深圳市交通拥堵问题分析-数学建模论文

一摘要本文主要针对深圳市交通拥堵问题进行分析。首先，我们对深圳市整体道路网的建设及其发展趋势进行分析，以梅林关、布吉关等关口局部为例，对交通量进行分析，并建立模型，从多方面分析了造成深圳市交通拥堵的原因。然后，在深圳市的城市功能分区对交通拥堵的原因研究中，采用了空间聚类方法分析城市功能分区的影响因素，并试图通过研究结果调整深圳市的城市功能分区来解决交通拥堵问题。但数据有限，仅以部分区域进行了空间聚类方法说明。最后，对解决深圳市交通拥堵问题给出合理建议。最后，我们充分正视该模型的缺点，并对问题进行了进一步思考。关键词深圳市交通拥堵城市功能区划缓解措施二问题重述近年来，随着国家经济的快速发展，特别是国家政策对汽车行业发展的扶持，小汽车保有量急剧增加。另外城市化进程加快，但是交通基础设施建设跟不上，进一步加剧供需矛盾，由此我国各大中城市又出现了新一轮的交通拥堵，而且有进一步发展和恶化的趋势。深圳市干线道路示意图虽然城市规划、建设、管理等部门做了大量的工作，但是交通拥堵问题仍然存在。我们现阶段需要做的，是在总结治理交通拥堵经验的基础上，探索如何更好的缓解城市交通拥堵。表1：北京、上海、天津、杭州、广州、深圳道路交通管理基础数据对比表从上表可以看出，深圳的机动车密度高居全国之首，为了缓解交通拥堵，深圳采取了一系列交通管理措施，政府在道路建设上也投入了大量的资金。这些措施一定程度上代表了国内大多城市在解决交通拥堵中的普遍做法，但是并没有从根本上解决深圳市交通拥挤的问题。针对这一矛盾，我们主要研究以下三个问题：（1）以梅林关为例，通过对深圳市路网结构和已知数据的研究，分析造成深圳市交通拥堵的深层原因，并对研究以后的交通拥堵问题应采集的数据提出建议。（2）对深圳市的城市功能区划进行解剖，分析其造成拥堵的原因，通过合理的功能分区，提出建议来解决拥堵问题。（3）针对拥堵问题提出合理的措施，主要包含两个方面，一是在交通管控方面采取措施，二是通过经济杠杆手段调整汽车供求关系，三是增建道路来缓解交通拥堵问题。三模型的基本假定（1）不考虑交通事故造成的影响，遇到交通事故时能及时处理；（2）只考虑市内交通状况，排除外地车辆的出入对问题的干扰;（3）步行人流和自行车流对交通拥堵的影响不大，在简化模型时刻不考虑；（4）假设市内的道路状况良好，没有房屋的拆迁、道路桥梁的维修和破坏，没有道路的管制通行和占道；（5）不考虑火车、飞机等交通运输方式对问题的影响四符号的规定及名词解释P————小汽车价格Q————小汽车需求量x————时间（小时）——驾驶员反应时间——汽车通过十字路口的时间。——停车距离的驾驶时间。n——拥堵指数（一天中交通量超过平均交通量的时间与24的比值。）aver——平均交通量。五分析、建立模型并进行求解A对交通拥堵原因进行分析我们通过对梅林关道路网的分析，简化出如图所示的关口处的道路简图，并以此为分析对象，建立关口交通量的模型。首先我们对进出该关口间的各道路交通量进行分析，利用Matlab对交通量进行定量化的分析，给出了个路口的交通量随时间的变化规律，并以高峰时段的交通量为代表进行验算，如下所示，根据Matlab曲线拟合功能可以得到关口个断面的交通量随时间的函数关系，公式如下：序号断面公式断面经纬度坐标1107国道(广深公路）南头检查站南行-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=-0.0007755(-0.004703,0.003152)

p2=0.02934(-0.2426,0.3013)

p3=0.3453(-6.812,7.503)

p4=-29.26(-118.2,59.69)

p5=418.1(-106.5,942.7)

p6=-1564(-2842,-285.7)

p7=2772(1818,3727)

Goodnessoffit:

