城市交通拥堵时空特征与成因分析

王炀　秦华

摘 要：随着中国城镇化进程的推进和机动化交通的发展，交通拥堵问题已成为困扰各大城市的难题。为研究大城市交通拥堵的形成机制和解决路径，以上海市中心城区为例，通过GIS分析实时路况数据得出交通拥堵的时空特征，并结合POI数据分析城市功能布局对交通拥堵的影响，指出不同城市功能类型对交通拥堵的影响存在差异性，最后从工程技术、规划建设、城市管理三方面针对性地提出交通拥堵治理建议。

关键词：上海;交通拥堵;时空特征;POI数据

基金项目：本文系江苏高校哲学社会科学研究项目一般课题“产教融合模式下园林类专业人才培养实证研究——以苏州农业职业技术学院为例”（2021SJA1487）研究成果。

城市交通系统是城市系统的重要组成部分，也是城市基础设施建设的重要一环。大城市对城市交通建设投入较大，由于人口的大量涌入和私人汽车数量的快速增长，不可避免地产生了交通拥堵这一城市病。而交通拥堵造成了人们出行时间延误、油耗增加和大气污染等大量社会外部性损失。交通拥堵是世界各大城市都亟须面对的一大难题。

中国大城市面临的交通拥堵问题同样严峻。改革开放以来，中国城镇化进程推进迅速，私人汽车保有量增长迅猛，城市交通基础设施的建设难以跟上日益增长的交通需求。据研究表明，中国约有三分之二的城市早晚出行高峰时期遭受着交通拥堵的困扰。客观认识交通拥堵的具体特征，精准识别造成拥堵的因素，对于我国城市拥堵治理思路和手段的革新至关重要。本文以上海市的中心城区为例，基于路况数据对交通拥堵的时空特征和成因进行分析探讨，并提出相应的治理建议。

一、城市交通拥堵研究现状与方法

拥堵状况的判断是分析拥堵特征的基础。传统交通拥堵研究中通常采用交通计数和延迟调查方法对特定道路进行调研分析。这种方法对于局部交通状况判断较为准确，但对于全局状况难以判定，且人力财力耗费较大。随着信息技术的发展，有更多学者和研究机构通过采集大数据来进行更广范围内的交通拥堵评价研究，如学者贺席燕等利用贵阳市出租车GPS数据，通过ArcGIS 建立空间模型来计算路段平均行程速度，得出贵阳市道路拥堵现状特征的三点规律。可见对于交通拥堵状况的判定方式，已逐渐从传统调查演变为大数据分析，但仍缺乏从时间、空间两个维度的综合分析。

在交通拥堵成因方面，不少学者从供需角度进行分析，认为交通基础设施的供给不能满足居民日渐增长的交通需求是主要的原因。学者宋博等通过构建城市路网模型，发现城市规模扩张带来的道路交通资源的结构性矛盾是造成交通拥堵的一大原因，并从经济学角度提出解决途径。学者郑思齐等采用经济人口普查、路况等多源数据计算得出北京市各街道的职住平衡指数，指出职住分离会影响城市交通拥堵。学者袁韵等以成都市为样本，通过融合滴滴出行订单数据、空气质量数据、气候信息等，采用断点回归模型和中介变量分析，揭示了城市交通拥堵与空气污染之间的交互影响机制。可见，进行多源数据分析、构建模型已成为分析城市交通拥堵成因的重要方法，但对城市功能布局与交通拥堵之间关系的研究还较为缺乏。

由于研究过程中的时间和数据限制，本研究选取上海市中心城区作为典型案例进行研究分析，在成因机制方面仅研究城市功能布局对交通拥堵的影响。上海市是长三角洲城市群的核心城市，是中国经济最发达、产业结构最丰富的现代化国际大都市之一，但其自身也面临着日趋严重的交通拥堵问题，具有较强的典型性。本研究利用上海市中心城区的一工作日每小时获取的高德实时路况数据和POI数据，通过GIS空间分析得出城市交通拥堵的时空状况，并对POI数据进行分类，筛选出与居民日常出行密切相关的几类POI数据，分别比较早晚高峰期时拥堵路段与畅通路段沿线POI设施的密度，据此得出早晚高峰时期城市功能布局给交通拥堵带来的影响，最后从多个层次针对性提出相关建议与措施，以有效治堵。

