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中国智能交通协会

基于地理信息数据的城市道路网结构分析——中国重点城市道路网画像

2021-03-02   来源:赛文交通网


公安部道路交通安全研究中心政策规划研究室主任 戴帅研究员


  一.研究背景


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  之前中国城市规划设计研究院也做了一个关于城市路网密度的发布,关于中央城市会提出的路网密度要达到8的指标,我们认为道路网是现在运行的基础,尤其是公安交管部门战线的基础,不管是公安部门还是出行车,都要通过道路路网进行移动,除了轨道交通以外。我们更多是关注于交通信号的组织、优化、控制、渠化等方面,而出行者关注的是交通堵不堵,尤其是这些年交通拥堵排名的困扰,我们更多要关注路本身的层面,除了宏观的城市规划,还有微观的路口组织,目前我们并不是特别了解,只是说路特别宽,或者是路口特别大,交叉口可选择的路特别少。我们也是基于这个很纯粹的目的,想看看每个城市到底路网是怎么组成的,有什么样的特点。就跟人一样,有的可能是内向型的性格,有的是外向型的性格,我们不能从性格判断这个人是好还是坏,不能说跑步慢的运动员就不是好的运动员,我们想从更多层面进行多元化分析。


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  中央城市会也提出8的指标,2018年新出台的《城市综合交通体系规划》中,也对道路网提出了一些新的指标,但我们觉得还可以通过更丰富的手段刻画城市的道路网。目前我们统计的是各个部门及规划部门报上来的里程数,有多少断头路。过去没有这样的手段,现在基于地图数据信息,可以从交叉口、车道以及匹配程度、连通度讨论路网和城市交通,对城市路网进行更细化、更具体、更直观的解构和分析,这就是我们做的。


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  所以我们对路网也有几个指标,一是交叉口,这是目前路网里最重要的节点,交叉口的间距有多大,决定了道路组织和迂回空间有多大,包括交叉口的形态。传统的想法是认为十字路口是最多的,但通过结构分析、数据提取发现,其实城市的丁字路口是最多的。近些年我们也在讨论接入问题,目前在国省道这个问题比较严重,在城市里大家都想有更多的可达性,想出门有更多的路,但路多了以后对交通安全有很大的影响。包括主、次干道信号控制的情况,这些我们都是通过数据分析进一步细化的。像丁字路口多的路口,可能并不如十字路口的路网好,所以我们进行了更多刻画和描述,这就是我们的研究背景。
  二.城市路网画像


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  研究范围是我国的36个重点城市,通过提取地理信息,计算道路连通度、断头路和交叉口,我们把交叉口分成七种形态,有斜交的,还有正交的,还有丁字路口、歪路口、多元多交路口。在提取的过程中花费了很多精力,这个是四维图新团队帮我们做了,开发历时6个月,提取10万公里道路,100多万个交叉口及上千万条地理信息数据,对路网路段数据进行提取。其实数据核验的工作量也非常大,我们通过模型算法、遥感影像勘察、接警地图核查和算法迭代修改,不断在使算法更精准。


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  对36个城市进行分析以后,其实跟我们的直观印象比较类似。团簇状连通度更好一些,组团状的次之,条带状的最差。超大城市和特大城市,因为城市逐渐趋于成熟,所以连通度整体要好于一般其他的城市。


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  我们可以看到,北京路网的连通度在超大城市里相对来说是比较差的,跟我们的直观印象也是比较一致的。像重庆,因为是山城,所以道路的连通度也不够好。像兰州,因为是带状城市,连通度也有所减弱。像上海,像郑州这样的平原城市,没有山脉及河流的阻隔,所以整个城市的连通度比较好。


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  对交叉口进行分析以后,发现超过三分之一的交叉口都是异型路口。图上的蓝色部分是正交路口,不管是十字路口还是T型路口,但橙色部分都是异型路口。正交十字路口占比还是比较低的,我们把斜角大于75°的算为异型路口。


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  像重庆、贵阳、哈尔滨,这几个城市的异型路口比例比较多,对交通组织造成了比较大的困难。