SSE:3.959e+006

R-square:0.937

AdjustedR-square:0.9148

RMSE:482.622.554515,113.9083822深南大道南头检查站出-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0001567(-0.005042,0.005356)

p2=-0.03443(-0.3944,0.3256)

p3=1.845(-7.63,11.32)

p4=-42.13(-159.9,75.61)

p5=427.6(-266.8,1122)

p6=-1330(-3022,361.7)

p7=1692(428.6,2956)

Goodnessoffit:

SSE:6.936e+006

R-square:0.8848

AdjustedR-square:0.8441

RMSE:638.822.549734,113.9121083G4(广深高速)(2260km+969m)南行-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=-0.0004962(-0.002455,0.001463)

p2=0.02912(-0.1065,0.1647)

p3=-0.3273(-3.897,3.242)

p4=-10.22(-54.58,34.14)

p5=244.9(-16.7,506.5)

p6=-1202(-1840,-565.1)

p7=1814(1338,2290)

Goodnessoffit:

SSE:9.844e+005

R-square:0.9795

AdjustedR-square:0.9723

RMSE:240.622.584194,113.909634广深高速同乐检查站出-东-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0003426(-0.001293,0.001978)

p2=-0.0442(-0.1574,0.06904)

p3=1.874(-1.106,4.854)

p4=-35.54(-72.58,1.491)

p5=304.3(85.93,522.7)

p6=-835.4(-1367,-303.3)

p7=681.8(284.3,1079)

Goodnessoffit:

SSE:6.862e+005

R-square:0.9394

AdjustedR-square:0.918

RMSE:200.922.57326,113.9200455沙河西路白芒关检查站出-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0002829(-0.001866,0.002432)

p2=-0.02771(-0.1765,0.1211)

p3=1.063(-2.853,4.979)

p4=-20.12(-68.79,28.55)

p5=180.8(-106.3,467.8)

p6=-516.6(-1216,182.6)

p7=423.4(-99.03,945.8)

Goodnessoffit:

SSE:1.185e+006

R-square:0.8381

AdjustedR-square:0.7809

RMSE:26422.624308,113.9391236松白路白芒检查站入-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.001111(-0.0006401,0.002862)

p2=-0.07967(-0.2009,0.04157)

p3=2.211(-0.9792,5.402)

p4=-30.5(-70.16,9.147)

p5=213.1(-20.7,447)

p6=-526.4(-1096,43.33)

p7=395.6(-30.01,821.3)

Goodnessoffit:

SSE:7.866e+005

R-square:0.898

AdjustedR-square:0.862

RMSE:215.122.630545,113.9351357福龙隧道-南向北行驶22.565104,114.0175628福龙隧道-北向南行驶22.564871,114.0171599梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=-0.0001993(-0.00414,0.003742)

p2=-0.01499(-0.2879,0.2579)

p3=1.436(-5.746,8.618)

p4=-37.41(-126.7,51.85)

p5=397.5(-128.8,923.8)

p6=-1347(-2629,-64.28)

p7=1614(655.7,2572)

Goodnessoffit:

SSE:3.985e+006

R-square:0.8984

AdjustedR-square:0.8626

RMSE:484.222.587862,114.05471610梅观公路普滨加油站南行-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.002506(-0.005123,0.01013)

p2=-0.2176(-0.7458,0.3107)

p3=7.375(-6.527,21.28)

p4=-122.8(-295.6,50)

p5=987.7(-31.23,2007)

p6=-2747(-5229,-264.2)

p7=2419(564.3,4274)

Goodnessoffit:

SSE:1.493e+007

R-square:0.8548

AdjustedR-square:0.8036

RMSE:937.322.597802,114.04882611清坪快速清水河联检站出口北行-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.001115(-0.001455,0.003684)

p2=-0.08343(-0.2614,0.0945)

p3=2.392(-2.291,7.075)

p4=-34.05(-92.25,24.14)

p5=251.2(-91.96,594.4)

p6=-697.2(-1533,139)

p7=732.4(107.7,1357)

Goodnessoffit:

SSE:1.694e+006

R-square:0.8922

AdjustedR-square:0.8541

RMSE:315.722.618156,114.0955612清坪快速清水河联检站入口南行-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=5.485e-005(-0.0008694,0.0009791)

p2=-0.002064(-0.06607,0.06194)

p3=0.04505(-1.639,1.729)

p4=-1.98(-22.91,18.95)

p5=37.81(-85.63,161.3)

p6=-145.2(-445.9,155.6)

p7=197.8(-26.86,422.5)

