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【摘 要】 在城市规模逐渐扩大的情况之下，整个道路交通系统运转的核心是保证高架道路的质量管理，其在城市交通之中发挥着十分重要的作用，虽然高架道路的基本定位是服务于快速交通以及长距离。然而逐渐增长的交通压力而产生的交通拥堵问题有也出现在高架道路之上，因为其封闭性的特征，使得较难对排队车辆进行疏散，使得高架道路交通拥堵情况较为明显，因此高架道路的特殊性，所以急需要解决城市高架道路拥堵问题。本文就城市高架道路的交通运行特征进行分析，以供参考。
【关键词】 城市高架道路；运行特征；交通量
引言：
作为大城市道路交通系统的动脉，高架道路在城市居民交通出行中起着重要的作用。尽管高架道路的最初定位是为长距离、快速交通服务，但由于与其它等级道路之间的连通性强以及居民出行路径选择习惯等因素，高架道路同样吸引了大量的短距离交通；加之不合理的、密集的出入口结构设计，以及不科学的、复杂的道路和管理流线设计，导致“高架道路”向“慢速路”发展的现象和趋势。
高架道路是“在城市内修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式，具有单向双车道或以上的多车道，并设有配套的交通安全与管理设施的城市道路”—般由主路、辅路和匣道构成，且包含中央隔离带、主辅隔离设施。高架道路一般单向多车道、技术等级高、全部立体交叉、匣道控制出入且配套设施完善，具有干扰小、高容量、大通行能力等特点。尽管起初的定位是为长距离交通服务，但密集的出入口道设计以及与其它等级道路的良好连通性，同样吸引了大量的区域内部短距离出行交通，导致高架道路交通构成复杂。
一、高架道路物理结构特征分析
（一）宏观结构与功能
在200万以上人口的大城市或长度超过30公里的带形城市应设置高架道路。在城市道路系统中，高架道路作为高等级道路以承担快速、长距离的区间交通为主要功能。为适应城市规模扩大、发挥交通连通的干道功能，在宏观层面，高架道路网主要呈环形放射状，由环线和放射线构成，二者相互配合。环线高架道路能够逐层疏解交通，减少对中心区带来的交通压力，且外围环路的通行条件优于内部环路；放射线道路则把多层环路关联起来，減少车辆的绕行距离，使环与环之间的联系更加便捷。环形放射式的高架道路网结构有利于市中心与外围道路的有效连接，具有通达性好、非直线系数小、有利于城市交通扩散和过境交通分流等优点。如图1所示为环形放射式高架道路的宏观结构与功能位置。
内环：作为城市核心环，主要为城区内部交通疏散服务，一般当出行起终点都在中心区或一端在中心区时，较长距离的交通会被吸引到内环上。如北京二环。中环：作为城市的绕城环，主要是为进出中心区的交通分流，当出行的起终点一端在中心区时，会被吸引到中环，如北京的三环、四环。外环：主要为穿越截流，当交通流的起终点都在城区以外时，外环会对过境交通起到屏障截流的作用。例如北京的五环。外层环线：主要作为城市外围体系的连接线，当城市向多中心、多层次、组团式阶段发展时，可利用外层环线对城外体系进行快速连接。例如北京的六环。城市高架道路交通流特征与其宏观网络结构和功能密切相关，了解路面交通出行构成有助于分析交通状态和拥堵等问题的特点和成因。
（二）微观结构与功能
从微观角度考虑，高架道路包括横向结构和纵向结构。常见的高架道路横断面常见型式地面式、高架式和楚式（地道式）三种，设有中央分隔带，宜设计双向4车道、6车道或8车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入，以供车辆高速度行驶，设计车速一般采用60km/h、80km/h、100km/h。
根据路面车道组织管理方式及车流运行特征，高架道路的纵向结构主要包括基本路段、出门上游的分流路段、入口下游的合流路段，当相邻出入口距离很近时，又会出现出入口之间的交织路段。简单绘制高架道路拓扑结构如图2所示。
高架道路路段间的节点通常是出入口的连接点或车道数变更点，如图2中的①至⑥号节点。基本路段是指车道上不受合流、分流、交织车流影响的路段，通常距离出入口较远，在车辆运行畅通时，图2中的路段9可看作基本路段。路段8上会出现分流的车流，路段10上会有车辆合流，而路段7上则会出现不同方向车流的交织情况，当合流、分流或交织量很大时，会严重影响路段通行能力，形成高架道路上的交通瓶颈点。因此，合理的高架道路结构设计不仅要注重宏观路网布局，更应重点做好出入口位置、间距、形式的综合设计，以达到高架道路实际车辆通行能力的协调和均衡。《城市高架道路设计规程》中对高架道路路段上相邻两出入口端部之间的最小间距规定如表1。
