道路交通擁堵作為當前困擾各大城市的主要社會問題之一，已經嚴重影響人們的日常生活、工作以及城市的可持續發展。根據公安部數據統計，截至2019年末，全國機動車保有量達3.48億輛，其中汽車2.6億輛，且保持高速增長態勢^[1]。道路交通擁堵日益嚴重，對城市交通控制水平提出了更高要求。

           在這一背景下，亟須對城市交通信號控制效能進行客觀、全面的評價，以反映實際應用效果，提供決策依據。一套完整的交通信號控制效能評價指標體系，是對整體交通系統進行綜合評價以及特定場景下交通信號控制方案提檔升級與深化應用的基礎。只有根據不同交通場景特征與控制目標差異化選取指標，才能精準反映信號控制效能，最大限度推動信號控制方案的改善和優化^[2]。

          然而，現有針對交通信號控制的評價指標主要還是通過延誤、排隊長度、飽和度等直接進行評價。其評價結果體現的是交通運行狀態，并不能體現信號控制方案的真實水平。一方面，目前各地主要憑借工程經驗對道路交通信號控制效能進行主觀化評價，導致多地信號控制應用效果參差不齊，無法形成方案實施—效果反饋—方案提升的良性循環發展。另一方面，對于“堵”“亂”等交通現象尚缺乏合理的分類，指標體系構建還不夠完善。

          從指標類型角度考慮，現有交通評價指標主要分為兩大類：第一類為規劃設計類指標，反映交通設施供給水平，這類指標通常由國家部委或各地政府、專業部門發布；第二類為運行狀態類指標，反映交通運行狀況好壞，這類指標主要由以互聯網公司為代表的研究機構、咨詢公司推行。這兩大類指標在交通發展的具體目標、理念上各有所側重，從而在各自的框架下實現相關訴求。除此之外，還有安全類指標與排放類指標。下文將對規劃設計類指標和交通運行狀態類指標進行回顧分析。

          規劃設計類指標主要反映交通設施供給程度是否充足，多見于國家部委近些年相繼發布的一系列考核指標、各地交通部門形成的技術指標體系，主要服務于規劃設計方案的選優。

          2017年8月，公安部、中央文明辦、住房和城鄉建設部、交通運輸部在自2000年起實施的城市道路交通管理“暢通工程”和“文明交通行動計劃”的基礎上，在全國組織實施“城市道路交通文明暢通提升行動計劃”^[3]，在交通管理設施規范設置率、公交專用車道長度、公交信號優先覆蓋率等層面提出相關發展目標。文獻[4]從滿足城市的生產運作需求、滿足生態環境的可持續發展需要兩個理念出發，在交通設施供給層面構建了詳細的評價指標體系。在公共交通方面，自2013年起，交通運輸部推行“公交都市”考核，提出了《公交都市考核評價指標體系》^[5]，對公交線網密度、專用車道設置率等設施方面均提出了相應考核指標。隨后，交通運輸部又于2016年底及2017年底相繼發布了《城市公共汽電車客運服務規范》(GB/T 22484—2016)^[6]、《城市公共交通發展水平評價指標體系》(GB/T 35654—2017)^[7]，進一步完善了設施、服務質量層面的相關指標。

          上述規劃設計類指標考核往往通過政府組織、專家領銜、部門合作的組織模式，能夠保證指標的科學性與專業性，這類指標在城市建設的各個階段均發揮著重要作用^[4]。然而，隨著大城市中心城區空間資源逐漸飽和，增加設施供給對緩解交通擁堵的作用越來越有限。且隨著交通需求不斷增長，交通控制策略將越來越成為未來交通治理的關鍵因素。