Goodnessoffit:

SSE:2.192e+005

R-square:0.9468

AdjustedR-square:0.928

RMSE:113.622.615467,114.09619313保洁路清水河检查站出-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.000111(-0.001049,0.001271)

p2=-0.01558(-0.09592,0.06476)

p3=0.6547(-1.459,2.769)

p4=-12.35(-38.62,13.93)

p5=111.6(-43.3,266.6)

p6=-358.6(-736.1,18.91)

p7=446.4(164.4,728.4)

Goodnessoffit:

SSE:3.454e+005

R-square:0.9123

AdjustedR-square:0.8813

RMSE:142.522.588758,114.11271614西环路清水河检查站入-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0001109(-0.0002573,0.0004792)

p2=-0.01031(-0.03581,0.01519)

p3=0.3734(-0.2977,1.045)

p4=-6.663(-15,1.677)

p5=57.71(8.528,106.9)

p6=-175.9(-295.7,-56.06)

p7=224.5(135,314.1)

Goodnessoffit:

SSE:3.48e+004

R-square:0.9117

AdjustedR-square:0.8805

RMSE:45.2522.589449,114.11270215布吉路-深惠路南向北行驶22.582337,114.11785216深惠路-布吉路北向南行驶22.589878,114.11434917丹沙路沙湾检查站入-北-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0005322(-0.0005447,0.001609)

p2=-0.03997(-0.1145,0.0346)

p3=1.168(-0.7945,3.131)

p4=-17(-41.38,7.393)

p5=126.4(-17.45,270.2)

p6=-368.6(-719.1,-18.22)

p7=618.1(356.3,879.9)

Goodnessoffit:

SSE:2.976e+005

R-square:0.8272

AdjustedR-square:0.7662

RMSE:132.322.603579,114.16525518沙湾路沙湾检查站出-南-战略LinearmodelPoly6:

f(x)=p1*x^6+p2*x^5+p3*x^4+p4*x^3+p5*x^2+

p6*x+p7

Coefficients(with95%confidencebounds):

p1=0.0003054(-0.0001421,0.000753)

p2=-0.02173(-0.05272,0.009258)

p3=0.5829(-0.2327,1.398)

p4=-7.476(-17.61,2.659)

p5=47.56(-12.21,107.3)

p6=-113.4(-259,32.24)

p7=221.5(112.7,330.3)

Goodnessoffit:

