深圳關(guān)內(nèi)外交通擁堵探究與治理

1、深圳關(guān)內(nèi)外交通擁堵探究與治理摘要本文是關(guān)于深圳關(guān)內(nèi)外交通擁堵問題的探究與治理。(說說要解決什么問題)1)針對各關(guān)口擁堵原因的分析，首先隨機抽取了三條關(guān)口通道進行觀測，分別得到了七天內(nèi)時間與車流量的變化規(guī)律圖和一天內(nèi)不同時刻與車流量的變化規(guī)律圖，分析出造成擁堵的深層原因。其次，以梅林關(guān)為例，運用了模糊數(shù)學中的模糊聚類分析法，分別以車道數(shù)、早晚車流量和車道數(shù)、晚車流量、晚車速為指標進行聚類分析，綜合兩次分類結(jié)果，得相同分類項，則將關(guān)口廣場各連接道路分成5類，以標準化矩陣的各道路的平均值作為相應(yīng)的擁堵指數(shù)。最后，針對以后進一步研究關(guān)口廣場擁堵問題所需交通數(shù)據(jù)的采集提出了建議。2) 在不增加關(guān)內(nèi)外通道

2、數(shù)量的情況下，采用了深圳市各區(qū)人口數(shù)據(jù)表，與深圳功能分區(qū)圖綜合討論，分析出深圳市各個區(qū)的人口密度分布不均勻，可通過調(diào)整城市分區(qū)功能來緩解交通擁堵。然后，根據(jù)深圳市各區(qū)關(guān)口分布圖，分析得出深圳市今后發(fā)展規(guī)劃可著重將南山區(qū)建設(shè)為城市中心工作區(qū)。最后結(jié)合實際情況，提出了大量使用公共交通出行方式和設(shè)置特殊通道來緩解交通擁堵。 3) 在可增加關(guān)內(nèi)通道的情況下，以標準化后早晚高峰期的車流量平均值最大為目標函數(shù)，建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型，解得可在“107國道(廣深公路）南頭檢查站南行-北-戰(zhàn)略”、“深南大道南頭檢查站出-南-戰(zhàn)略”、“沙河西路白芒關(guān)檢查站出-南-戰(zhàn)略”、“梅觀公路普濱加油站南行-北-戰(zhàn)略” 這

3、4處增加關(guān)內(nèi)通道，以緩解交通擁堵。關(guān)鍵詞 模糊聚類分析 圖表分析 0-1整數(shù)規(guī)劃模型一、 問題重述交通擁堵是目前中國各大城市面臨的共同難題，但擁堵的成因各不相同。深圳由關(guān)內(nèi)關(guān)外兩個區(qū)域組成，關(guān)外由寶安、龍崗兩個行政區(qū)和光明新區(qū)、龍華新區(qū)、坪山新區(qū)、大鵬新區(qū)四個功能區(qū)組成；關(guān)內(nèi)含羅湖、福田、南山、鹽田四個行政區(qū)。溝通關(guān)內(nèi)外的主要通道有寶安大道/新安、107國道南頭、同安路荔山、廣深高速同樂、南光高速、沙河西路白芒、福龍路、梅觀路、清水河、布吉關(guān)、沙灣、北山道鹽田坳、鹽壩高速背仔角等檢查站。由于有相當?shù)囊徊糠秩丝谠陉P(guān)外居住，在關(guān)內(nèi)上班，導致在上下班高峰期各關(guān)口進出通道經(jīng)常成為交通最擁堵的地方，尤其

4、以布吉關(guān)、梅林關(guān)等處為甚，在高峰期發(fā)生道路交通事故更會嚴重影響到廣大市民的工作和生活。使用數(shù)學方法對不完整的交通信息進行建模分析，在不斷修正、調(diào)整的基礎(chǔ)上取得較可靠的分析結(jié)果。根據(jù)所給數(shù)據(jù)以及你收集到的深圳城市功能分區(qū)規(guī)劃、以及實際城市發(fā)展等方面的相關(guān)資料分析討論以下問題：1. 分析造成各關(guān)口擁堵的深層原因。以梅林關(guān)為例，考慮信息不完備的影響因素構(gòu)建關(guān)口交通模型，分析造成關(guān)口廣場區(qū)域高峰期擁堵的直接原因，對關(guān)口廣場各連接道路進行分類或定出擁堵指數(shù)；根據(jù)你的模型參數(shù)，給出今后進一步研究關(guān)口廣場擁堵問題所需交通數(shù)據(jù)的采集側(cè)重內(nèi)容建議。2. 在不增加關(guān)內(nèi)外通道數(shù)量的情況下，能否通過調(diào)整城市分區(qū)功能、

