13深圳杯数模竞赛--深圳市交通拥堵原因分析

深圳关内外交通拥堵探究与治理

摘要

深圳市的交通拥堵问题由来已久，其中各个关口的拥堵问题尤为突出。严重的交通拥堵不仅影响了人们的正常出行，也成为了阻碍城市长期发展的绊脚石，治理城市交通拥堵刻不容缓。然而，要想有效地解决交通拥堵，就要对深圳市各关口的道路通行状况进行分析。因此，因此，本文基于关口交通数据，利用数学模型对关口交通状况及影响因素进行了定量分析，并在此基础上提出了针对关内外交通拥堵问题的治理方案。

问题一要求分析各关口拥堵的深层原因。本文首先根据车速制定拥堵指数 ，并通过模糊聚类得到了全市道路通行状况R的4级评价标准。其次，计算ij

出关口附近的各条道路早晚高峰期的通行状况等级R。对于数据缺失的路段，本文采用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法对数据进行补齐。最后，根据上述计算结果，结合关口附近区域的人口密度及经济发展状况，分析各个关口拥堵的原因并给出了采集数据方面的建议。其中，梅林关的拥堵最为严重，这是由于梅观路特殊的地理位置使得梅林关成为了由关外进入深圳市的核心区域——福田区、罗湖区的必经关口；布吉关和清水河的拥堵问题也较为突出。这不仅因为布吉关也是通往福田区、梅林区的重要通道，清水河关口的人口密度大也是加剧上下班高峰期拥堵的一大原因。其他路段的拥堵原因在文中也作了具体分析。

问题二要求通过调整区域、关口的功能，制定交通管制措施改善拥堵状况。要调整城市的分区功能，首先要了解现有的分区功能。因此本文建立交通-产业吸引力方程，通过SPSS进行线性回归，定量分析三种产业每亿元GDP与吸引车流量大小之间的关系。根据交通-产业吸引力方程，建议将福田区和罗湖区的第二产业整体迁移至南山区。此外，结合深圳市实际情况，本文建议将政府部门由拥堵最严重的福田区北迁至龙岗区；鉴于清水河作为关口的交通枢纽作用，建议改变此处的关口功能区域架构，将清水河的居民迁至龙岗区其他位置。最后，本文结合人们日常出行方式及深圳市繁荣的的物流业对交通的影响制定了一些交通管制措施，以期改善交通拥堵状况。

问题三要求在关内增加通道改善拥堵状况。本文认为，改善拥堵最有效的方案就是在易拥堵道路上增加岔路口，司机可以根据当前的道路出行状况合理调整自己的行车路线，这样就可以将部分车辆引流至其他通行顺畅的道路，极大程度的缓解易拥堵道路的通行压力。因此，本文首先绘制了当前深圳市关内主要道路的示意图，对拥堵问题最严重的梅林关和布吉关连接的道路进行分析，选出邻近的畅通道路，并结合实际情况新建了两条关内通道，具体路线见图5-5。

关键词：深圳市交通拥堵数据补齐算法调整城市分区功能线性回归

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，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。

为了解决这一长期困扰深圳发展的问题，政府在道路建设上投入了大量的资源。目前，主要关口道路的互联互通程度越来越高，直接增加了关口交通管控工作的复杂度。与此同时，大规模的基础设施建设也对交通信息采集设备的完好性和可靠性造成了不良影响，从而使关口交通管控和事故应急处理决策愈加困难。

因此，使用数学方法对不完整的交通信息进行建模分析，就成为定量分析关口交通特性及构成要素的重要手段。如果能在不断修正、调整的基础上取得较可靠的分析结果，将对制定有效、合理的交通管控及事故应对方案提供有益的帮助。请根据附件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、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

2.1 问题一

本问题要求分析各关口拥堵的深层原因。考虑实际情况：在道路拥堵的情况下，车流量大而车速低；但在道路畅通的情况下，车速通常较高，此时车流量可大可小，是一个随机值。可见，车流量大小并不能反映出道路的拥堵状况，车速

ρ，通才是衡量道路是否拥堵的标准。因此，本文首先根据车速制定拥堵指数

ij

ρ进行模糊聚类，将全市道路通行状况分为4级，并给出了分级过对拥堵指数

ij

标准。其次，根据关口附近的各条道路早晚高峰期的道路通行状况R，对各道路的拥堵状况进行评价。对于信息不完备的路段，本文采用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法，给出这些路段的通行状况等级R。最后，结合各区的GDP 及城市的功能分区情况，进一步分析造成拥堵的深层原因。

2.2 问题二

调整城市分区功能的前提是充分了解现有的城市分区功能。一方面要知道一个地区三种产业的发展状况；另一方面也要分析城区的产业发展对周边道路通行

状况的影响。为此我们利用SPSS建立交通-产业吸引力的回归方程，定量分析不同产业对区域车流量的影响。

由问题一我们已经得出，拥堵问题最突出的关口是梅林关和布吉关，与这两个关口相连的福田区和罗湖区则是拥堵较为严重的区域（和梅林关相连的福田区是全市最拥堵的区域），而周边的南山区和盐田区交通压力较小。因此，我们考虑对福田区和罗湖区的功能进行调整，将部分产业集中迁移至周边区域。利用交通-产业吸引力回归方程重新计算这两个区产业迁移后的车流量，如果该区域仍旧拥堵，再通过改变关口区域功能架构和改善交通管制措施来缓解交通压力。

2.3 问题三

要缓解城市的交通压力，缓解拥堵状况，就要求新增的关内通道能对经过易拥堵道路的车辆进行引流。如果在易拥堵的道路上设有多个通往临近其他道路的岔路口，司机就可以根据当前的道路出行状况合理调整自己的行车路线，选择车流量较小的道路，这样就可以极大程度的缓解易拥堵道路的通行压力。基于这样的思路，我们绘制出了当前深圳市关内主要道路的示意图，并对每条道路的通行状况进行分析。选出关内的易拥堵道路及邻近的畅通道路，并结合实际情况在两者之间新建关内通道，从而实现缓解关内交通拥堵状况的目标。

三、问题假设

（1）每条车道的通行能力相同；

（2）各条道路没有因交通事故而造成拥堵；

（3）附录中车流量和速度数据没有受到天气的影响；

（4）采集的有效数据真实、可靠。

四、符号说明

i道路编号

j整点时刻

v第i条道路在j点钟时的平均车速

ij

V第i条道路7天内的最大车速

i

表示第i条道路在j点钟时的拥堵指数

ij

R道路通行状况等级

y某个区域内经过所有道路断面的日均车流量总和

p

x第k产业的年GDP总和

k