SSE:5.14e+004

R-square:0.8677

AdjustedR-square:0.8209

RMSE:54.9922.60635,114.16387数据为空、为0、为红字的属于设备故障，仅供参考。日期栏以不同颜色填充区分不同天布吉关、福龙隧道无批量数据，抽样数据见表2可以简单的思考问题，当进入交叉口的车辆数大于驶出交叉口的车辆数时，道路在交叉口处就会发生拥堵现象，当然这是一种简化了的思考方法，说明道路在交叉口的设计通行能力不足，或者交叉口的设计不合理。我们以高峰时段为例，通过理论计算来分析驶入交叉口和驶出交叉口的车辆数，发现在高峰时段（主要是下午5点至7点）梅林关立交出现了明显的拥堵情况。下面我们来分析造成交通拥堵的原因，并给出相应的措施。(一)机动车快速增长引发的经常性、大面积交通拥堵深圳市的机动车保有量急剧增长，车辆使用率居高不下，交通量持续攀升。截至2010年底，全市道路总里程已经超过6000公里，车辆保有量达170万辆，加上长期在深行驶的港澳车及外地车辆，机动车总量已经接近200万辆，车辆密度已达324辆/公里，成为中国车辆密度最高的城市。车辆的快速增加与有限的道路空间的矛盾进一步加剧，交通拥堵问题也越来越严重。对策：由于汽车行业仍是国家的支柱产业，在现阶段，仍不宜抑制汽车行业的发展，但是，我们可以通过以下手段，抑制小汽车的过度使用。通过经济杠杆调整，加大出行成本，提高拥车成本部分国人存在驾驶小汽车是一种身份象征的心里，在很多不必要使用汽车出行的时候，如附近市场买菜、喝下午茶还要开车，因此可以考虑使用中心区高峰时段拥堵收费以及高额停车收费策略，抑制私人小汽车的过度使用，用经济杠杆调节需求与供给，缓解道路交通拥堵。同时，配套的要优先发展公共交通，特别是要注意配套中心区外围地铁换乘站周边的停车设施建设。随着汽车工业的发展，目前拥有多辆小汽车对于城市很多家庭来讲不是难事，这也导致了汽车保有量的增加。因此，建议通过开征车牌号税、控制车牌供给以及以家庭为单位对第二部、第三部小汽车开征高额税，提高拥车成本，控制小汽车的供给。我们可以通过下面的供求曲线来限制小汽车的使用。社会对小汽车的需求量可以用曲线来表示。当小汽车的价格和其相关的使用费用增长时，社会对小汽车的需求量会下降，反之，当小汽车的价格下跌时，社会对它的需求量会增长。这样的关系在函数关系上是单调递减的，其图像是一下降的曲线，如图所示的曲线和设P=P(Q)是需求曲线方程。令e=-=-e我们可以通过上述曲线来制定相应的政策。若e等于2.5，它的需求量就会下降2.5%。因此我们可以通过道路的允许通行量，调整小汽车的价格，达到解决交通拥堵问题的目的。（2）采取适当的限行措施在交通拥堵已经达到一定程度，城市快速路、主要干道经常出现大面积拥堵时，可以考虑实施单双号限行、大货车禁行、中心城区拥堵收费等措施。这是快速、有效减少道路车辆的办法，但是对公众出行会造成很大的影响，在实行前，需要经过严密的论证，慎用。还有其他做法，在此就不作具体详述。本文主要探讨如下局部交通拥堵的成因及其对策。(二)交通规划与城市发展不协调引发的交通拥堵深圳有一种典型的交通拥堵，就是进出原二线关的拥堵，特别是梅林关、布吉关。以梅林关为例，梅林关每月早晚高峰发生拥堵天数在20天以上，基本每个工作日都会发生拥堵。根据交通调查统计，在梅观公路彩田立交北侧断面，最高小时流量达8220标准小车/小时，按每车道计算超过设计流量1800标准小车/小时14%，路段车流呈超饱和状态，导致滞留车辆较多，排队较长。