最大疏导能力的体现，其中，道路将会承担着全车辆所产生的运行极限值，一般会将道路通行能力按照车流运行状态具体分类两个方面：一方面是间断车流通行能力，其是包括了道路基本试行路段的通行能力。而另一种则是连续车流通行能力，重点是指交织路段、交叉口的道路通行能力。因此，我们在道路通行能力进行研究时，尤其是对其不确定型进行分析的过程中，必须其实根据道路通行能力的大小，对其进行科学合理的定义，同时要对影响道路通行能力的因素进行分析，从而采取相关有效的建议措施，逐步提高我国交通道路服务水平。
1.2 道路通行能力的研究意义
道路通行能力研究的目的是确定某道路设施在通常条件下能容纳的最大交通量；确定在保持与规定运行特性相适应的条件下，某道路设施所能容纳的最大交通量；设计与通行能力相适应的道路交通设施；通过对实际道路通行能力观测值的比较，评价道路系统，找出影响通行能力的因素，提出改善车流行驶状况的建议和措施，以期能达到所要求的最大交通量。道路通行能力是道路交通特征的一个方面，也是一项重要指标。确定道路通行能力是道路交通规划、设计、管理与养护的需要，同时也是解决以下课题的基础和依据。
2 道路通行能力不确定分析的概述
一般在对道路能力的不确定性进行分析时，应该重点从三个方面而入手：一是通行能力分析模型的不确定性。二是模型参数的不确定性。三是交通需求的不确定性。其中，第三方面的交通需求产生的不确定性主要是对道路连续流设施，例如对快速路基本路段的通行能力进行分析，具体的特征表现是在单位时间内，通过道路设施断面的车流量与同时间间隔内的交通量并不相同。而对于非连续流交通设施来说，每一辆机动车的车头时距都是不确定性的，尤其是在受到交通组成因素，或是人为因素的影响，所建立的道路通行能力分析模型并不能对影响道路通行能力的因素进行详细的描述。
3 通行能力不确定性度量
3.1 概率分布和分位数
如果利用概率分布的分析方法，就可以将道路通行能力的分布情况进行全面的掌握，若是在特定的道路交通条件下，其中连续连续流设施的通行能力分布状态呈现对称性，因此我们就可以采取正太分布来对通行能力进行刻画。并且，为了让相关工作人员更加了解连续流设施的通行能力的不确定性，分位数也是一直非常简单明了的方法，常用的分位数为5%，25%，50%等等，当分布保持在对称分布情况时，其平均值与分位数的作用基本一致。
3.2 样本标准差
为了对道路通行能力不确定性进行更好的描述，我们可以先对道路通行能力的通行能力进行详细的计算实测，得出关于平均值的离散程度，若是标准差较大，则说明分散程度越大。反之，如果标准差较小，产生的分散程度也相对较小。
3.3 置信区间
根据对用户进行大量调查结果表明，大部分使用者更加倾向于置信区间对道路通行能力不确定性的描述，其不仅对道路通行能力实际的取值范围进行了精确的计算，还充分保障了道路能力的平均值在区间内的可靠性。
4 通行能力不确定性分析方法
道路设施通行能力研究方法一般有数据采集-统计分析和计算机模拟方法.计算机模拟可以给出通行能力及其随机性统计指标，但该方法往往假设观测服从一定的分布（如正态分布），分析结果往往受到模型假设的影响.采用数据采集-统计分析的方法要求样本量较大，特别是对于通行能力往往是基于运算的结果（运算结果为统计量），分析其不确定性对样本量要求较高，基于上述原因，可采用自助法（bootstrap）方法。
应用上述方法，笔者针对某条快速路基本路段外侧车道通行能力进行了分析。由通行能力的定义可知，快速路基本路段通行能力可以界定为稳定流和非稳定流的交点（如图1所示），由图1可以发现，由于散点图上下两支是带形的，稳定流和非稳定流的交叉点是不惟一的（根据某市三环路的观测结果，当占有率大于28%时，交通流处于不稳定流状态；当占有率小于28%时，交通流处于稳定流），因此，根据观测数据确定的通行能力值具有一定的不确定性.根据文献研究结果，对稳定流和不稳定流可以用下述关系式拟合速度-流量关系。
图1 速度-流量散点图
结束语
交通工程人员的重视.特别的，通行能力对道路设施服务水平的评价影响极大，而现有的评价方法都没有把通行能力不确定性考虑在内.因此，在考虑通行能力的不确定性基础上，如何评价道路服务设施服务水平将是通行能力研究中面临的一个挑战，也是通行能力研究的一个重要问题，本文的讨论以期对上述问题的解决奠定良好的基础。
参考文献
[1]交通部科学研究院，交通部规划研究院.发达国家高速公路发展的经验与启示[R].国家高速公路网规划专题研究报告，2005.
[2]交通部规划研究院，长沙理工大学.国家高速公路网布局研究[R].国家高速公路网规划专题研究报告，2005.
[3]陈宽民，严宝杰.道路通行能力分析[M].北京：人民交通出版社，2003.