深圳关内外交通拥堵探究与治理

1、深圳关内外交通拥堵探究与治理摘要本文是关于深圳关内外交通拥堵问题的探究与治理。(说说要解决什么问题)1)针对各关口拥堵原因的分析，首先随机抽取了三条关口通道进行观测，分别得到了七天内时间与车流量的变化规律图和一天内不同时刻与车流量的变化规律图，分析出造成拥堵的深层原因。其次，以梅林关为例，运用了模糊数学中的模糊聚类分析法，分别以车道数、早晚车流量和车道数、晚车流量、晚车速为指标进行聚类分析，综合两次分类结果，得相同分类项，则将关口广场各连接道路分成5类，以标准化矩阵的各道路的平均值作为相应的拥堵指数。最后，针对以后进一步研究关口广场拥堵问题所需交通数据的采集提出了建议。2) 在不增加关内外通道

2、数量的情况下，采用了深圳市各区人口数据表，与深圳功能分区图综合讨论，分析出深圳市各个区的人口密度分布不均匀，可通过调整城市分区功能来缓解交通拥堵。然后，根据深圳市各区关口分布图，分析得出深圳市今后发展规划可着重将南山区建设为城市中心工作区。最后结合实际情况，提出了大量使用公共交通出行方式和设置特殊通道来缓解交通拥堵。 3) 在可增加关内通道的情况下，以标准化后早晚高峰期的车流量平均值最大为目标函数，建立0-1整数规划模型，解得可在“107国道(广深公路）南头检查站南行-北-战略”、“深南大道南头检查站出-南-战略”、“沙河西路白芒关检查站出-南-战略”、“梅观公路普滨加油站南行-北-战略” 这

3、4处增加关内通道，以缓解交通拥堵。关键词 模糊聚类分析 图表分析 0-1整数规划模型一、 问题重述交通拥堵是目前中国各大城市面临的共同难题，但拥堵的成因各不相同。深圳由关内关外两个区域组成，关外由宝安、龙岗两个行政区和光明新区、龙华新区、坪山新区、大鹏新区四个功能区组成；关内含罗湖、福田、南山、盐田四个行政区。沟通关内外的主要通道有宝安大道/新安、107国道南头、同安路荔山、广深高速同乐、南光高速、沙河西路白芒、福龙路、梅观路、清水河、布吉关、沙湾、北山道盐田坳、盐坝高速背仔角等检查站。由于有相当的一部分人口在关外居住，在关内上班，导致在上下班高峰期各关口进出通道经常成为交通最拥堵的地方，尤其

4、以布吉关、梅林关等处为甚，在高峰期发生道路交通事故更会严重影响到广大市民的工作和生活。使用数学方法对不完整的交通信息进行建模分析，在不断修正、调整的基础上取得较可靠的分析结果。根据所给数据以及你收集到的深圳城市功能分区规划、以及实际城市发展等方面的相关资料分析讨论以下问题：1. 分析造成各关口拥堵的深层原因。以梅林关为例，考虑信息不完备的影响因素构建关口交通模型，分析造成关口广场区域高峰期拥堵的直接原因，对关口广场各连接道路进行分类或定出拥堵指数；根据你的模型参数，给出今后进一步研究关口广场拥堵问题所需交通数据的采集侧重内容建议。2. 在不增加关内外通道数量的情况下，能否通过调整城市分区功能、

5、改变关口区域功能架构以及改善交通管控措施等来缓解梅林、布吉等关口的交通拥堵；3. 如果可以增加关内通道，试问应选在哪些地方（不考虑建设成本）。二、 问题分析 问题一：为了能够确定各关口拥堵的原因，首先随机选取部分通道观察并根据有关数据作图，分析出造成拥堵的因素。接着，以梅林关为例,运用模糊聚类法将各道路分类，并以各道路的平均标准化值作为拥堵指数。 问题二：在不增设关内外通道数量的情况下，根据深圳各区人口分布表和各区功能分区图进行讨论，分析城市分区功能、关口区域、功能架构、交通管控措施存在的问题，给出相应的调整建议。问题三：在可增设关内外通道数的情况下，以早晚高峰期车流量平均值最大的目标函数，建