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  交叉口的间距,36个城市平均下来,每300多米就会有一个平面交叉口。其实超大城市的交叉口,由于立体交通比较完善,所以整体交叉口的间距要高于其他规模的城市。像北京、郑州、哈尔滨,这几个城市的交叉口间距就比较大,在交通组织的时候,可选择的余地比较少,尤其当流量大的时候。


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  交叉口的位阶差,这个因素在交通组织里也非常关键,如果是一条支路,连接双向八车道和双向六车道,就像右图,交通组织是狭长的长方形,行人穿马路很长时间,机动车流量大,给我们提出了难题,而且在交通疏导的时候,支路上有速度差,流量也有很大的差,相当于门不当、户不对的情况下,交通隐患就会比较大。


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  分析了36个城市以后,像北上广深的超大城市,整体位阶都是比较良好的状况,城市慢慢趋向于成熟,交通改造这方面也比较关注。图上的深红色部分,是交叉口位阶差比较大的城市,北方的城市比较多一些,一型和二型城市也比较多一些,这跟城市对路网结构是否更加关注,在交通设计里是否更多考虑到交叉口的问题有一定关系。刚才杨老师说,一定要找到路的问题,我也深受触动。因为我们之前过多考虑人的责任问题,路的问题我们在分析以后,觉得还是有很多可以改进的空间。
  接入的管理也是我们认为非常重要的一个方面,我们把位阶差大于3的,即接入与匹配程度差别特别大的也作为一个现象,整体来说北方宽大马路更多一些,所以接入差会比较大。


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  包括快速路出入口间距,有些城市的出口和入口间距只有八米,相当于只能放一辆车的距离。这个间距也是根据国家标准来定的。


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  包括主、次干道的信号控制比例,当然不是提倡这个比例越高越好,因为有的路口不一定需要信号来控制,但一定要有控制,也可以通过控制标志“STOP”来控制,这是未来在交通控制中应该关注的点。


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  比如北京,蓝色部分是36个城市的平均值,北京的断头路数量比较少,连通路整体上不是特别好,低于整个城市的平均值,但是它的接入、交叉口位阶差做得比较好。另外一个最大的问题,交叉口的间距过大,北京有很多大院,或者是独立起来的空间,导致一旦流量大的时候交通很难疏导,这也是北京主干线经常拥堵的原因。


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  哈尔滨也是大家比较关注的城市,其实它的道路网连通度还是不错的,断头路相对来说比较少。最大的问题是异型交叉口占比太大,交叉口位阶差和接入位阶差比较大,导致整体的交通难度大。


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  济南的道路连通度是非常好的,断头路也非常少。主要问题是异型路口,不太大,但也比较大,包括交叉口的位阶差,相对来说也比较大。济南没有轨道交通的分担,所以济南的交通管理也有一定难度。
  三.路网结构与交通安全、畅通


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  刚才说的路网特性,跟交通安全和交通畅通是否有一定关系?我们也把事故数据加载到路网上。我们对这个城市近五年的事故进行了加载,我们选择的是比较重大的事故。加载上去发现,白色的是接入位阶比较大的入口,红色的是交叉口位阶差比较大的路口。加载以后发现,红色圆圈中,快速路接入非常多,近五年发生了五次死亡事故。右边出入口的位阶差也非常大,也是事故多发点,跟我们的分析及直观感受也是一致的。
  道路网既要考虑通行性,又要考虑可达性,实际上这两点很难做到平衡,所以路网应该层层递进,这是理想状态,这也是未来城市更新改造的重要方向。通过这些算法,我们也可以自动量化识别路网的特点和瓶颈。


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  目前我们也在搭建全国城市路网的平台,在这个平台上可以给城市路网精准画像,小片区也可以做路网监测,为路网分析提供支持。


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  同时我们也可以做一些路网的诊断,在这上面可以定量梳理路网的问题。以前是要通过大家去数或者去量,现在有这样的手段,可以快速量化这些问题,对于异型路口和接入交叉口的管理优化可以做分析和支持。


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  最重要的是我们可以跟交通管理结合起来,通过流量、事故、违法数据的加载,为城市交通安全提供评估,尤其是交通节点上的事故和交通秩序提供改善方案。包括地图上的驾驶信息,也可以在上面做加载。

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