对策：针对深圳原关内与关外这种由于城市功能发展与交通规划、交通建设不均衡引起的交通供需矛盾，需要侧重考虑城市功能的合理布局，完善城市规划，推进交通一体化。（1）加快城市组团间通道建设，使关内外路网合理衔接由于目前进出关道路已处于饱和、超饱和状态，为了尽快缓解交通拥堵，有效的办法就是加快城市组团间通道建设，增加道路供给，使关内外路网合理衔接。通过新建道路，提供分流渠道，减轻现有道路交通负荷，从而达到缓解交通拥堵的目的。（2）科学规划城市组团，均衡组团发展城市功能的有机疏解不能单纯是人口的外迁，必须是城市功能的有机疏解才行。就业岗位、城市服务功能也要疏解出去，比如说教育、医疗、商业、银行乃至保险，这一系列的社会公共服务，也要有配套的建设，这样将可以极大的减少组团间交通出行需求，交通供需矛盾才可能得到缓解。因此新兴片区在建设过程中，不能因为定位而导致功能过于单一，要加强公共、商业配套设施建设，科学规划城市组团，均衡组团发展。（3）城中村的改造应综合考虑其社会功能城市在发展过程中，存在一些城中村，它们承载了相当大的社会功能。随着社会的发展，城中村开始接受改造。在城中村改造的过程中，建议配套建设一批小户型、密集型住房，使市民更多的选择在工作地附近的住宅居住，通过短距离的轨道出行，减少长距离交通出行需求，有利于缓解交通拥堵。(三)快速路与市政道路结合部的拥堵快速路与市政道路结合部也是最容易发生拥堵的地方，在深圳，诸如新洲路、皇岗路以及桂庙路等，都存在此类现象。晚高峰时段，桂庙路南山至前海路段西行经常发生拥堵，高峰期西行排队车辆常倒灌至上游路口，影响到相关路口其它方向车流的正常通行。经实地调研发现造成该路段晚高峰交通拥堵的主要原因如下:第一，在此前的交通规划中，前海/桂庙与北环大道相连通，这样可以提高路段的整体通行效率，实现交通流的快速疏散。但至今规划仍未落实，并且，该路段周边区域楼盘又无限制开发，导致交通流需求过大，增加了路段总体交通压力。第二，快速路的连续性车流的高饱和交通需求。桂庙路南山路口东段直接与快速路的滨海大道相接接。晚高峰时段，大量下班车流由罗湖、福田经滨海大道返回南山，该路口东方向1370辆/小时/车道的服务水平已远不能满足其交通需求。第三，滨海大道南海立交形成的结构性交通瓶颈。受立交影响滨海大道在此处形成喇叭性交通瓶颈，形成上游车辆始终处于堵塞状态，下游出现断档状态，造成路口通过量不足。对策：对于快速路与市政道路结合部的交通拥堵，有两个策略可以考虑。1.通过交通信号控制，严格控制快速路上的车流进入主干道，避免主干道拥堵进一步加剧，造成交通瘫痪。2.对于确无其他方式进行解决，可考虑将市政道路进行快速化改造，以解决快速路对该道路通行能力的需求。（如桂庙前海路段，新洲路北环至滨河路段）(四)全互通立交匝道设计通行能力不足造成的局部拥堵道路（立交）设计决定了道路（立交）投入使用后的通行能力，在常发性交通拥堵中，一部分是由于道路设计时未能充分预测未来交通的发展，在道路投入使用后，道路交通需求即快速超过了道路设计通行能力造成局部拥堵。例如洪湖立交和罗芳立交，其中洪湖立交北接布吉关，为龙岗区与罗湖区交通要道的重要节点，罗芳立交为罗湖区通往盐田区的主要节点。这两座立交建设较早，未能考虑到交通流的快速变化，现阶段早、晚高峰期交通需求远超过了当时的部分匝道设计通行能力，经常发生局部交通拥堵。对策：对于交通需求超过道路设计通行能力的情况下，对立交进行大幅度改造不太现实，但是可以在某些方向增加定向匝道，增加车道供给，从而提高立交通行能力。2008年对罗芳立交进行了改造，主要增加了东往南的独立匝道，通过新增匝道极大程度上减少了过渡区的交织，提高了立交通行能力。