6、立01整数规划模型，确定拥堵道路，并在拥堵道路增加新通道缓解交通拥堵。三、 模型假设与符号说明3.1 模型假设1 假设题目给出的数据真实。2 假设车辆在行驶过程中没有发生交通事故。3 假设汽车在单位小时内的运动视为匀速运动。3.2 符号说明符号意义梅观公路浦滨加油站南行-北-战略梅龙、民治路-南行入梅观公路口梅观公路南行-市区方向梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略南坪快速路1.3公里东行-西-战略南坪快速路1.3公里西行-东-战略G94（梅观高速）华为跨线桥北行-南-战略G94（梅观高速）华为跨线桥南行-北-战略新区大道民宝南战略新区大道民宝北战略第个关口通道早晚高峰期的车流量标准化值四、 模

7、型的建立与求解4.1 模型一的建立与求解4.1.1关口拥堵的原因分析首先随机抽取三条通道的数据进行观测，即选取“丹沙路沙湾检查站入-北-战略”“G4(广深高速)(2260km+969m)南行-北-战略”“清坪快速清水河联检站入口南行-北-战略”数据进行观测（其余道路类似），见图1：图1 一星期内车流量图再对抽样的三条通道在星期一的数据进行观测，即选取“丹沙路沙湾检查站入-北-战略”“G4(广深高速)(2260km+969m)南行-北-战略”“清坪快速清水河联检站入口南行-北-战略”这三个观测点在星期一的数据进行观测（其余类似），见图2：图2 星期一的车流量图由图1可以看出，交通流量呈现明显的周

8、期性，且周期为T=168（小时），即7天。车流量在0120小时这一阶段（即工作日）比较多，在120168小时这个阶段（即周末）比较少。由图2可以看出，在一天中车流量与时间段也有明显的关系。在每天的7-9点和18-20点车流量比较多，其余时间少；而7-9点和18-20点正是早高峰期和晚高峰期。由此可知,造成高峰期关口拥堵的直接原因有：关外人员上下班时段给道路带来了较大的车流量，超过了道路的负荷极限。从这两图中还能看出，在同一时间不同道路上的车流量也有很大不同。4.1.2 拥堵指数的确定由于“梅龙、民治路-南行入梅关公路口”缺少早高峰流量和早高峰车速数据，因此，以两组不同的3个指标，运用两次模糊聚

9、类分析进行分类，最后确定出梅林关的4条连接道路10个出口的分类，并给出各个道路对应的拥堵指数值。 以车道数、早高峰流量、晚高峰流量为指标的模糊聚类分析第一步：数据标准化（1）数据矩阵设论域为，这9个对象代表9条道路,分别为“梅观公路浦滨加油站南行-北-战略”、“梅观公路南行-市区方向”、“梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略”、“南坪快速路1.3公里东行-西-战略”、“南坪快速路1.3公里西行-东-战略”、“G94（梅观高速）华为跨线桥北行-南-战略”、“G94（梅观高速）华为跨线桥南行-北-战略”、“新区大道民宝南战略”、“新区大道民宝北战略”。每个对象用3个指标（车道数、早高峰

10、流量、晚高峰流量）来表示其拥堵状况，即得到原始数据矩阵为：（2）数据标准化用最大值规格化法将原始数据标准化，得标准化矩阵 第二步：建立模糊相似矩阵用最小最大法其中为与的相似程度，此处，。构造模糊相似矩阵，见附录。第三步：聚类（1） 建立模糊等价矩阵用二次方法求的传递闭包，得模糊等价矩阵，见附录。（2）将中的元素由大到小编排如下：（3）将由大到小进行聚类：取时，分为9类： 取时，分为8类： 取时，分为7类： 取时，分为6类：取时，分为5类： 取时，分为4类： 取时，分为3类： 取时，分为2类： 取时，分为1类： 以车道数、晚高峰流量、晚车速为指标的模糊聚类分析论域为，这6个对象分别

11、代表6条道路“梅观公路普滨加油站南行-北-战略”、“梅龙、民治路-南行入梅观公路口”、“梅观公路南行-市区方向”、“梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略”、“南坪快速路1.3公里东行-西-战略”、“南坪快速路1.3公里西行-东-战略”。每个对象用3个指标（车道数、晚高峰流量、晚车速）来表示其拥堵状况，即得到原始数据矩阵，用最大值规格化法将原始数据标准化，得标准化矩阵，用最小最大法构造模糊相似矩阵，用二次方法求模糊相似矩阵的传递闭包得模糊等价矩阵，见附录。最后得聚类分析结果：1>0.9839>0.9591>0.9252>0.5671>0.3513取时，分成6类：取时，