5、改變關(guān)口區(qū)域功能架構(gòu)以及改善交通管控措施等來緩解梅林、布吉等關(guān)口的交通擁堵；3. 如果可以增加關(guān)內(nèi)通道，試問應(yīng)選在哪些地方（不考慮建設(shè)成本）。二、 問題分析 問題一：為了能夠確定各關(guān)口擁堵的原因，首先隨機選取部分通道觀察并根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)作圖，分析出造成擁堵的因素。接著，以梅林關(guān)為例,運用模糊聚類法將各道路分類，并以各道路的平均標準化值作為擁堵指數(shù)。 問題二：在不增設(shè)關(guān)內(nèi)外通道數(shù)量的情況下，根據(jù)深圳各區(qū)人口分布表和各區(qū)功能分區(qū)圖進行討論，分析城市分區(qū)功能、關(guān)口區(qū)域、功能架構(gòu)、交通管控措施存在的問題，給出相應(yīng)的調(diào)整建議。問題三：在可增設(shè)關(guān)內(nèi)外通道數(shù)的情況下，以早晚高峰期車流量平均值最大的目標函數(shù)，建

6、立01整數(shù)規(guī)劃模型，確定擁堵道路，并在擁堵道路增加新通道緩解交通擁堵。三、 模型假設(shè)與符號說明3.1 模型假設(shè)1 假設(shè)題目給出的數(shù)據(jù)真實。2 假設(shè)車輛在行駛過程中沒有發(fā)生交通事故。3 假設(shè)汽車在單位小時內(nèi)的運動視為勻速運動。3.2 符號說明符號意義梅觀公路浦濱加油站南行-北-戰(zhàn)略梅龍、民治路-南行入梅觀公路口梅觀公路南行-市區(qū)方向梅觀公路南坪立交橋下北行-南-戰(zhàn)略南坪快速路1.3公里東行-西-戰(zhàn)略南坪快速路1.3公里西行-東-戰(zhàn)略G94（梅觀高速）華為跨線橋北行-南-戰(zhàn)略G94（梅觀高速）華為跨線橋南行-北-戰(zhàn)略新區(qū)大道民寶南戰(zhàn)略新區(qū)大道民寶北戰(zhàn)略第個關(guān)口通道早晚高峰期的車流量標準化值四、 模

7、型的建立與求解4.1 模型一的建立與求解4.1.1關(guān)口擁堵的原因分析首先隨機抽取三條通道的數(shù)據(jù)進行觀測，即選取“丹沙路沙灣檢查站入-北-戰(zhàn)略”“G4(廣深高速)(2260km+969m)南行-北-戰(zhàn)略”“清坪快速清水河聯(lián)檢站入口南行-北-戰(zhàn)略”數(shù)據(jù)進行觀測（其余道路類似），見圖1：圖1 一星期內(nèi)車流量圖再對抽樣的三條通道在星期一的數(shù)據(jù)進行觀測，即選取“丹沙路沙灣檢查站入-北-戰(zhàn)略”“G4(廣深高速)(2260km+969m)南行-北-戰(zhàn)略”“清坪快速清水河聯(lián)檢站入口南行-北-戰(zhàn)略”這三個觀測點在星期一的數(shù)據(jù)進行觀測（其余類似），見圖2：圖2 星期一的車流量圖由圖1可以看出，交通流量呈現(xiàn)明顯的周

8、期性，且周期為T=168（小時），即7天。車流量在0120小時這一階段（即工作日）比較多，在120168小時這個階段（即周末）比較少。由圖2可以看出，在一天中車流量與時間段也有明顯的關(guān)系。在每天的7-9點和18-20點車流量比較多，其余時間少；而7-9點和18-20點正是早高峰期和晚高峰期。由此可知,造成高峰期關(guān)口擁堵的直接原因有：關(guān)外人員上下班時段給道路帶來了較大的車流量，超過了道路的負荷極限。從這兩圖中還能看出，在同一時間不同道路上的車流量也有很大不同。4.1.2 擁堵指數(shù)的確定由于“梅龍、民治路-南行入梅關(guān)公路口”缺少早高峰流量和早高峰車速數(shù)據(jù)，因此，以兩組不同的3個指標，運用兩次模糊聚