(五)快速路与快速路连接段的拥堵在快速路与快速路的连接段也经常发生拥堵。由于连接段主要是以立交的形式，通过匝道实现互联互通，因此匝道的通行能力影响着快速路的通行能力。当大量车流快速到达时，匝道难以在短时间内进行有效分流，便形成了拥堵。香蜜湖路是深圳南北走向的一条快速路，连接东西走向的北环和滨河快速路。在连接部位，经常发生交通拥堵，经分析主要情况如下：第一，滨河车公庙立交北往东、北往西匝道无法满足香蜜湖路的交通需求。立交上游往滨河路东西行的车辆，必须靠右变道进入滨河路匝道或辅道，变道交织距离250米，且匝道、辅道车道数仅1条，容易形成3车道争抢1车道的瓶颈局面。如下图S5区域。第二，深南香蜜湖路南行有明显的交通瓶颈。香蜜湖路南行辅道2车道车流，与深南大道东往南匝道1车道车流，在立交上并为2车道南行后，与香蜜湖路主道南行的3车道的车流并为4车道，即形成了6车道并4车道的交通瓶颈，对立交各方向形成较大的交通阻碍。第三，深南大道东往南匝道车流,与香蜜湖路辅道南行车流汇合至往深南大道东行匝道口，汇合距离150米，而深南路辅道东行方向通行能力有限，排队至深南香蜜湖立交北往东匝道上游，影响香蜜湖路北往南正常通行。第四，香蜜湖路主道出辅道右转往深南路、香林路西行的车流，与香蜜湖路辅道南行的车流交织，大量车辆频繁变道，造成香蜜湖路辅道行驶缓慢，并排队影响主道车流驶出辅道。对策：通过分析得出，快速路与快速路连接段的匝道往往是整个交通组织中的瓶颈，在条件许可情况下需要对匝道进行改造。经验告诉我们，立交桥设计要充分调研、预测未来交通流量的分布，依此合理设计立交各方向断面的车道数，要克服左、右转方向一定是次要方向的想法，避免出现不合理的设计。此外，快速路与快速路之间要避免通过辅道来连接。(六)路段车道数减少造成的拥堵在道路建设过程中，有部分道路由于各种原因，在路段中间出现从6车道变为4车道，从4车道变为3车道等现象，当车流达到一定需求的时候，变道的地方往往也就是拥堵发生的地方，这也就是交通管理中的“肠梗塞”。例如滨河春风高架东行方向，晚高峰车辆经常排队至红岭立交，严重时排队可至滨河皇岗立交，此路段的车流处于跟驰队列状态。通过对多个断面流量及交通拥挤事件的分析，该路段交通流量需求大，且受交织、瓶颈的影响一旦发生擦碰等交通事故，易过渡为堵塞状态。第一，6车道变4车道瓶颈点影响。滨河路鹿丹村人行天桥断面东行共6车道，下游主道收窄为4车道。第二，进入春风高架的交通瓶颈影响。滨河路大量东行车流需要进入春风高架，路段4车道变2车道。对策：面对这种由于道路过窄，车道数不能满足交通量需求造成的“肠梗塞”采取的措施，主要是在允许的范围内拓宽道路，增加车道数，包括非机动车道改为机动车道、铲除不必要的机非隔离带、原道路的绿化带或者辅道等；再大点的动作就是在原道路的平行方向增建道路（包括隧道）；再次，是加强交通诱导，提前告知驾驶员前方拥堵情况，实现对车流的有效分流。(七)路口间距过大造成的拥堵路口间距过大有时也会造成交通拥堵。在某一路段设计多路口的情况下，通过信号控制，可以分散压力(特别是转向交通压力)，就不会使得车辆排队过长。而设计单一路口就将压力集中，车辆排队过长。广深公路（107国道）兴围至黄田段白天经常发生拥堵，一方面是车流量过大，另一方面也与路口间距过大有关。广深公路是连接深圳与广州、东莞的一级公路，该路口上游交通流为密集型、连续车流，单车道高峰小时流量1410辆/小时左右，而且上下游均无信号控制路口截流，车流连续不断的涌入该路段，造成车辆始终处于队列状态。另外南北方向路口转弯、掉头需求难以满足。广深公路兴围、黄田两个路口左转和掉头交通需求很大，而左转仅设置了1至2条车道，大量左转车辆靠左排队，对直行车辆形成瓶颈。对策：对于这种路段，在设计过程中就应考虑在路口中间设置相应的控制措施，例如在路段中间增加掉头口，缓解前方路口的掉头需求。另一方面，也可考虑适当增加路口数，分流转向压力。(八)掉头口的不合理设置造成的拥堵常发性交通拥堵中，还有部分是由于掉头口的不合理设置，影响了路段通行能力，从而造成交通拥堵。如福强沙嘴路口西往东车流的排队较长，高峰时段超过1公里，原因主要是路口西面掉头车辆过多。经调查，高峰期掉头流量每小时734标准小车，掉头车辆经常占据左侧3条车道排队等待掉头，形成了瓶颈，阻挡了部分西往东直行车辆放行，并影响对向车道通行。