12、分成5类：取时，分成4类：取时，分成3类：取时，分成2类：取时，分成1类： 综合以上2个聚类分析结果，第一个聚类分析结果：取时，分为4类：；第二个聚类分析结果：取时，分成2类：。其中有相同分类项，所以将10条道路分为5类： 由标准化矩阵进而求平均值，得到各个道路的平均标准化数值作为交通拥堵指数，如下表1：表1 梅林关各通道的拥堵指数表梅林关进出通道拥堵指数梅观公路普滨加油站南行-北-战略0.8692南坪快速路1.3公里西行-东-战略0.7533梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略0.7322南坪快速路1.3公里东行-西-战略0.7166梅观公路南行-市区方向0.7110G94(梅观高速)华为跨线

13、桥北行-南-战略0.4450G94(梅观高速)华为跨线桥南行-北-战略0.3707新区大道民宝南战略0.2725梅龙、民治路-南行入梅观公路口0.2542新区大道民宝北战略0.2513 决定交通拥堵的指标因素有很多，而附件中只提供了车道数、车流量、车速的较少数据，且许多数据不完整，单位设置太粗略，不能全面、科学地反映关口的拥堵情况。所以，在以后的研究当中，建议应多采取其他数据，如车流密度、将单位小时缩小为分钟、路段占有率等。4.2 问题二的解答4.2.1 调整城市分区功能图3 深圳功能分区图深圳市的功能分区分为行政区和功能区，其中关内有罗湖、福田、南山、盐田四个行政区，关外有宝安、龙华两个行政

14、区和光明新区、龙华新区、坪山新区、大鹏新区四个功能区。通过互联网获得深圳市各个区域的面积和人口数据，如下表2：表2 深圳市各区人口数据表区域土地面积（平方公里）人口数量（万人）人口密度（人/平方公里）福田区78.8131.816725.9罗湖区78.3686.7811074.5盐田区72.6321.02891.4南山区182108.85978.0宝安区733401.85481.6光明新区156.1805124.9龙岗区385.92305960.1坪山新区168603571.4大鹏新区294.1818611.9龙华新区175.58137.97854.0图4 深圳市各区域人口密度图 由上表数据可以

15、观察得，行政区人口密度总体大于功能区人口密度。另外，由图4可以直接看出，关内的福田区、罗湖区的人口密度明显大于关外各区的人口密度。综上所述，深圳市各个区的人口密度分布不均匀，这是造成交通拥堵的重要原因之一，因此可以通过调整城市分区功能来缓解交通拥堵。4.2.2 改变关口区域功能架构图5 深圳市各区关口分布图由图5可以看出，南山区的关口分布比较密集，交通比较便利，又靠近关外的关外的宝安区和龙华新区，即此处交通比较通畅。而盐田区、罗湖区、福田区的关口分布比较稀缺，则在这些地方，关外人员往关内上班相对较易造成交通拥堵。所以，深圳市今后发展规划时，可以着重将南山区建设为城市中心工作区，间接促进宝安区、

16、龙华新区的发展。4.2.3 改善交通管控 随着经济飞速发展，人们的生活水平不断提高，大部分居民都拥有了自己的私家车，出行方式以私家车为主。大量私家车的行驶是造成交通拥堵的主要原因之一，因此减少私家车的使用率，大力提倡公共交通的出行方式，不断提高公共交通在居民出行方式中所占的比例，有目的的降低了私家车上路的概率，从而缓解了交通拥堵。 由于交通拥堵易造成交通事故的发生，为了减少处理交通事故的时间，确保交通顺畅。同时为了提供通道给救护车、消防车、警车等特殊服务车辆，因此，建议在已有通道的基础上，设置一条特殊通道，从侧面也可大大缓解现有的交通拥堵情况。4.3增加关内通道的0-1整数规划模型首先，对18

17、个关口通道的早晚高峰期的车流量进行标准化，并求出平均车流量，如下表3：表3 各关口通道早晚高峰期的车流量标准化值关口通道标准化后的 早高峰期的车流量(辆/h)标准化后的 晚高峰期的车流量(辆/h)标准化后早晚高峰期的车流量平均值107国道(广深公路）南头检查站南行-北-战略0.91260.52480.7187深南大道南头检查站出-南-战略0.77940.49260.6360G4(广深高速)(2260km+969m)南行-北-战略0.46940.42730.4483广深高速同乐检查站出-东-战略0.39880.23150.3151沙河西路白芒关检查站出-南-战略0.207510.6037松白路白