9、類分析進行分類，最后確定出梅林關(guān)的4條連接道路10個出口的分類，并給出各個道路對應(yīng)的擁堵指數(shù)值。 以車道數(shù)、早高峰流量、晚高峰流量為指標的模糊聚類分析第一步：數(shù)據(jù)標準化（1）數(shù)據(jù)矩陣設(shè)論域為，這9個對象代表9條道路,分別為“梅觀公路浦濱加油站南行-北-戰(zhàn)略”、“梅觀公路南行-市區(qū)方向”、“梅觀公路南坪立交橋下北行-南-戰(zhàn)略”、“南坪快速路1.3公里東行-西-戰(zhàn)略”、“南坪快速路1.3公里西行-東-戰(zhàn)略”、“G94（梅觀高速）華為跨線橋北行-南-戰(zhàn)略”、“G94（梅觀高速）華為跨線橋南行-北-戰(zhàn)略”、“新區(qū)大道民寶南戰(zhàn)略”、“新區(qū)大道民寶北戰(zhàn)略”。每個對象用3個指標（車道數(shù)、早高峰

10、流量、晚高峰流量）來表示其擁堵狀況，即得到原始數(shù)據(jù)矩陣為：（2）數(shù)據(jù)標準化用最大值規(guī)格化法將原始數(shù)據(jù)標準化，得標準化矩陣 第二步：建立模糊相似矩陣用最小最大法其中為與的相似程度，此處，。構(gòu)造模糊相似矩陣，見附錄。第三步：聚類（1） 建立模糊等價矩陣用二次方法求的傳遞閉包，得模糊等價矩陣，見附錄。（2）將中的元素由大到小編排如下：（3）將由大到小進行聚類：取時，分為9類： 取時，分為8類： 取時，分為7類： 取時，分為6類：取時，分為5類： 取時，分為4類： 取時，分為3類： 取時，分為2類： 取時，分為1類： 以車道數(shù)、晚高峰流量、晚車速為指標的模糊聚類分析論域為，這6個對象分別

11、代表6條道路“梅觀公路普濱加油站南行-北-戰(zhàn)略”、“梅龍、民治路-南行入梅觀公路口”、“梅觀公路南行-市區(qū)方向”、“梅觀公路南坪立交橋下北行-南-戰(zhàn)略”、“南坪快速路1.3公里東行-西-戰(zhàn)略”、“南坪快速路1.3公里西行-東-戰(zhàn)略”。每個對象用3個指標（車道數(shù)、晚高峰流量、晚車速）來表示其擁堵狀況，即得到原始數(shù)據(jù)矩陣，用最大值規(guī)格化法將原始數(shù)據(jù)標準化，得標準化矩陣，用最小最大法構(gòu)造模糊相似矩陣，用二次方法求模糊相似矩陣的傳遞閉包得模糊等價矩陣，見附錄。最后得聚類分析結(jié)果：1>0.9839>0.9591>0.9252>0.5671>0.3513取時，分成6類：取時，

12、分成5類：取時，分成4類：取時，分成3類：取時，分成2類：取時，分成1類： 綜合以上2個聚類分析結(jié)果，第一個聚類分析結(jié)果：取時，分為4類：；第二個聚類分析結(jié)果：取時，分成2類：。其中有相同分類項，所以將10條道路分為5類： 由標準化矩陣進而求平均值，得到各個道路的平均標準化數(shù)值作為交通擁堵指數(shù)，如下表1：表1 梅林關(guān)各通道的擁堵指數(shù)表梅林關(guān)進出通道擁堵指數(shù)梅觀公路普濱加油站南行-北-戰(zhàn)略0.8692南坪快速路1.3公里西行-東-戰(zhàn)略0.7533梅觀公路南坪立交橋下北行-南-戰(zhàn)略0.7322南坪快速路1.3公里東行-西-戰(zhàn)略0.7166梅觀公路南行-市區(qū)方向0.7110G94(梅觀高速)華為跨線

