深圳关内外交通拥堵探究与治理建模.doc

题目：深圳关内外交通拥堵探究与治理摘要 随着我国城市化、机动化进程不断加快，城市的交通压力也在急剧上升。无论从城市交通需求的指数增长，还是从城市交通拥堵带来的巨大资源浪费，或者政府的巨大交通投入背后的“微弱”效果，城市交通拥堵已经成为城市发展过程中不可回避的重大挑战。本文首先对交通拥堵的界定进行了定量的分析。接着从我国城市交通需求与道路状况呈现急剧的不协调展开，提出交通拥堵治理中存在的“治理拥堵治理拥堵”的怪圈。通过随机抽样分析附件1及附件2中的部分数据，判断出车流量、车速、车道数之间的相互关系，定义出交通拥堵指数（TCIlink）。对交通拥堵情况进行分级讨论。但，分析发现，交通拥堵指数并不是与车流量及车速成单一正比关系。通过交通拥堵指数与车流量及车速之间存在的非线性关系进行讨论，结合现实发展的现实情况，得到造成拥堵的深层原因为经济增长伴随的车流量压力增大，道路建设又刺激了交通需求的增长，进而导致车流密度持续增加，以及关口的地理分布状态不尽合理，出行时间及路口的选择存在冲突的结合影响的结论。这也正验证了交通理论上的当斯定律。此后，以梅关路口为例，在依据交通拥堵指数（TCIlink）与其他因素的相互关系，建立起在交通拥堵前提下的函数表达，使车速与交通拥堵指数之间有了一个明确的对应关系。在该关系下，分析拥堵情况下的车速变化，与车流量、高峰时间段的相关度。得出，真正影响交通拥堵直接因素是交通运行在个别路口上时间及空间上的过度集中。在深层原因与直接原因分析得到的前提下，对交通模型进行完善处理。根据上述问题一中分析出的不足，得出可通过调整城市分区功能，增加公共交通建设，优化信息采集及提醒功能等方法优化交通拥堵状态的结论。在此基础上，分析各个关口的拥堵比率，对比产生最需优化的关口节点。同时结合地图及城市区域分工，明确在适合的关口附近建立新的关口，及优化新增关内的通道，以便利关内外的交通。尤其解决高峰期拥堵状况严重的梅关路，布吉镇，107国道南头处的交通情况。关键词：城市交通，交通拥堵，交通拥堵指数（TCIlink），对策一、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。深圳市由于其众多居民关内区工作，关外区居住的特殊情况，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严重影响了到广大市民的工作和生活。而城市道路建设的资源投入又直接增加了关口交通管控工作的复杂度，导致交通管控和事故应急处理决策愈加困难。现需根据交警部门记录的各关口各时段交通流量等信息，分析造成各个关口拥堵的深层原因；构建交通模型，分析造成关口高峰期拥堵的直接原因，根据模型，给出今后研究拥堵问题所需采集内容的侧重内容建议。同时，分别给出在不增加关内外通道数量、及可增加关内外通道数量的两种情况下，改善交通拥堵的意见建议。二、问题分析交通拥阻是指交通需求（一定时间内想要通过某道路的车辆台数）超过某道路的交通容量（一定时间内该道路所能通过的最大车辆台数）时，超过部分交通滞留在道路上的交通现象。 随着交通需求增加，当交通需求超过了行走路径上的交通容量最小地点（瓶颈）的交通容量时，来自上流的交通需求中超过的部分，即超过需求将无法通过瓶颈，在瓶颈处形成等待行列。 交通拥堵是现代城市，尤其是大城市，不可避免的交通问题。对路网进行交通拥堵状态的评价是改善其运行质量的前提和依据。我们根据单位时间每千米内单一车道上运行的车辆数，（假定每辆车的平均长度为五米）来描述交通拥堵指数TCIlink(Traffic Congestion Index)： 1非常畅通 0.075以下 2畅通 0.075至0.15TCIlink= 3轻微拥堵 0.15至0.25 4中度拥堵 0.25至0.4 5严重拥堵 0.4以上 其中： Q单位小时内的车流量； v车速； n车道数； l车辆平均长度，此处取为5米。我们要解决三个问题，对这三个问题作出以下分析：我们利用附件1中的数据，对同一关口多天内不同时间的拥堵指数，不同关口一天内各个时间拥堵指数进行对比分析，建立数据处理及数理统计模型，同时建立起车道数目，车流量及拥堵指数间的数学关系，结合对实际情况的猜想，最终得出造成各关口拥堵的因素有：经济增长伴随的车流量压力增大，道路建设又刺激了交通需求的增长，进而导致车流密度持续增加，关口的地理分布状态不尽合理，出行时间及路口的选择存在冲突。 其中，以梅林关为例，利用附件2中的数据，通过分析各路口早晚高峰期时段的交通拥堵指数，建立关口交通模型，发现其中出行时间及路口选择是造成该关口高峰期拥堵的直接原因，而车道数与车流量并不是造成拥堵的直接因素。