二、交通拥堵时空特征与

成因分析

（一）交通拥堵时间特征

针对中心城区内的每个时间点的路况数据，以每条路的长度为权重进行加权平均计算，得到每个时间点的平均路况值，形成一天的平均路况值变化。由图1可看出，上海市中心城区工作日的交通拥堵并非发生在所有时段，由于通勤出行时间较为集中，工作日的交通出行通常存在早、晚高峰时段。早高峰时段为8时至9时，晚高峰时间段为17时至19时，且在14时至15时有一个午休过后的小高峰。晚高峰的拥堵程度不论是在强度上还是持续时间上，都要明显高于早高峰时段，这可能是由于晚高峰时段的出行需求更大，且超大城市就业人员的下班时间往往并不统一，客观上延长了晚高峰的持续时间。

（二）交通拥堵空间特征

基于上文已分析得出上海市早晚高峰时间段，为了进一步分析交通拥堵的空间特征，选取8时和18时早晚两个时间点，对路况数据分级可视化图进行分析，如图2所示。图中绿色线段表示道路畅通，黄色线段表示轻微拥堵，红色线段表示极度拥堵。由两个时间点拥堵路段的分布可以看出，即使是在城市交通拥堵的巅峰时刻，也并非所有路段都处于拥堵状态。并且，无论是8时还是18时，浦东的交通拥堵状况都要明显好于浦西。这可能与两个地区的建设年代有关：浦西的城市和道路的规划建设较早，在交通需求逐年增大的大趋势下，许多老城区進行现代化的机动化改造较难;而浦东的规划建设始于改革开放以后，建立了较为完善的机动交通系统。比较两个时间点的拥堵路段分布情况，发现18时的交通拥堵比8时的强度和范围更大，拥堵路段更多。通过比较8时和18时的拥堵点可以看出，早晚高峰时期的拥堵点大多集中在快速环线、商业中心、商务中心和产业园区等附近。并且，早高峰的拥堵地段多分布在内环以外，而晚高峰内环以内出现较多拥堵地段，呈现出早晚高峰拥堵的圈层特征。因此，环状形态的城市中，应当聚焦拥堵重点，分圈层采用不同的交通拥堵治理政策。

进一步研究局部路段的拥堵特征可以发现，部分路段同一时刻只是往某一方向的道路拥堵，而反方向则畅通无阻，早晚高峰时期的拥堵呈现出明显的“潮汐性”，即早晚高峰期大量机动车从道路一侧进出城，且两个时间段的车辆行驶方向相反，如中环路的一段在8时和18时极度拥堵状态下道路通行方向相反，如图3所示。这通常是由于城市空间的职住分离现象导致早晚高峰通勤交通流成两个方向，进而形成了这样一种“潮汐式”交通现象。

（三）城市功能布局对交通拥堵的影响

城市功能布局与交通系统有着紧密的联系，能够对居民出行频次、时间和交通模式选择产生显著影响，并会造成不同的城市交通空间分布特征，有可能会带来交通拥堵。本部分采用POI数据并结合上文的路况数据进行研究，将上文所用的8时和18时的路况数据按照拥堵值为1（畅通）和拥堵值为2、3（拥堵）分别提取出早晚高峰时期的畅通路段和拥堵路段，以100米半径生成缓冲区，统计各缓冲区内各类设施的数量并计算密度，得到早晚高峰时期畅通和拥堵路段沿线各类设施分布密度。可以得出，无论是早高峰还是晚高峰，拥堵路段沿线分布的各类设施都要比畅通路段沿线分布的密度高。由于城市中各类设施为交通流的发生地和目的地，一个地区设施分布密度较高，必然导致该地区在高峰期交通较为拥堵。

