1.2.1 美国

1.2.1 美国

为了便于交通管理部门更好地把握交通拥堵的状态与成因,美国提出了多种交通拥堵评价指标,包括行程时间指数(Travel Time Index,TTI)、道路拥堵指数(Road Congestion Index,RCI)、拥堵持续指标(Lane Kilometer Duration Index,LKDIF)、拥堵严重度指标(Congestion Severity Index,CSI)、Tomtom 拥堵指数(Tomtom Congest Index,CI)以及单位出行者延误时间(Average Delay Per Traveler,ADPT)、拥堵成本(Congestion Cost,CC)等[10]

1.行程时间指数(TTI)

美国得克萨斯州交通研究所(Texas Transportation Institute)最早提出了交通指数概念。该研究所主要致力于道路交通机动性方面的研究,采用行程时间指数TTI 来描述道路网络中路段行程时间的随机波动特征,其定义为[11]

TTI 表示高峰期间实际行程时间与自由流状态行程时间的比值。例如,当TTI 值为1.30时,表示20 min的自由流出行在高峰出行时段将会花费26 min。

2.道路拥堵指数(RCI)

1994年美国得克萨斯州交通研究所提出道路拥堵指数(RCI)。RCI 定义为不同等级道路(包括高速公路和主干路)每公里平均日交通量的加权平均值,可用来衡量道路交通密度,描述拥堵强度和持续情况,具体计算分为三个步骤[10]

(1)计算每日车英里数DVMT,公式如下:

式中,AVMT 表示每年的车英里数,该数据由美国联邦公路局提供。

高速公路(freeway)、主干道(arterial)的日车英里数分别由市区道路和乡村道路两部分组成:

式中 UDVMT——市区的日车英里数;

RDVMT——乡村的日车英里数。

(2)计算每日车道英里数。日车道英里数由日车英里数除以车道里程得到,即

式中 PLM——日车道英里数;

ULM——市区车道里程,车道里程为车道线与线路长度的乘积;

RLM——乡村车道里程。

(3)计算道路拥堵指数RCI,用车英里数与车道英里数的比值经加权后计算,即

若RCI ≥1.0,说明交通处于拥堵状态。

3.拥堵持续指标(LKDIF)

加利福尼亚州35座城市采用LKDIF作为评价周期性交通拥堵严重程度的指标,具体计算可分为两个步骤[10]

(1)判别拥堵路段。该方法采用年平均日交通量与通行能力的比值(V/C 或AADT/C)来判别,当V/C >1.0或AADT/C >9.0时,定义该路段发生交通拥堵。

(2)计算区域LKDIF 值。以路段上发生交通拥堵的车道长度和持续时间来计算,即

式中 Li——拥堵路段的车道长度,km;

ti——路段拥堵的持续时间,h;

N——区域内发生拥堵的路段数。

4.拥堵严重度指标(CSI)

美国联邦公路管理局以拥堵严重度指标CSI 作为量化拥堵的指标,将其定义为每百万车公里出行总的车辆延误时间。若只考虑高峰期间,并且该指标统计标准定义为千车公里出行时,CSI 可由式(1-9)计算[10]

式中 Dpeak——高峰小时千辆车的出行总延误,h;

Lpeak——高峰小时千辆车出行的车公里数。

5.Tomtom Congest Index(CI)

目前,一些北美城市采用CI 指标评价交通拥堵状况。与TTI 指标类似,该指标以出行时间比为核心,反映实际出行时间比自由流情况出行增加的时间比例,既能用于宏观分析,又能用于中、微观分析[10],即

式中 Ta——实际的出行时间,h;

Tf——在自由流下的出行时间,h。

6.拥堵成本

拥堵成本指标是从经济学角度出发,定义为在拥堵出行中额外时间和额外燃油的价值[12]

除了上述构建具体的指标模型来评价交通拥堵状况外,2016年美国《道路通行能力手册》(Highway Capacity Manual)(以下简称HCM2016)[13]中的公路服务水平也可用于评价道路运行状况,其根据高速公路的车流密度、交叉口的平均停车延误和主干路的平均速度来定义。HCM2016将车速在22 km/h以下的不稳定车流称为拥堵车流[11]

HCM2016通过计算平均行程速度与对应公路自由流速度之比(记为r),将公路服务水平划分为6个等级。

(1)A 级:r≥90%,自由流状况,交通流中车辆的操控完全不受阻碍,信号控制的延误最小;

(2)B级:70%≤r<90%,合理无阻碍状况,交通流中的机动性仅受到轻微限制,信号交叉口的控制延误不显著;

(3)C级:50%≤r<70%,稳定运行状况,与B级相比,车辆在道路中部的操控和变换车道能力受到较大限制;

(4)D 级:40%≤r<50%,临界运行状态,接近交通流量稍有增加就会引起延误明显增大、行程速度大幅下降的范围;

(5)E级:33%≤r<40%,延误显著;

(6)F级:25%≤r<33%,车辆运行速度非常低。

对于一般道路,服务水平采用C级即稳定运行状况来控制即可。