深圳关内外交通拥堵探究与治理---优秀论文.doc

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深圳关内外交通拥堵探究与治理

摘要

本文围绕交通拥堵的相关知识，对深圳关内外交通拥堵进行指标化，并分析了在增加与不增加关内外通道数量下的交通治理措施。

针对问题一，本文建立了模型I--道路拥堵指数模型，模型II-多元拟合模型。

首先对三个路段进行分析,以107国道等几个路段（路口）为例，用图像将数据直观化，再综合所以路段一起分析造成关口广场区域高峰期拥堵的直接原因与深层原因；再由学术期刊“交通运输系统工程与信息”中提到的拥堵指数模型，结合物理学的知识和车辆密度定义构造出拥堵指数模型，根据道路拥堵指数的数值大小范围定义出五个拥堵级别（结果见P6），代入各关口的交通数据后寻找出交通黑点（具体交通黑点见表1）。

鉴于模型I只是一个定性分析模型，由拥堵指数与车道数、车流量、车速的关系图可以看出拥堵指数与车速的倒数和车道的倒数较为吻合,再通过逐步回归，根据可决系数判断拟合出模型II的表达式。

在上述的模型结论下，提出关于今后研究关口广场拥堵问题所需交通数据的采集侧重内容提出的建议（建议见P11）。

针对问题二，本文建立了模型III-单因子方差分析模型。

要缓解梅林、布吉等关口的交通拥堵，可分为三个措施，首先是调整城市功能分区。

不同的城市功能区分担的城市任务不同，一般商业区会比生活区、工业区发达，从而不同区域的高速运作促使交通的拥挤问题的发生，而不同功能区的区别正好可以体现在经济、消费等方面。

因此，本文使用单因子方差分析的统计方法，通过对梅林关、布吉关为界的两组城区各年的人均GDP、消费品零售总额进行比较，可以发现两组数据会有较大的差异，从而得出可从调整城市功能分区来改善其交通状况的结论。

其次是通过改变关口区域功能架构和改善交通管控措施也可以有效改善交通状况。

针对问题三，本文建立了模型IV-地域交通综合评价模型，这是一个综合的定性分析问题。

要解决深圳关内外交通拥堵问题，关键是先解决经常发生堵塞路况的交通黑点。

因此，我们先从问题一的拥堵指数标准判断出梅观公路普滨加油站南行-北-战略等最不容乐观的7个路段或关口，重点在这几个地方增设关内通道，根据连接通道最短原则，通过建立地域交通综合评价模型解决如何把新增设的关内通道与现有的路段等连接起来，从而把拥挤路段的车辆分流转移到其他不拥挤的路段。

结果显示此模型能有效降低所有关口的拥堵指数。

关键词：

拥堵指数建议多元拟合单因子方差分析综合评价

1问题的重述

1.1基本情况

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，因而需要在摸清规律的基础上有针对性地提出解决方案。

由于历史的原因，深圳由关内关外两个区域组成。

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。

因此，使用数学方法对不完整的交通信息进行建模分析，通过不断修正、调整的基础上取得较可靠的分析结果，对制定有效、合理的交通管控以及事故应对方案提供有益的帮助。

1.2需要解决的问题

根据附件给出了交警部门记录的各主要关口进出通道瓶颈断面代表时段的交通流量、对应车速数据和行车道数，对拥堵严重的梅林关还以样本抽取方法给出了部分与关口广场连接道路对应时段的相关参考数据。

建立相应的数学模型讨论，结合相关资料解决以下三个问题：

1.分析造成各关口拥挤的深层原因。

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.分析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、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.分析在可以增加关内通道的条件下，应选在哪些地方增加关内通道（不考虑建设成本）。

2问题的分析

2.1问题1的分析

问题1要求我们对深圳市各关口与道路的拥堵情况做出定量的拥堵指标分析，并考虑造成各关口拥堵的直接原因与深层原因，再提出关于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的建议。

本文将该问题划分为2个小问题：

问题1.1：

分析造成各关口拥堵的深层原因；

问题1.2：

利用附件一给出的深圳各关口断面在各个整数时间点上的车流量以及车速数据，建立拥堵指数模型，并分析造成关口广场区域高峰时段拥堵的直接原因和提出侧重性建议。

针对问题1.1，鉴于附件数据量大，而且表格形式不易于阅读，因此需要将数据直观化。

先以107国道、G4广深高速和深圳大道等在某一周的车流量为例，先画出折线图将数据直观化。

结合各路段车流量比较与google地图对107国道地理位置的分析造成部分关口出现拥堵路况的深层原因。

以上工作可以为后面建模采集数据提供思路上的方向和依据。

针对问题1.2，利用附件中各地点和时间点的车流量、车速、车道数等数据，根据物理学的基本知识，结合车辆密度公式进行公式变形建模，并依此作为拥堵指数的指标，依次算出各个关口和道路的拥堵指数。

但指数模型是一个定性分析模型，其指数是车道数、车流量以及车速对拥堵指数的综合影响指标，不能很好地反映各个因素对道路拥堵的影响，因此我们考虑多元拟合模型的逐步回归方法来完善拥堵指数模型，去除多重共线性，期望能反映各因素对道路拥堵的影响，并用e-views软件进行模拟检验，最后提出对交通数据采集侧重内容的建议。

2.2问题2的分析

要缓解梅林、布吉等关口的交通拥堵，可分为三个小部分进行说明。

首先是调整城市功能分区。

城市功能区可分为生活区、工业区、商业区等，一般商业区会比生活区、工业区发达，从而不同区域的高速运作促使交通的拥挤问题的发生，而不同功能区的区别正好可以体现在经济、消费等方面。