为了分析不同功能类型的设施对于交通拥堵的影响，分别用8时和18时拥堵路段沿线各类型设施的分布密度除以畅通路段各类型设施的分布密度，通过得到的比值来判断各个类型设施对于交通拥堵水平的影响程度。早高峰时期，各类设施对交通拥堵的影响差异性较小，最高的两类是医疗保健和住宅公寓，其中医疗保健设施的比值是最高的，这是由于我国人均医疗资源相对紧缺，病人往往需要较早来到医院排号，且医院开门的时间点与早高峰重合，因此医疗保健设施会对早高峰交通拥堵状况产生较大影响。其次是住宅公寓，即居住区域。早高峰时期，居住片区为交通流的发生地，同一时刻一个地区交通流的同时产生加大了该片区的交通负荷，容易造成交通拥堵。而在晚高峰时期，各类设施对交通拥堵的影响差异性较大，最高的三类是公司企业、商务金融和风景名胜。前两者都属于商务服务功能，就业人员自驾车下班容易造成该区域的交通拥堵。而晚高峰时期风景名胜类设施也对交通拥堵产生了较大影响，是因为游客游玩多在此时结束，因返程需要造成了交通拥堵。尽管整体而言，游客不会直接造成交通拥堵，但容易引起风景名胜区周围局部的交通拥堵。因此，应当按照不同设施、行业的情况，探索分批次错峰上下班的措施，对设施分布密度加以控制，加强办公、医疗、大型风景名胜区周围的交通疏导。

三、结语

城市交通拥堵带来的一系列城市问题，严重阻碍了社会经济发展。本文以上海市中心城区为例，对大城市交通拥堵的时空特征及成因进行了分析。首先，在空间特征上，浦东的交通拥堵状况明显好于浦西，拥堵点大多集中在快速环线、商业中心、商务中心和产业园区等附近，呈现出圈层特征，部分路段出现了明显的“潮汐式”交通现象。其次，研究城市功能布局对交通拥堵的影响，发现沿线设施分布越集中的路段就越容易形成拥堵。早高峰时期，各类设施对交通拥堵的影响差异性较小，最高的两类是医疗保健和住宅公寓;而在晚高峰时期，各类设施对交通拥堵的影响差异性较大，最高的三类是公司企业、商务金融和风景名胜。

基于上述研究结果，本研究认为应当从工程技术、规划建设、城市管理三点着手治堵。首先，在工程技术层面，应当结合路况实时大数据，精准判断城市易拥堵点，对于易拥堵点的道路设计的不合理之处通过工程手段进行改进，尤其在老城区应当推进旧城更新和城市修补，改善原有道路条件，推进道路机动化改造。其次，在规划建设层面，一方面应当合理布局居住和就业功能，从而促进职住均衡，缓解因职住过度分离带来的通勤高峰期间“潮汐交通”拥堵问题;另一方面应当分散布置办公、医疗、大型风景名胜游览等易引起交通拥堵的功能，避免交通流短时间内大量汇集。最后，在城市管理层面可采用多种方式应对。比如，为应对通勤高峰期“潮汐交通”拥堵问题，可采用交通信号灯管理两个方向车道数量来适应不同方向上车流量的不同;灵活设置单行道来弥补老城区道路交通条件的不足;延长通勤高峰期尤其是晚高峰时间，根据行业类型探索分批次错峰上下班的措施;提高交通执法人员的管理水平和执法机动性，加强在重大拥堵节点的交通疏导。

参考文献：

[1]谢旭轩，张世秋，易如，等.北京市交通拥堵的社会成本分析[J].中国人口·资源与环境，2011（1）：28-32.

[2]世界银行.畅通的城市：世界银行城市交通战略评估报告[M].北京：中国财政经济出版社，2006.

[3]何玉宏，谢逢春，郝忠娜.国内外城市交通拥堵治理分析及借鉴[J].城市观察，2013（2）：136-144.

[4]贺席燕，赵航，黄红良.贵阳市道路拥堵状态时空分布规律研究：基于出租车GPS大数据[J].人文地理，2018（3）：112-120.

[5]陆化普.城市交通拥堵机理分析与对策体系[J].综合运输，2014（3）：10-19.

[6]宋博，赵民.论城市规模与交通拥堵的关联性及其政策意义[J].城市规划，2011（6）：21-27.

[7]郑思齐，张晓楠，徐杨菲，等.城市空间失配与交通拥堵：对北京市“职住失衡”和公共服务过度集中的实证研究[J].经济体制改革，2016（3）：50-55.

[8]袁韵，徐戈，陈晓红，等.城市交通拥堵与空气污染的交互影响机制研究：基于滴滴出行的大数据分析[J].管理科学学报，2020（2）：54-73.

作者简介：

王炀，硕士，苏州农业职业技术学院助教。研究方向：城市规划数字技术应用。

秦华，苏州科技大学设计研究院助理工程师。研究方向：城市住房问題。