          運行狀態類指標通常能直觀反映交通運行狀況的好壞。交通運輸部于2016年底發布了《城市交通運行狀況評價規范》(GB/T 33171—2016)^[8]，對交通量、自由流速度、平均行程速度等基礎性運行狀態類指標做了明確的定義，并將路段、路網的交通運行狀況分別劃分為五個等級。此外，常見的運行狀態類指標還包括停車次數、排隊長度、行程時間、平均延誤等。除了相關標準規范之外，近年來，中國多家互聯網企業依托大數據與交通狀態感知技術優勢，連續多年發布了交通擁堵報告。例如，高德地圖2020年第二季度發布的《中國主要城市交通分析報告》^[9]，從城市道路交通、公共汽車兩個方面對交通運行狀況進行評價：針對前者，提出路網高延時運行時間占比、路網高峰時段擁堵路段里程比、高峰時段平均速度等多項指標；針對后者，提出公共汽車全天運營速度、社會車輛與公共汽車車速比、全市全天公共汽車線路運營速度波動率三項指標。報告依托互聯網大數據，相對通俗易懂，引發了廣泛的輿論關注。

          然而，運行狀態特征值本質上是交通供給、交通需求相互影響的結果，是對擁堵現象的客觀描述。并且各城市的交通設施供給、交通控制策略均存在差異。運行狀態特征值雖然能夠對比不同城市的擁堵嚴重程度，卻難以分析信號控制效能高低，也就無法給出有針對性的信號控制改善方案。

          現有指標無法單獨反映信號控制效能。實現這一目標的難點在于如何將交通運行狀態特征與交通場景特征、具體控制策略有機結合，構建能夠反映控制層面影響因素的評價指標。既有研究雖有所涉及，但仍存在以下兩方面問題：

          1）場景目標導向不明顯。

          不同的場景有不同的控制目標，其對應的評價指標集也應有所側重。而既有研究由于未細分場景及交通需求特征，所構建的評價指標體系無法反映具體場景的核心特征。

          2）信號控制類指標研究不充分。

           信號控制的最終目的是通過有效利用時間資源提高交通效率。該類指標通常由具體控制策略與停車延誤、停車次數、排隊長度等運行狀態類指標復合構成^[10]。文獻[11]按照控制范圍提出基于單點、干線、區域層面的信號控制系統評價指標，但所用指標均為運行狀態類指標。公安部于2016年7月發布的《道路交通信號控制方式第2部分：通行狀態與控制效益評估指標及方法》中的部分指標實現了與信號控制策略相關聯，如綠燈啟亮時刻及紅燈啟亮時刻最大排隊長度^[12]等。文獻[13]提出使用綠燈利用率(即1減去綠燈空放率)，結合排隊長度、行車延誤，作為單點交叉口的評價指標體系。文獻[14]從效率、安全、環保三方面提出了包括沖突點面密度、污染物排放、噪聲在內的信號控制策略綜合評價體系。上述指標體系雖能對比兩套信號控制方案的相對優劣，卻無法針對一套方案給出控制水平高低的評價結果。

          文獻[2]從單點與干線兩種空間范圍出發，建立了問題導向的交叉口信號控制評價指標體系，針對信號控制中可能存在的問題構建相應指標，實現了對具體方案控制水平的統一評價。然而，上述指標體系未綜合考慮場景特征及不同的交通需求。例如，低飽和度交叉口的主要控制目標為降低車均延誤，此時綠燈空放率能夠充分體現控制效能；而針對頻現短時集聚的交叉口，需盡量避免排隊溢流，因此排隊溢流率就變成了關鍵指標。

           因此，交通信號控制效能評價指標體系的構建離不開場景目標導向，且需綜合考慮交通運行特征。

          不同場景下的交通運行特征往往不同，對應的交通信號控制策略及實施效果也各有差異。因此，只有對城市中各種交通場景進行明確定義，所構建的指標才能更準確地反映信號控制效能并有效地指導相關部門進行控制方案改善。然而，目前并未有一套成熟的體系，將城市中各種“堵”“亂”的現象進行場景分類。

          為實現對控制策略的精準評價，首先對城市道路的典型交通場景進行分類。從出行方式來看，除了社會車輛，還有公共汽車與非機動交通；從交通供需特征來看，包括非飽和與過飽和交通場景；從空間范圍來看，交通信號控制覆蓋的交通場景除了交叉口，還有若干個交叉口所組成的干線與片區。