本文使用单因子方差分析的统计方法，对梅林关、布吉关为界的两组城区各年的人均GDP、消费品零售总额进行比较，可以发现两组数据会有较大的差异，从而可从调整城市功能分区来改善其交通状况。

其次是改变关口区域功能架构。

大量人们缺少通过关口的有效交通方式，最后选择自驾车，从而造成关口交通拥挤，在关口增设人过关口通道，实现人车分流，从而缓解交通拥挤。

最后是改善交通管控措施。

拥挤是由于大量上班人流都集中在一起，对此可以通过出台部分政策，错开部分公司企业的上班时间以及下班时间，增加公交车等完善公共交通体系来减少车流量，达到缓解交通的目的；适当对交通拥挤地带收费也是缓解交通拥挤的一个重要措施。

2.3问题3的分析

若要解决交通拥堵问题，要先解决经常发生堵塞路况的交通黑点。

因此，我们由问题一的拥堵指数标准判断出最不容客观的几个路段（路口），在这几个地方增设关内通道，力求使得交通拥挤问题得到缓解。

在设置新通道时，应考虑通道长短、路段行驶方向、加入通道后拥挤问题改善的程度等因素，从而建立地域交通综合评价模型并求解，用新增设的关内通道将现有的路段连接起来，从而把拥挤路段的车辆分流转移到其他不拥挤的路段中，从而达到平衡路段的拥挤情况，缓解该道路的交通堵塞。

3模型的假设

（1）假设路口不发生事故，不考虑事故因素对交通堵塞的影响；

（2）假设一段路上的多条道上流量平均，即外侧和内侧车流量一样；

（3）假设汽车是作匀速运动的；

（4）假设所有车辆的长度都相等；

（5）假设各变量因素之间的不会间接影响；

（6）假设人均GDP和零售总额都服从正态分布。

4.符号的说明

符号

符号的含义

交通拥堵指数

路段上单位小时内的车流量

路段上所有车辆的平均车速

车道数

车辆平均长度

路段上车辆行驶的密度

地域交通综合评价指数

5模型的建立与求解

针对本案例的三个问题我们建立了几个不同数学模型，基于此，本部分可分为以下4个模块：

5.1模型I-道路拥堵指数模型的建立与求解（问题1的解答）

5.2模型II-多元拟合模型的建立与求解及交通数据采集侧重内容的建议（结合模型I对问题1的解答）

5.3模型III-单因子方差分析模型的建立与求解（对问题2的解答）

5.4模型IV-地域交通综合评价模型的建立与求解（问题3的解答）

5.1模型I-道路拥堵指数模型的建立与求解（问题1的解答）

5.1.1分析造成各关口拥堵的深层原因

深圳是中国国家区域中心城市，是中国第一个经济特区，现在已经是中国经济最发达的城市之一。

深圳在各方面的发展促使了深圳交通的发展，同时也给交通堵塞留下了隐患。

附件一给出了今年1月7日~1月13日为期一周的深圳各关口断面在各个整数时间点上的车流量以及车速，我们首先把这些数据进行直观化。

首先以107国道的交通拥挤情况为例，以下是107国道（广深公路）南头检查站南行-北-战略段路在这个星期内每天0点到23点的每个时间点的车流量：

图1107国道某一周车流量

由图1可见，在这7天内，107国道在0点至6点的车流量都是比较低的，但在早上5点开始车流量开始增大，而在6~8点，车流量会迅速地增大直至最高位，最高位一般在8点左右。

在18点以后，车流量逐渐减低。

仔细地看上图可以发现，在中午11点，下午14点，傍晚15点左右，车流量都有一个凸起的状态。

另外，我们还画出G4广深高速和深圳大道南头检查站在这个星期内每天0点到23点的每个时间点的车流量图（见附录A和附录B）。

由这三个地方的某一周车流量图可以发现在上下班的时间段，车流量都会有较大增幅。

这是因为这些时间段都是上下班的高峰期，车流量增大是正常现象，这也导致了交通拥堵问题。

综合上述的三个地点的某一周车流量图，我们可以假设在其他路段的交通拥堵问题也是基于上下班原因。

我们把各路段7天内每个时间点的车流量取平均值，再作图：

图2各路段车流量比较

根据上图，我们发现在多数路段，车流量状况与107国道的相同，即在上下班时间段车流量的数量会有一个凸起状态。

因此，我们可以认为照成各关口拥堵的深层原因是时间问题，准确地说是上下班情况。

联系google地图，得知107国道连着深圳很多城区。

由于深圳市的城市分区问题，大量市民需要在住宅区和商业区之间流动，造成107国道的交通压力，而上班时间的交通压力大多来自于工作和生活的需要，这是深层原因之一。

图3107国道地图

另外，深圳市是改革开放事业最前沿的经济发达地区，生活与工作的节奏比较快，建设需求也比较大，私家车与机动车等需求也不断增加，就造成了交通供需矛盾严重，其中因大量机动车辆的涌现而造成的拥堵几乎无可避免，这是深层原因之二。

再有，城市路网结构设计不够合理，深圳在道路的整体布局上偏重抓主干道，不注重次干道、支路的建设的问题。

这造成了道路密度低，交通流量过于集中，主/次干道、支路比例失调，特别是在主/次干道过渡或衔接路口、路段通行能力低，等等后果。

出现道路维修、自然灾害及其他突发事件时，支路建设的不足又将对疏散工作带来不利影响，从而引发更严重的交通堵塞，这是深层原因之三。

5.1.2道路拥堵指数模型的建立

根据2011年5月发表的<<交通