以250m为间隔统计北京市高架道路路段长度的分组数量和比例，见表1。从表中的分组统计结果中可以看出，在不考虑路段两端的出入口形式的情况下，北京五环（不含）内所有路段长度低于250m的比例占了35%，其中二环上小于250m的路段数占了接近50%。
二、高架道路交通流基本特征分析
（一）交通流参数关系基本图模型
交通流基本图模型是基于历史数据、利用统计学方法并采用关系图形式描述路段上连续交通流流量q、速度v、密度ρ三者之间相互关系的方法，包括速度流量模型、速度密度模型以及流量密度模型。由于交通流三参数之间存在关系q=v·ρ，因此，三种基本图之间可以相互推导及转换。
为研究高架道路的交通流参数关系，选取三种经典的交通流基本图模型为建模基础，分别是最经典的Greenshields模型、基于跟驰理论构建的Pipes模型以及四参数車一结构的VanAerde模型。
在针对北京市高架道路交通流模型的研究中，利用三种交通流模型拟合实测数据的速度流量散点，以北京四环某一路段为例，如图3所示。图中VanAerde模型更好地描述了路段速度、流量、密度之间的基本关系。任意选取二环、三环、四环的一条路段，采用VanAerde模型为基础对20h的交通流检测流量、密度、速度散点进行曲线拟合，如图4所示，并标定交通流特征参数，结果见表2。 对比不同环路的交通流特征参数，二环的自由流速度、临界速度以及通行能力较低，而阻塞密度则高于三环、四环；四环的交通流特征最接近高速公路指标；三环的交通流参数均居中。总体而言，二环路段的实际交通供给能力最差，四环最好，这一方面与道路基础设施和技术水平相关，同时也与距离中心城区距离有关，距离城市中心越近，交通干扰越大。
（二）流量-占有率时变关系特征
交通流量是指单位时间内通过道路指定地点的车辆数，也称交通流率。车流密度是指某一瞬间单位车道里程空间内所容纳的车辆数。可以说，交通流量是时间维度的累积参量，而密度是空间维度的累积参量。通常将交通流量和密度相结合判断交通状态和拥堵水平。由于实际道路上的车流密度数据釆集难度大，因此，在设有检测器的交通系统中常常采用时间占有率代替密度，用于交通问题的描述。在均匀交通流条件下，时间占有率和车流密度之间有如下关系：
O=P·L
式中，O为检测点时间占有率，P为车流密度，L为车流的平均车长。
由于占有率和密度之间具有固定的线性函数关系，因此，研究中直接利用高架道路上的PTMS檢测数据分析车流量与占有率之间关系，得到不同时段的交通供给与交通需求之间的作用结果和分布特征。
三、高架道路交通拥堵时空特征分析
作为城市路的骨架，高架道路承担了城市绝大部分的常通勤交通任务，支撑着整个道路网络的动脉循环，然而庞大的交通需求、不尽合理的道路结构和物理设施，加之不规则的车辆运行行为和习惯，导致高架道路交通拥堵日益加剧，其原本应有的疏解功能无法发挥。对于已经陷入困境的高架道路交通而言，调查和研究交通运行特征、交通流状态以及交通拥堵的成因和恶劣程度，是缓解和改善高架道路系统以及整个城市道路网络交通运行环境的基础和关键。交通拥堵特征被概括为四个维度：拥堵强度、拥堵程度、拥堵持续时间和拥堵扩散范围。在以往研究中更多倾向于定性或定量的衡量交通拥堵的强弱和影响程度，而对交通拥堵的时空分布特征及时空演变规律则关注较少。
在开展高架道路交通状态估计、预测以及评价研究之前，利用实测浮动车数据获取了高架道路上不同区间的交通流速度时空分布情况，以北京市《城市道路交通运行评价指标体系》为基础统计北京高架道路网及重要交通走廊上的常发性拥堵路段时间和空间范围，并分析高架道路常发性和偶发性交通拥堵的时空演变规律。交通拥堵时空分布及演变特征的研究将为选择交通状态估计与预测方法提供依据，并为宏观交通评价指标的筛选提供指导意见。
四、结束语
城市高架道路交通量的时间分布特征，同城市地面道路类似，具有明显的早晚高峰特征；交通量在城市高架道路的空间分布具有不均匀性，最大路段的交通量与最小路段的交通量之比，在全日和高峰小时分别为13.4和22.4，并且高峰小时的不均匀性更为明显。
参考文献：
[1]朱振兴.城市交通数据融合与交通态势处理方法的研究[D].济南：山东大学硕士学位论文，2011.