          評價指標體系構建思路主要分為三個層次：1)交通場景層：結合實際運行現狀與交通控制方案，以不同出行方式、交通供需特征、空間范圍大小為依據，進行典型交通場景劃分；2)控制目標層：定義各個場景的控制目標并進行凝練；3)評價指標層：針對不同的交通場景，形成單個場景的評價指標集。最后綜合形成交通信號控制水平評價指標體系，技術路線如圖1所示。

圖1 交通信號控制效能評價指標體系構建技術路線

          城市交通信號控制系統作為綜合性系統，評價指標體系的建立應盡可能科學、全面和客觀，具體應遵循以下原則：

          1）完備性原則：評價指標體系作為一個有機整體，應該能從不同場景、不同角度反映交通信號控制水平，并體現信號控制方案的優化潛能。

          2）實用性原則：開展交通信號控制水平評價工作的意義在于識別現有城市信號控制方案存在的問題并指導今后實際工作。因此，選取指標應便于理解，能直觀、簡便地說明問題，有利于實際推廣。

          3）可行性原則：充分考慮日常工作中開展評價的可操作性，數據要易于采集，途徑要切實可行，盡可能通過現代化的信息技術手段獲取評價指標所需數據。

          本文將按照出行方式、交通供需特征，將城市交通場景劃分為多方式交通場景、非飽和場景、過飽和場景三個大類，并按照空間范圍大小、控制設施等具體細節，提煉出14種典型交通場景，形成典型城市道路交通場景庫。具體劃分方案如表1所示。

          表1 典型城市道路交通場景庫及其核心特征

          同一交通場景針對不同的交通需求與運行特征，也應對應不同的信號控制目標。例如，對于低飽和度交叉口，應盡量降低車均延誤；對于短時集聚交叉口，應盡量避免排隊溢流現象的發生。因此，除了定義交通場景，還有必要進一步梳理信號控制目標，并據此選取特征指標與通用指標，從而構成評價該類交通場景的指標集。

          不同交通場景的信號控制目標分為基礎性控制目標與系統性控制目標兩大類，并進一步細分為6類具體控制目標。其中，基礎性控制目標強調交通場景的基本控制保障，具體包括運行效率、安全水平、通行能力；系統性控制目標則強調交通場景整體的可靠性、協調性、均衡性。信號控制目標的名稱及具體含義如表2所示。

表2 交通場景的信號控制目標分類

          按照指標與場景特征的關聯程度，將指標分為特征指標與通用指標。其中，特征指標能夠直觀反映場景管控效能高低；通用指標則為常見運行狀態類指標集中最相關的指標，同一種指標可能應用于多個場景。為確保指標的代表性與應用能力，每一類型指標數量不超過兩個。

          多方式交通場景包含公交優先與非機動交通兩個場景。

          1）公交優先：公交優先策略的實施通常通過設置專用車道、信號優先兩種形式實現。除了盡可能提升效率之外，還需要盡可能考慮乘客的體驗，控制目標主要為提升運行可靠性、提升運行效率。

          2）非機動交通：由于行人、非機動車通常直接暴露在機動車環境中，容易引發交通事故。此外，交叉口機非沖突也會嚴重影響非機動交通的效率。因此，其控制目標主要為提升安全水平、提升運行效率。

          針對上述場景特征，構建多方式交通場景評價指標集(見表3)。

  表3 多方式交通場景評價指標集

          非飽和交通場景包含低飽和度交叉口、非飽和需求變化交叉口、非飽和需求變化干線、短時集聚交叉口、動態可變車道共5種典型場景。

          1）低飽和度交叉口：場景特點是交通需求在大部分時段小于供給。其管控方案的關鍵在于盡量減少供需不匹配程度、降低車輛通過的平均延誤。控制目標主要為提升供需均衡性、提升運行效率。

          2）非飽和需求變化交叉口：需求隨時間變化易造成交叉口供需不匹配。其管控關鍵在于是否結合各時段內交通需求特征制定合理的配時方案?？刂颇繕酥饕獮樘嵘\行效率、提升供需均衡性。

          3）非飽和需求變化干線：場景特征同非飽和需求變化交叉口類似，區別在于空間范圍拓展至若干個連續交叉口，多交叉口之間需要協調聯動?？刂颇繕酥饕獮樘嵘搫訁f調性、提升運行效率。