18、芒检查站入-北-战略0.21080.11310.1619福龙隧道-南向北行驶0.27590.22430.2501福龙隧道-北向南行驶0.26530.17050.2179梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略0.51610.40510.4606梅观公路普滨加油站南行-北-战略10.54890.7744清坪快速清水河联检站出口北行-南-战略0.20990.21910.2145清坪快速清水河联检站入口南行-北-战略0.26200.11530.1886保洁路清水河检查站出-南-战略0.12000.14370.1319西环路清水河检查站入-北-战略0.08070.04090.0608布吉路-深惠路南向北行驶

19、0.26450.21470.2396深惠路-布吉路北向南行驶0.29360.16660.2301丹沙路沙湾检查站入-北-战略0.15010.11090.1305沙湾路沙湾检查站出-南-战略0.05630.05310.0547 其次，以为决策变量，建立0-1整数规划模型:定义决策变量为第个关口通道是否增加通道，且，建立优化模型如下：其中表示第个关口通道早晚高峰期的车流量标准化值。解得以下4个关口通道较为拥堵，分别为“107国道(广深公路）南头检查站南行-北-战略”、“深南大道南头检查站出-南-战略”、“沙河西路白芒关检查站出-南-战略”、“梅观公路普滨加油站南行-北-战略”。所以在这4处可以增加

20、关内通道，以缓解交通拥堵。五、 模型优缺点与模型推广5.1 模型优缺点优点：模糊现象的处理方法条理清晰，对所研究的事物按一定标准分类，通过精确的数字手段处理模糊的评价对象，能对蕴含信息呈现的模糊性资料做出比较科学合理、贴近现实的量化和综合评价。缺点：计算复杂，权重带有一定的主观性，存在一定误差。5.2 模型推广 模糊数学聚类分析模型不仅在交通建设方面起作用，同时在其他方面有广泛影响，例如在经济预测、农业收成、人工智能等领域。 六、 参考文献1 维基百科 深圳市./wiki/%E6%B7%B1%E5%9C%B3%E5%B8%82 2013-8-202

21、深圳关内外交通拥堵探究与治理. 2013-8-22七、附录7.1图1图2的MATLAB程序：x=0:7*24-1y2=1432 606 292 210 159 173 699 1847 3174 32243439 3075 2950 34693878 3978 4212 43973866 3478 2751 23511868 1802 1315 757 293 244 164 231 753 1887 2435 2682 3564 4393 3216 3505 3820 3605 3127 2637 2266 3690 2926 2716 2201 1862 1379 642 294 211

22、160 205 733 1830 3117 2444 3903702 3806 3878 43804629 4168 4897 41994231 3137 2660 22731750 1602 707 243 224 163 232 646 1815 3285 3107 3699 3888 3636 31994366 4875 4513 4584 4242 3748 3719 28062246 1835 1331 869 331 212 176 205 700 1831 3206 34363775 3919 3828 42154585 4945 4349 41994383 4083 3994

23、34202691 2068 1761 829 434 259 272 257 611 1441 2427 29353517 3677 3729 39104052 4099 4309 4367 3745 3289 2787 26122126 1729 1426 799 382 240 170 210 493 1081 1743 25773153 3271 3204 33813789 4036 4166 40223514 3177 2794 25782129 1716;%G4(广深高速)(2260km+969m)南行-北-战略y3=110754932355918115371517140013431

24、070931104012651344144816711627987680534371243 208102988760951991559163115121334157386110911338121012751310963960679476336241 110744734376018015291509912119810119031130135814231447187417991225733570413296 1971067967661222181506159813891281102985110321094711771163692499369278188 1421036750536317412481

25、29510319137926607779751008109013351332768574430367284 1961501469372982006169911030112911551014116912761226123514351275848673517342279 154121111909782158432621896102998585099311551181114612251089782624504345227;%清坪快速清水河联检站入口南行-北-战略y5=5464244043062282043528448418127998386928439221038111011311046842831

26、747697583573479402330299297449896806911809113073987591188996191366583183275472564454241436422824327142082083752569085176382291195810361059109986084281866958658449838131129834444991078681782177165779789796410891143112283984375874061958643539730229432144892286680271084569584283899210921227110391787679569072568252953041434033145161979881883881972983689993010491074106296292183878470564063246043139035739155552876577275565977781789898010551003869851791728659;%丹沙路沙湾检查站入-北-战略plot(x,y5,'r',x,y2,'g')hold on plot(x,y3)legend('