[2]董斌.城市快速路交通流时变特性研究[D].长春：吉林大学，2006.
【关键词】 城市高架道路；运行特征；交通量
引言：
作为大城市道路交通系统的动脉，高架道路在城市居民交通出行中起着重要的作用。尽管高架道路的最初定位是为长距离、快速交通服务，但由于与其它等级道路之间的连通性强以及居民出行路径选择习惯等因素，高架道路同样吸引了大量的短距离交通；加之不合理的、密集的出入口结构设计，以及不科学的、复杂的道路和管理流线设计，导致“高架道路”向“慢速路”发展的现象和趋势。
高架道路是“在城市内修建的，中央分隔、全部控制出入、控制出入口间距及形式，具有单向双车道或以上的多车道，并设有配套的交通安全与管理设施的城市道路”—般由主路、辅路和匣道构成，且包含中央隔离带、主辅隔离设施。高架道路一般单向多车道、技术等级高、全部立体交叉、匣道控制出入且配套设施完善，具有干扰小、高容量、大通行能力等特点。尽管起初的定位是为长距离交通服务，但密集的出入口道设计以及与其它等级道路的良好连通性，同样吸引了大量的区域内部短距离出行交通，导致高架道路交通构成复杂。
一、高架道路物理结构特征分析
（一）宏观结构与功能
在200万以上人口的大城市或长度超过30公里的带形城市应设置高架道路。在城市道路系统中，高架道路作为高等级道路以承担快速、长距离的区间交通为主要功能。为适应城市规模扩大、发挥交通连通的干道功能，在宏观层面，高架道路网主要呈环形放射状，由环线和放射线构成，二者相互配合。环线高架道路能够逐层疏解交通，减少对中心区带来的交通压力，且外围环路的通行条件优于内部环路；放射线道路则把多层环路关联起来，減少车辆的绕行距离，使环与环之间的联系更加便捷。环形放射式的高架道路网结构有利于市中心与外围道路的有效连接，具有通达性好、非直线系数小、有利于城市交通扩散和过境交通分流等优点。如图1所示为环形放射式高架道路的宏观结构与功能位置。
内环：作为城市核心环，主要为城区内部交通疏散服务，一般当出行起终点都在中心区或一端在中心区时，较长距离的交通会被吸引到内环上。如北京二环。中环：作为城市的绕城环，主要是为进出中心区的交通分流，当出行的起终点一端在中心区时，会被吸引到中环，如北京的三环、四环。外环：主要为穿越截流，当交通流的起终点都在城区以外时，外环会对过境交通起到屏障截流的作用。例如北京的五环。外层环线：主要作为城市外围体系的连接线，当城市向多中心、多层次、组团式阶段发展时，可利用外层环线对城外体系进行快速连接。例如北京的六环。城市高架道路交通流特征与其宏观网络结构和功能密切相关，了解路面交通出行构成有助于分析交通状态和拥堵等问题的特点和成因。
（二）微观结构与功能
从微观角度考虑，高架道路包括横向结构和纵向结构。常见的高架道路横断面常见型式地面式、高架式和楚式（地道式）三种，设有中央分隔带，宜设计双向4车道、6车道或8车道，全部或部分采用立体交叉与控制出入，以供车辆高速度行驶，设计车速一般采用60km/h、80km/h、100km/h。
根据路面车道组织管理方式及车流运行特征，高架道路的纵向结构主要包括基本路段、出门上游的分流路段、入口下游的合流路段，当相邻出入口距离很近时，又会出现出入口之间的交织路段。简单绘制高架道路拓扑结构如图2所示。
高架道路路段间的节点通常是出入口的连接点或车道数变更点，如图2中的①至⑥号节点。基本路段是指车道上不受合流、分流、交织车流影响的路段，通常距离出入口较远，在车辆运行畅通时，图2中的路段9可看作基本路段。路段8上会出现分流的车流，路段10上会有车辆合流，而路段7上则会出现不同方向车流的交织情况，当合流、分流或交织量很大时，会严重影响路段通行能力，形成高架道路上的交通瓶颈点。因此，合理的高架道路结构设计不仅要注重宏观路网布局，更应重点做好出入口位置、间距、形式的综合设计，以达到高架道路实际车辆通行能力的协调和均衡。《城市高架道路设计规程》中对高架道路路段上相邻两出入口端部之间的最小间距规定如表1。
以250m为间隔统计北京市高架道路路段长度的分组数量和比例，见表1。从表中的分组统计结果中可以看出，在不考虑路段两端的出入口形式的情况下，北京五环（不含）内所有路段长度低于250m的比例占了35%，其中二环上小于250m的路段数占了接近50%。