13、橋北行-南-戰(zhàn)略0.4450G94(梅觀高速)華為跨線橋南行-北-戰(zhàn)略0.3707新區(qū)大道民寶南戰(zhàn)略0.2725梅龍、民治路-南行入梅觀公路口0.2542新區(qū)大道民寶北戰(zhàn)略0.2513 決定交通擁堵的指標因素有很多，而附件中只提供了車道數(shù)、車流量、車速的較少數(shù)據(jù)，且許多數(shù)據(jù)不完整，單位設(shè)置太粗略，不能全面、科學地反映關(guān)口的擁堵情況。所以，在以后的研究當中，建議應(yīng)多采取其他數(shù)據(jù)，如車流密度、將單位小時縮小為分鐘、路段占有率等。4.2 問題二的解答4.2.1 調(diào)整城市分區(qū)功能圖3 深圳功能分區(qū)圖深圳市的功能分區(qū)分為行政區(qū)和功能區(qū)，其中關(guān)內(nèi)有羅湖、福田、南山、鹽田四個行政區(qū)，關(guān)外有寶安、龍華兩個行政

14、區(qū)和光明新區(qū)、龍華新區(qū)、坪山新區(qū)、大鵬新區(qū)四個功能區(qū)。通過互聯(lián)網(wǎng)獲得深圳市各個區(qū)域的面積和人口數(shù)據(jù)，如下表2：表2 深圳市各區(qū)人口數(shù)據(jù)表區(qū)域土地面積（平方公里）人口數(shù)量（萬人）人口密度（人/平方公里）福田區(qū)78.8131.816725.9羅湖區(qū)78.3686.7811074.5鹽田區(qū)72.6321.02891.4南山區(qū)182108.85978.0寶安區(qū)733401.85481.6光明新區(qū)156.1805124.9龍崗區(qū)385.92305960.1坪山新區(qū)168603571.4大鵬新區(qū)294.1818611.9龍華新區(qū)175.58137.97854.0圖4 深圳市各區(qū)域人口密度圖 由上表數(shù)據(jù)可以

15、觀察得，行政區(qū)人口密度總體大于功能區(qū)人口密度。另外，由圖4可以直接看出，關(guān)內(nèi)的福田區(qū)、羅湖區(qū)的人口密度明顯大于關(guān)外各區(qū)的人口密度。綜上所述，深圳市各個區(qū)的人口密度分布不均勻，這是造成交通擁堵的重要原因之一，因此可以通過調(diào)整城市分區(qū)功能來緩解交通擁堵。4.2.2 改變關(guān)口區(qū)域功能架構(gòu)圖5 深圳市各區(qū)關(guān)口分布圖由圖5可以看出，南山區(qū)的關(guān)口分布比較密集，交通比較便利，又靠近關(guān)外的關(guān)外的寶安區(qū)和龍華新區(qū)，即此處交通比較通暢。而鹽田區(qū)、羅湖區(qū)、福田區(qū)的關(guān)口分布比較稀缺，則在這些地方，關(guān)外人員往關(guān)內(nèi)上班相對較易造成交通擁堵。所以，深圳市今后發(fā)展規(guī)劃時，可以著重將南山區(qū)建設(shè)為城市中心工作區(qū)，間接促進寶安區(qū)、

16、龍華新區(qū)的發(fā)展。4.2.3 改善交通管控 隨著經(jīng)濟飛速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，大部分居民都擁有了自己的私家車，出行方式以私家車為主。大量私家車的行駛是造成交通擁堵的主要原因之一，因此減少私家車的使用率，大力提倡公共交通的出行方式，不斷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車上路的概率，從而緩解了交通擁堵。 由于交通擁堵易造成交通事故的發(fā)生，為了減少處理交通事故的時間，確保交通順暢。同時為了提供通道給救護車、消防車、警車等特殊服務(wù)車輛，因此，建議在已有通道的基礎(chǔ)上，設(shè)置一條特殊通道，從側(cè)面也可大大緩解現(xiàn)有的交通擁堵情況。4.3增加關(guān)內(nèi)通道的0-1整數(shù)規(guī)劃模型首先，對18

17、個關(guān)口通道的早晚高峰期的車流量進行標準化，并求出平均車流量，如下表3：表3 各關(guān)口通道早晚高峰期的車流量標準化值關(guān)口通道標準化后的 早高峰期的車流量(輛/h)標準化后的 晚高峰期的車流量(輛/h)標準化后早晚高峰期的車流量平均值107國道(廣深公路）南頭檢查站南行-北-戰(zhàn)略0.91260.52480.7187深南大道南頭檢查站出-南-戰(zhàn)略0.77940.49260.6360G4(廣深高速)(2260km+969m)南行-北-戰(zhàn)略0.46940.42730.4483廣深高速同樂檢查站出-東-戰(zhàn)略0.39880.23150.3151沙河西路白芒關(guān)檢查站出-南-戰(zhàn)略0.207510.6037松白路白