并依据此原因，结合实际给出对今后研究关口拥堵问题所需交通数据采集侧重内容的建议。对于不增加关内外通道数的情况下，建立城市功能规划模型，通过分析城市功能分区及附近交通状态的相关联系，得出可通过调整城市分区功能，增加公共交通建设，优化信息采集及提醒功能等方法优化交通拥堵状态的结论。对于可以增加关内通道的情况，结合现有关口在整个市区分布情况与其交通拥堵状况的相关联系，得出关口密度及车道数量与交通拥堵指数的函数关系，建立数据图表分析模型，通过最优化方法，分析新关口最优化设置节点位置，得到最应在关内增加通道的位置节点。三、模型假设1、所有车的长度相同（约为5米），在同一小时内，车通过关口检测点的平均速度均相同，为恒指；2、路口不发生事故，不考虑事故因素对交通拥堵的影响；3、关口无红绿灯，无人行道；4、忽略司机的感性因素，认为司机均能做到按交通规则进行行车；5、假设题目已给出的有效数据真实可靠，且忽略不完整的交通信息。4、 定义及符号说明 TCLling交通拥堵指数 Q单位小时内的车流量； v车速 n车道数； l车辆平均长度，此处取为5米。 U畅通行驶时的最低车速，此处取为40kmh. Q a 全市机动交通工具总拥有量/全市道路总长度5、 模型的建立与求解、问题一的建模及求解1.各关口造成拥堵的原因（1）我们定义单位时间每千米内单一车道上运行的车辆数，（假定每辆车的平均长度为五米）为描述交通拥堵的交通拥堵指数TCIlink(Traffic Congestion Index)，其运算公式如下： 其中： Q单位小时内的车流量； v车速； n车道数； l车辆平均长度，此处取为5米。交通拥堵指数是一个连续变量，定义其取值范围是01。指标值的大小代表了不同的交通运行状态和拥堵强度，值越大则评价时段内的道路运行状态越差，拥堵强度越大；反之，道路的运行状态越好，拥堵强度越轻。本文中将出行者对交通拥堵强度的感受划分为5个等级，分别为：严重拥堵、中度拥堵、轻微拥堵、畅通、非常畅通，表示如下： 1非常畅通 0.075以下 2畅通 0.075至0.15TCIlink= 3轻微拥堵 0.15至0.25 4中度拥堵 0.25至0.4 5严重拥堵 0.4以上 （1）时间对关口交通拥堵的影响我们根据附件1中给出的数据，任意抽取了其中两个关口（107国道南头，沙湾）在给出数据的7天内各小时的交通拥堵指数变化情况。 具体各时段车辆数、车速及交通拥堵指数数据，见附件1。 通过图像可以看到，机动车流量变化趋势大致呈现“ M ”型，交通拥堵主要集中在早8点左右，及晚18点左右。该时间段是人们上班下班的高峰期，主要交通问题正集中在此段时间内，所以着重分析解决这两个时间段内的交通拥堵情况，即可得到改善交通的有效方法。 从中可以分析得到各关口拥堵的深层原因之一是不同时间段中的高峰期的上班下班时车辆通行较为集中，在一个较小的时间范围内大量车辆同时通过关口，造成交通拥堵。关口分布及车道数对交通拥堵指数的影响 同样根据附件1中的数据，我们任意选出一天中多个关口的交通数据，分析其交通拥堵指数，得到如上图形。 通过图形可以看出，同一时间段不同关口的拥堵指数情况相差较大，尤其图中选出的几个关口中，107国道南头关口的交通拥堵指数明显大于其他关口。 而该关口在选择的对比关口中，车道数最多，反而拥堵指数较高。该现象恰好符合当斯定律(高速公路高峰小时拥挤定律)的推论，该定律表明：沿着交通走廊建的新道路减少了旅行时间，但吸引了其他道路和其他交通方式的交通量转移，经过一段时间后最终将恢复到原来的拥挤水平。城市道路也呈现出相同点，大量基础设施建设并不能有效改善交通拥堵状态，而是在交通拥堵治理过程中持续存在一种“治理拥堵治理拥堵”的怪圈。 由此，可推断，车道数对交通拥堵的影响较小，相反，关口的位置分布，却是造成个别关口拥堵的深层原因之一。 综上两点，经济增长伴随的车流量压力增大，道路建设又刺激了交通需求的增长，进而最终导致车流密度持续增加。而落后的交通信息调度，伴随车流密度的增长，衍生出越来越严重的交通拥堵问题。以上，就是各关口造成交通拥堵的深层原因。造成关口广场区高峰期拥堵的直接原因关口名称路段或路口名称断面及方向车道数20130402早高峰流量(辆/h)车速辆/km20130402晚高峰流量(辆/h)车速辆/km梅林关梅观公路梅观公路普滨加油站南行-北-战略74810885.8957901268.93梅观公路南行-市区方向439317.5131.0341044920.94梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略533706310.740344816.81南坪快速南坪快速路1.3公里东行-西-战略436714619.9540945418.95南坪快速路1.3公里西行-东-战略448254328.0539875518.12以梅林关为例（数据见上表），结合其他众多拥堵情况下的车速、拥堵指数的数据，发现当出现拥堵情况时，车速及拥堵指数存在以下对应关系： U 畅通或非常畅通时； U* 拥堵时；U畅通行驶时的最低车速，此处取为40kmh.