对策：对此，一是严格控制掉头口的设置，每个掉头口的开设都要经过科学论证，合理设计；二是对掉头口实行信号控制，当掉头口的掉头车辆较多，与对向直行车流交织较为严重时，需要设置掉头信号灯，从而减少掉头车辆与对向直行车辆的冲突。三是从其他方面考虑解决掉头的交通需求。(九)道路改造引发的拥堵在城市建设过程中，由于轨道建设、新建道路以及道路修缮等，经常会对路面交通造成影响。如不规范施工管理，这些施工点将变为交通堵点。主要表现有:第一，道路施工不能按预定工期完成，使得阵痛的道路拥堵变成常痛。第二，交通组织疏导方案不科学、不合理。由于施工队伍及设计单位良莠不齐，在疏导方案方面较为粗犷，原本只需要封闭一条车道的情况下，施工单位甚至封闭了三条车道，断面通行能力急剧下降，造成交通拥堵。第三，现场施工管理不到位也可能导致交通拥堵。一些施工单位交通意识薄弱，在施工过程中没有设置围挡，或者将材料设施堆放在路面，违规占用道路，以及在高峰期占道施工等等。对策：对于道路施工引发的交通拥堵，最重要采取以下措施：一严格控制道路施工工期，按照合同工期要求，工程承包方要做好进度计划，避免由于工期过长拖延给道路交通造成更多的不利影响；二是设计单位要做好交通疏导方案，并征得交通管理部门同意，确保疏导方案科学合理。大型建设项目，需要由第三方进行交通影响评估，并提出适合的措施，其中包括对交通信号控制实施调整，通过对路口周期配时进行优化，充分提高绿灯利用率，适应道路施工期间交通流的变化，从而达到降低道路施工负面影响的目的。三是要加强对施工现场管理，建议施工单位设置交通经理职位，专门负责施工现场的交通疏导、协调职责，通过精细化管理，尽量减少施工占用过多路面，还路于车。(十)接送学生上下学引发的拥堵通过对每年月度交通流量的分析发现，七、八月份以及一月份的交通流量相对较小，道路交通拥堵事件也相对减少，透过这种现象，分析最可能的原因是学校假期，减少了接送学生上下学的车流。由于现在大多数家庭只有一个小孩，出于对孩子的爱护，许多家长都会开车送小孩上下学，诱发交通需求进一步增加，导致路面拥塞，特别是学校门前道路及周边道路的拥堵。对策：对于接送学生上下学引发的拥堵，我们一方面要加强对学校周边路段的交通管理，加派警力和协管，确保学校周边道路交通安全以及秩序。另一方面，增加校车，尽可能引导学生乘坐校车上下学，减少小汽车出行。(十一)公交站台的不合理设置造成的拥堵公交线路及站点设置存在问题。部分道路公交线路过于集中，主干道缺乏公交港湾，加上众多线路设在同一站点，公交车经常同时占用2条至3条车道；另外部分公交站点设置离路口过近，导致公交车进站后到路口进行左转时，需要连续穿过多条车道，与社会车辆交织严重，降低路口通行效率，造成交通拥堵。例如在彩田路北往南方向的“福田党校公交2站”，靠右进站的公交车、以及靠右前往梅林路的车辆与南行直走的社会车交织严重，一些大巴甚至在引桥前上下客后往彩田路南行，影响梅观公路至梅彩跨线桥的通行效率。在梅林彩田路口南侧，梅林路西往南右转往彩田路南行的车流，与彩田路北往南前往北环路西行的车流，出现较为严重的交织现象。对策：一是对现有不合理的公交车站进行迁移或改造，减少公交车辆停靠站对道路交通的影响。二是规范公交站台的设置，道路交通安全法和公交场站设计规范都要求在道路交叉路口50M距离内不能停车或不适宜设站，并且应设置在交叉口出口道一侧（即交叉口的下游），对于重要交叉口，站台与路口的距离建议适当增加。B城市功能分区对交通拥堵的影响城市的功能分区主要是从生态环境和经济效益两方面考虑，从整体上寻求最佳的功能分区类型。近年来，随着社会经济的快速发展，对各类土地的需求量日益增大，特别是建设用地，再加上产业结构的进一步调整，对深圳市功能分区提出了新的要求。但目前我国现有规划对城市功能分区的方法，多以经验为主，往往仅凭主观的判断和定性分析，缺少定性的分析。通过定量分析可以客观、准确的确定各功能区在空间上的布局，借GIS达到对城市道路的动态管理。近年来，对城市功能分区的方法多采用聚类方法为主，其他数学模型为辅的技术手段，对研究区域进行指标体系定量分析，科学合理的制定城市功能区划，从而解决道路拥堵问题。然而，基于统计学数学模型方法的定量研究，虽然能以点及面的概括研究区状况，但在刻画区域间及其内部差异等方面，存在一定的局限性。