18、芒檢查站入-北-戰(zhàn)略0.21080.11310.1619福龍隧道-南向北行駛0.27590.22430.2501福龍隧道-北向南行駛0.26530.17050.2179梅觀公路南坪立交橋下北行-南-戰(zhàn)略0.51610.40510.4606梅觀公路普濱加油站南行-北-戰(zhàn)略10.54890.7744清坪快速清水河聯(lián)檢站出口北行-南-戰(zhàn)略0.20990.21910.2145清坪快速清水河聯(lián)檢站入口南行-北-戰(zhàn)略0.26200.11530.1886保潔路清水河檢查站出-南-戰(zhàn)略0.12000.14370.1319西環(huán)路清水河檢查站入-北-戰(zhàn)略0.08070.04090.0608布吉路-深惠路南向北行駛

19、0.26450.21470.2396深惠路-布吉路北向南行駛0.29360.16660.2301丹沙路沙灣檢查站入-北-戰(zhàn)略0.15010.11090.1305沙灣路沙灣檢查站出-南-戰(zhàn)略0.05630.05310.0547 其次，以為決策變量，建立0-1整數(shù)規(guī)劃模型:定義決策變量為第個關(guān)口通道是否增加通道，且，建立優(yōu)化模型如下：其中表示第個關(guān)口通道早晚高峰期的車流量標準化值。解得以下4個關(guān)口通道較為擁堵，分別為“107國道(廣深公路）南頭檢查站南行-北-戰(zhàn)略”、“深南大道南頭檢查站出-南-戰(zhàn)略”、“沙河西路白芒關(guān)檢查站出-南-戰(zhàn)略”、“梅觀公路普濱加油站南行-北-戰(zhàn)略”。所以在這4處可以增加

20、關(guān)內(nèi)通道，以緩解交通擁堵。五、 模型優(yōu)缺點與模型推廣5.1 模型優(yōu)缺點優(yōu)點：模糊現(xiàn)象的處理方法條理清晰，對所研究的事物按一定標準分類，通過精確的數(shù)字手段處理模糊的評價對象，能對蘊含信息呈現(xiàn)的模糊性資料做出比較科學合理、貼近現(xiàn)實的量化和綜合評價。缺點：計算復雜，權(quán)重帶有一定的主觀性，存在一定誤差。5.2 模型推廣 模糊數(shù)學聚類分析模型不僅在交通建設(shè)方面起作用，同時在其他方面有廣泛影響，例如在經(jīng)濟預測、農(nóng)業(yè)收成、人工智能等領(lǐng)域。 六、 參考文獻1 維基百科 深圳市./wiki/%E6%B7%B1%E5%9C%B3%E5%B8%82 2013-8-202

21、深圳關(guān)內(nèi)外交通擁堵探究與治理. 2013-8-22七、附錄7.1圖1圖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(廣深高速)(2260km+969m)南行-北-戰(zhàn)略y3=110754932355918115371517140013431

24、070931104012651344144816711627987680534371243 208102988760951991559163115121334157386110911338121012751310963960679476336241 110744734376018015291509912119810119031130135814231447187417991225733570413296 1971067967661222181506159813891281102985110321094711771163692499369278188 1421036750536317412481

25、29510319137926607779751008109013351332768574430367284 1961501469372982006169911030112911551014116912761226123514351275848673517342279 154121111909782158432621896102998585099311551181114612251089782624504345227;%清坪快速清水河聯(lián)檢站入口南行-北-戰(zhàn)略y5=5464244043062282043528448418127998386928439221038111011311046842831

26、747697583573479402330299297449896806911809113073987591188996191366583183275472564454241436422824327142082083752569085176382291195810361059109986084281866958658449838131129834444991078681782177165779789796410891143112283984375874061958643539730229432144892286680271084569584283899210921227110391787679569072568252953041434033145161979881883881972983689993010491074106296292183878470564063246043139035739155552876577275565977781789898010551003869851791728659;%丹沙路沙灣檢查站入-北-戰(zhàn)略plot(x,y5,'r',x,y2,'g')hold on plot(x,y3)legend('