          4）短時集聚交叉口：短時集聚現象指交通量在短時間內發生較大增長，造成交叉口某一或多個進口道產生排隊甚至溢流。管控方案需快速應對交通量的突然變化，盡可能使集聚車輛快速通過交叉口，避免出現排隊溢流?？刂颇繕酥饕獮樘嵘\行可靠性。

          5）動態可變車道：可變車道能在不額外拓展道路空間資源的情況下，通過時空資源的動態分配，促進現有道路資源的充分利用。其管控關鍵在于及時并準確地調整時空資源供給，使之與需求盡可能匹配?？刂颇繕酥饕獮樘嵘┬杈庑?、提升運行效率。

          針對上述場景特征，構建非飽和交通場景評價指標集(見表4)。

表4 非飽和交通場景評價指標集

          過飽和交通場景包含常發擁堵熱點、常發擁堵片區、通勤路徑過飽和、快速路上匝道路段、快速路下匝道路段、短連線路段、進出城關鍵通道共7種典型場景。

          1）常發擁堵熱點：指因常態性出現需求大于供給而造成擁堵的單個交叉口，具體表現為交叉口多個進口道行駛速度低、車輛排隊長、平均延誤大?？刂颇繕酥饕獮樘嵘ㄐ心芰Α⑻嵘\行效率。

          2）常發擁堵片區：指片區交叉口常態性出現需求大于供給造成區域性擁堵，片區內交叉口特征與常發擁堵熱點相同。其管控關鍵在于快速將內部車輛疏導駛離擁堵區域，同時避免車輛向片區內進一步集聚。控制目標主要為提升通行能力、提升運行效率。

          3）通勤路徑過飽和：通勤路徑在早晚高峰時段由于出現交通集聚而造成常態性交通過飽和。此外，由于部分城市職住分離日趨明顯，雙向交通需求在早晚高峰時段存在明顯差異，造成通勤方向通行能力不足，單向過飽和。控制目標主要為提升供需均衡性、提升運行效率。

          4）快速路上匝道路段：快速路上匝道交通與主線交通爭奪通行權，易造成主線擁堵或事故；在需求過大、匝道車輛無法及時匯入時，上匝道可能發生排隊溢出，進而影響地面交通的運行效率。控制目標主要為提升安全水平、提升運行可靠性、提升運行效率。

          5）快速路下匝道路段：快速路下匝道交通與地面交通爭奪通行權，易造成地面交通擁堵；在過飽和情況下，易出現車輛排隊溢出，影響主線交通運行?？刂颇繕酥饕獮樘嵘\行可靠性、提升運行效率。

          6）短連線路段：短連線路段兩端由于空間距離近，一旦出現停車或車輛慢行，極易出現排隊溢流現象。為避免上述現象發生，短連線兩端相連交叉口的信號配時方案需要有較好的協調聯動?？刂颇繕酥饕獮樘嵘\行可靠性、提升聯動協調性。

          7）進出城關鍵通道：通常為跨城市或城市與郊區之間的快速路，在通勤時段內常態性出現大量通勤交通集聚。顯著特征為早晚高峰時段流量大，飽和度高，擁堵緩行?？刂颇繕酥饕獮樘嵘\行可靠性、提升運行效率。

          針對上述場景特征，構建過飽和交通場景評價指標集(見表5)。

表5 過飽和交通場景評價指標集

         為實現對交通信號控制效能的精準評價，對城市中典型交通場景進行了劃分，形成多方式交通、非飽和交通、過飽和交通三大類場景，并進一步細分形成包含14種具體場景的典型交通場景庫。同時總結6類涵蓋場景的信號控制目標。基于典型場景庫，緊密結合場景的核心特征，構建單個場景的評價指標集。相比現有指標，本文提出的指標集圍繞交通場景的核心特征構建，能夠直接評價交通信號控制效能水平，具有更好的實際應用與推廣能力，所形成的指標體系既適用于具體場景的城市交通信號控制效能的精細化評價，也適用于整體交通系統的綜合評價。然而，指標體系的構建只是交通評價工作中的一環，指標測算與閾值確定、多指標權重賦值等內容仍有待進一步的研究。