以上公式可以反映出，车辆既是交通工具, 又是交通障碍, 而后者往往被人们忽视。在关口处, 如果车辆太多, 以至于交通拥堵指数TCIlink =1时, 则 v = 0, 该路段出现交通完全堵塞。这时, 每辆车都是一个路障。如果 TCIlink 0.15时 , 则 v = U , 该路段交通畅通。这时,所有车辆都是完全意义上的交通工具。但在一般情况下, 0 v U , 即每辆车既是交通工具,又是路障, 起决定作用的是单位小时内的车流量Q 。一般来说, Q是时间和地点的函数。但从统计的观点来看, 以一小时为一个时间周期, 当时间和地点确定之后,默认 Q是个常数。 分析上表中的第二组数据，我们不难发现，在梅关公路南行市区方向路口处，早高峰流量为3931辆/h，而晚高峰期有4104辆/h，但早高峰期车速只能达到7.5km/h，相对于车流量更大的晚高峰期的49km/h，有很大差距。这说明车流量并不是判断交通拥堵的唯一标准，而车速也不能完全客观的评价，因此我们在之前定义的交通拥堵指数TCIlink（单位时间每千米行驶的数）就可以来判断交通的拥堵情况。将梅关公路上各个关口的早晚高峰期流量及车速，以及最终传化得到的TCIlink数据进行比对，可发现，各关口流量基本相同，但车速差距很大。利用上述交通工具自身的障碍性进行分析，并结合实际加以推论，得出关口处某一时间节点上的超出可通行程度的集中通行，造成了此后持续的交通拥堵，降低了车辆通行的效率，使交通工具转化为了交通自身障碍。综上，即是人们对路口的选择及通过时间的集中，是造成高峰期拥堵的直接原因。由此得，在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可增加高峰期内更短时间间隔内（例如每10分钟）的车辆通行量及平均车速的内容。、问题二的建模及求解 上一问中建立的拥堵情况下，车速及拥堵指数存在的以下对应关系： U 畅通或非常畅通时； U* 拥堵时；U畅通行驶时的最低车速，此处取为40kmh. 可反映出，车辆既是交通工具, 又是交通障碍, 而后者往往被人们忽视。在关口处, 如果车辆太多, 以至于交通拥堵指数TCIlink =1时, 则 v = 0, 该路段出现交通完全堵塞。这时, 每辆车都是一个路障。如果 TCIlink 0.15时 , 则 v = U , 该路段交通畅通。这时,所有车辆都是完全意义上的交通工具。但在一般情况下, 0 v U , 即每辆车既是交通工具,又是路障, 起决定作用的是单位小时内的车流量Q 。一般来说, Q是时间和地点的函数。但从统计的观点来看, 以一小时为一个时间周期, 当时间和地点确定之后,默认 Q是个常数就城市而言, 在一般情况下, 单位小时内的车流量Q与车辆静止平均密度 Q a ( 全市机动交通工具总拥有量/全市道路总长度) 成正比。可见, 那种认为路多车多出行就方便的看法是错误的。如果不对车辆总数加以控制, 一味地加大投入, 多修路多架桥, 并不能解决交通拥堵问题。对于不增加关内外通道数量的情况下，可通过一下措施调整城市分区功能：（1） 调整城市分区功能其中关外由宝安、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。而现有关口分布如下图所示图中可知，南山区附近关口分布较为密集，交通更为便利。切周边临近关外的宝安行政区，龙华新区。关外居民居住条件便利。而相对的，关内的罗湖，福田，盐田三区主干快速交通设施较为落后，且距离关外生活区较远，居民居住不够便利。故深圳市今后发展规划时，可以着重将此南山区建设为城市中心工作区，间接促进宝安新区、龙华新区发展，成为市民居住的主要部分。（2） 公共交通运输效率低 确立公交优先制度，大力发展公共交通。目前我国公交的运输效率在多种出行工具中是最低的。这其中不仅由于公共交通投入不足导致发展缓慢的原因，也包括目前道路状况还不能满足过多公交车辆行驶的情况。但公共交通的应用可大量减少道路上的车流密度，在一定时间内缓解交通拥堵。因此，大力倡导公共交通的出行方式，不断提高公共交通在公民出行中所占的比例。有目的的从已有交通需求中降低了机动车尤其是私家车上路的概率，从而降低交通需求。（3）建立统一的快速处理道路突发事件的联动机制 对于道路突发事件的快速处理，建立从接到报案到处理完毕的一整套快速处理联动机制，大大降低突发事件的交通影响。 由于资金的原因，目