二、高架道路交通流基本特征分析
（一）交通流参数关系基本图模型
交通流基本图模型是基于历史数据、利用统计学方法并采用关系图形式描述路段上连续交通流流量q、速度v、密度ρ三者之间相互关系的方法，包括速度流量模型、速度密度模型以及流量密度模型。由于交通流三参数之间存在关系q=v·ρ，因此，三种基本图之间可以相互推导及转换。
为研究高架道路的交通流参数关系，选取三种经典的交通流基本图模型为建模基础，分别是最经典的Greenshields模型、基于跟驰理论构建的Pipes模型以及四参数車一结构的VanAerde模型。
在针对北京市高架道路交通流模型的研究中，利用三种交通流模型拟合实测数据的速度流量散点，以北京四环某一路段为例，如图3所示。图中VanAerde模型更好地描述了路段速度、流量、密度之间的基本关系。任意选取二环、三环、四环的一条路段，采用VanAerde模型为基础对20h的交通流检测流量、密度、速度散点进行曲线拟合，如图4所示，并标定交通流特征参数，结果见表2。 对比不同环路的交通流特征参数，二环的自由流速度、临界速度以及通行能力较低，而阻塞密度则高于三环、四环；四环的交通流特征最接近高速公路指标；三环的交通流参数均居中。总体而言，二环路段的实际交通供给能力最差，四环最好，这一方面与道路基础设施和技术水平相关，同时也与距离中心城区距离有关，距离城市中心越近，交通干扰越大。
（二）流量-占有率时变关系特征
交通流量是指单位时间内通过道路指定地点的车辆数，也称交通流率。车流密度是指某一瞬间单位车道里程空间内所容纳的车辆数。可以说，交通流量是时间维度的累积参量，而密度是空间维度的累积参量。通常将交通流量和密度相结合判断交通状态和拥堵水平。由于实际道路上的车流密度数据釆集难度大，因此，在设有检测器的交通系统中常常采用时间占有率代替密度，用于交通问题的描述。在均匀交通流条件下，时间占有率和车流密度之间有如下关系：
O=P·L
式中，O为检测点时间占有率，P为车流密度，L为车流的平均车长。
由于占有率和密度之间具有固定的线性函数关系，因此，研究中直接利用高架道路上的PTMS檢测数据分析车流量与占有率之间关系，得到不同时段的交通供给与交通需求之间的作用结果和分布特征。
三、高架道路交通拥堵时空特征分析
作为城市路的骨架，高架道路承担了城市绝大部分的常通勤交通任务，支撑着整个道路网络的动脉循环，然而庞大的交通需求、不尽合理的道路结构和物理设施，加之不规则的车辆运行行为和习惯，导致高架道路交通拥堵日益加剧，其原本应有的疏解功能无法发挥。对于已经陷入困境的高架道路交通而言，调查和研究交通运行特征、交通流状态以及交通拥堵的成因和恶劣程度，是缓解和改善高架道路系统以及整个城市道路网络交通运行环境的基础和关键。交通拥堵特征被概括为四个维度：拥堵强度、拥堵程度、拥堵持续时间和拥堵扩散范围。在以往研究中更多倾向于定性或定量的衡量交通拥堵的强弱和影响程度，而对交通拥堵的时空分布特征及时空演变规律则关注较少。
在开展高架道路交通状态估计、预测以及评价研究之前，利用实测浮动车数据获取了高架道路上不同区间的交通流速度时空分布情况，以北京市《城市道路交通运行评价指标体系》为基础统计北京高架道路网及重要交通走廊上的常发性拥堵路段时间和空间范围，并分析高架道路常发性和偶发性交通拥堵的时空演变规律。交通拥堵时空分布及演变特征的研究将为选择交通状态估计与预测方法提供依据，并为宏观交通评价指标的筛选提供指导意见。
四、结束语
城市高架道路交通量的时间分布特征，同城市地面道路类似，具有明显的早晚高峰特征；交通量在城市高架道路的空间分布具有不均匀性，最大路段的交通量与最小路段的交通量之比，在全日和高峰小时分别为13.4和22.4，并且高峰小时的不均匀性更为明显。
参考文献：
[1]朱振兴.城市交通数据融合与交通态势处理方法的研究[D].济南：山东大学硕士学位论文，2011.
[2]董斌.城市快速路交通流时变特性研究[D].长春：吉林大学，2006.