摘要：随着城市道路的快速发展和交通需求的不断增长，城市道路上的交通事件频繁发生，交通拥挤越来越严重。文章通过回顾城市道路交通状态判别在国内外的发展历史与研究现状，从城市道路交通流运行状态判别基础和拥挤状态识别方法两个方面总结文献研究已取得的经验和成就。
关键词：城市道路交通流；道路拥挤状态；状态识别
1.介绍
随着城市的高速发展，城市交通拥堵、交通效率不高导致的能源浪费成为各个城市发展面临的共同问题，很多城市都大力发展智能交通系统（Intelligent Transportation System，ITS）作为解决城市车路矛盾的重要途径之一。
随着国民经济的高速发展和城市化进程的加快，我国机动车拥有量及道路交通量急剧增加。一方面，由于国民经济的快速发展，民众的汽车拥有量进一步提升，现实条件促使人们由公共交通向个体交通特别是非大容量交通方式转换；另一方面，农村人口继续向城市流动，更多的道路将被更多的人所占有，交通量会出现前所未有的膨胀。尤其是在大城市，交通拥挤堵塞以及由此导致的交通能耗、环境污染的加剧，是我国城市面临的极其严重的“城市病”之一，已经成为国民经济进一步发展的瓶颈问题。德克萨斯州交通运输研究中心（TexasTransportation Institute）的研究报告表明，在1982年到2002年间，全美每年每个出行者高峰时段的平均出行延误由16小时增加到46小时，总延误时间由7亿小时增加到35亿小时，拥挤造成的经济损失由142亿美元增加到6万亿美元。加拿大交通部在2005年发布的一份城市交通报告表明，加拿大每年因交通拥挤造成的经济损失达60亿加元脚。欧洲每年因交通拥挤所造成的经济损失为5000亿欧元，日本东京每年因交通拥挤造成交通参与者的经济损失相当于123000亿日元。我国百万人口以上的大城市，每年由于交通拥堵造成的直接和间接经济损失约计1600亿元，相当于国内生产总值的3.2%，至于拥挤给社会带来的其他负面影响，更是难以估量。
交通拥挤是由于道路系统的某个局部由于通行能力的不足或突发事件而导致车流速度下降或停止运动，此时车流密度明显增加而产生长时间大范围的车辆排队现象，由于道路上车流的快速运动，致使交通拥挤迅速延伸、扩散，最终导致全路网瘫痪H。因此，对实时道路交通流数据信息的获取、准确的鉴别路网中已经发生或即将发生的交通拥挤对制定合理有效的交通拥挤疏导策略，避免因局部交通拥挤而引起全路网的交通瘫痪具有重要的现实意义。
近年来，有大量文献基于交通状态识别的相关技术进行研究，形成了较为系统的城市道路交通拥挤状态识别体系。
2.城市道路交通流运行状态判别基础
城市不同道路的交通流特性存在着较大差别，行驶在城市不同道路上的车辆，由于出行目的、车辆类型、行驶路线、道路条件和交通环境特点各异，其运行状态有不同变化。对城市道路进行交通状态判别时，根据不同等级城市道路的交通流特性，确定城市道路交通流运行状态判别标准是十分必要的。
2.1城市道路分类
城市道路分类的方法有很多，划分的基本依据有：交通性质、交通量和行车速度。由于城市交通结构错综复杂，难以用单一的指标来分类。要综合考虑分类的基本因素，还应结合城市性质、规模及其现状来合理划分。按照我国城市规划中普遍采用的划分方法以及中华人民共和国行业标准《城市道路设计规范》（CJI37-90）对于城市道路的级别区分与构造有详细的规定。该规范中，按照城市道路在道路网中的地位、交通功能以及对沿线建筑物的服务功能等，将城市道路分为四类：快速路、主干路、次干路和支路。并且规定，除快速路外，每类道路按照所占城市的规模、设计交通量、地形等分为I、II、III级。大城市应采用各类道路中的I级标准；中等城市应采用II级标准；小城市应采用III级标准。有特殊情况需要变更级别时，应作技术经济论证，报规划审批部门批准。
2.2城市道路交通流运行特性分析
基于文献研究，分析城市道路交通流运行特性，大抵从时间和空间两个方面。
（1）时间范畴
在城市快速路段车辆的行驶速度一般较高，交通流较平稳，这是因为快速路实行出入口控制，设置有中央分隔带，属于汽车专用道路，不与非机动车产生干扰，故交通环境较好。当与其他道路交叉时，交叉口多为立体交叉，不受信号控制，车辆可以连续的行驶，如图1所示。城市主干路、次干路与其它道路的交叉点大多为信号交叉口，车辆进入城市主干路、次干路后，由于受到信号交叉口的影响，使到达交叉口的车辆在时间上进行了分离，车辆行驶时断时续，不能连续的行驶。通过大量观测分析可以看出，在主干路、次干路路上行驶的交通流周期性的停止，然后在信号允许的情况下，以某种方式进行疏散。支路与其他道路相交时，一般不设信号交叉口。车辆进入支路段后，由于没有信号交叉口的干扰，车辆可以连续的行驶。
从上面的分析可以看出，对于存在信号交叉口的城市主干路、次干路路段，交通流的速度是以信号周期发生周期性变化。如果交通状态判别的时间间隔小于信号周期，则采集到的交通数据具有较强的随机性，难以准确体现交通状态变化的规律性。对于城市快速路以及没有信号交叉口的城市支路，由于没有信号交叉口的管制，交通流平稳，分析时间间隔可以较短。
（2）空间范畴
对城市道路进行交通状态判别时，要尽力保证一个路段或一个分析单元内交通流是一个稳定的运行状态。对于有信号交叉口的路段，主要是指有信号交叉口的城市主干路和城市次干路。主干路、次干路上存在着大量的交叉口，这些交叉口多为信号控制交叉口，由于交叉口的信号控制，当车辆行驶方向遇到红灯时，即使路段不拥挤，车辆也必须停车等待，出现排队现象，当红灯转绿时，这些排队的车辆以饱和流率连续的通过交叉口，以车队的形式前进。这样，主干路、次干路车辆运行带有脉冲的性质。而且主干路、次干路的交叉口之间的距离比较短，在北京的城市道路中，主要交叉口之间平均距离约为1km左右，加减速频繁，表现出明显的间断流特征。因此，有必要对有信号交叉口的路段进行划分，把交叉口前的一段道路单独划分出来。对于城市快速路而言，为了保证快速路的通行功能，需要严格限制非机动车和行人的进入。快速路多以高架道路的形式建设，当快速路采用路面形式时，则需要在与其他道路相交的路口采用立体交叉形式，而且不受信号控制，以保证快速路上车辆可以连续、高速的行驶。因此，快速路上路段的划分相对简单，采用均分法即可。对于没有信号交叉口的支路也可以采用与快速路相似的划分方法。