目前，空间数据挖掘领域研究最多的是空间聚类的方法和技术，Eklund等研究人员基于聚类和神经网络方法，研究了城市功能分区问题，研究中并非单独使用数学模型统计从而弥补了上述的不足之处，并且在很多研究中得以实施，也为本研究提供了有益借鉴。本论文主要的目的是解决交通拥堵问题，而合理的城市功能区划分对解决这一问题至关重要。样本中的社会经济数据来源于权威部门的统计资料，从而保证了数据的真实性和准确性。该研究主要以布吉镇等乡镇作为功能分区的基本区域单元，以该区域自然生态、社会、经济发展以及功能区域现状为基础，建立深圳是主体功能分区。空间聚类是主体功能分区中的关键性因素，而其中聚类分析的分析方法应用最为广泛，它具有算法简单而且收敛速度快的特点，但目前大多数研究多根据属性特征集进行聚类，忽略了对象的空间临近性。因此本研究基于空间——属性一体化的思想，首先运用K——平均聚类算法确定较为理想的分类数，然后运用神经网络模型进行空间聚类计算，充分挖掘空间坐标和空间关系数据中隐含的空间聚类信息。K——平均聚类算法K——平均算法在空间在空间聚类各算法中一直处于核心地位。K——平均聚类算法接受输入量k；然后将n个数据对象划分为k个聚类以便使所获得的聚类满足同一聚类中的对象相似度较高；而不同聚类中的对象相似度较低。聚类相似度是利用各聚类中对象的均值所获得一个“中心对象”（引力中心）来进行计算的。K——平均算法的工作过程为：首先从n个数据对象任意选择k个对象作为初始聚类中心；而对于其它对象，则根据它们与这些聚类中心的相似度（距离）分别将他们分配给与其最相似的（聚类中心所代表的）聚类；然后再计算所获得的每个新聚类的聚类中心（该局类中所有对象的均值）；不断重复这一过程直到标准测度函数开始收敛为止。一般都采用均方差作为标准测度函数。K个聚类具有各聚类本身尽可能的紧凑，而个聚类之间尽可能分开的特点。神经网络模型人工神经网络模型（ANN)是通过模仿生物神经系统的功能或结构发展起来的一种新的信息处理技术，具有很强的实用性，并具有以任意精度逼近任意非线性连续函数的特性，可用于解决识别和感知、评价、决策等复杂问题主体功能分区属于一种分类问题，因此，运用神经网络模型可较好的解决本研究问题。本文主要采用BP神经网络模型是一种具有3层或3层以上的单向传播的多层前馈网络，由输入层、隐含层、输出层组成。上下层各神经元之间实现全连接，即下层的每个神经元都与上层的每个神经元相连接，而各层神经元之间无连接。因曾可以有一个或多个。标准BP算法的主要缺点为：学习速度慢，局部极值，难以确定隐层数和隐层的结点个数。在实际应用中，标准BP算法很难胜任，由此出现了许多改进办法。首先，我们根据城市功能分区的原则结合深圳市的具体情况从实际发展出发，首先选出具有良好反映能力、可以定量化、可比较、数据获取便利的指标，然后利用主成分分析法对所选指标进行筛选，找到最具有代表性的综合指标以便进行深圳市城市功能分区因此，我们从深圳市经济发展、社会发展和生态环境3个方面选出了15个初选指标。基于空间聚类算法划分主体功能区首先将赋值后的数据利用K——平均算法聚类以便测试BP神经网络中输出神经元的数量，根据各乡镇的属性数据和空间相关关系，用数学方法按照某种相似性或差异性指标，定量的确定各功能区之间的关系。根据深圳市年鉴，给相应单元指标进行赋值，19个分区单元构成一个19*19的初始矩阵，对矩阵中的数据进行标准化处理建立模糊相似矩阵，最终得到一个19*19的模糊相似矩阵R。而矩阵过程中的簇的个数被定义为4，由表2可以看到，F统计量的相伴概率都为零，小于显著水平0.01，因此将样本分为4类的空间聚类基本上是理想的。因此将BP神经网络模型中的输出神经元也定为4个。BP神经网络结构的确定，主要是确定输入层、隐含层和输出层的节点数，根据训练样本的参评因子，选定9个输入层因子BP神经网络隐含层的神经元个数一般根据问题的复杂性、训练样本的容量和实际要求，根据经验确定。输入训练样本后，经过大量的仿真实验，建立了9*35*5的网络，即9个输入神经元，27个隐层神经元，4个输出神经元。将在MapInfo中赋值后的待分类样本转入到所构建的BP网络中，在迭代训练3次后就达到了训练精度，即最小误差平方和0.01。表一城市功能分区的初选指标一级指标二级指标经济发展指标社会消费品零售总额，社会劳动生产率，固定资产投资总额，工业总产值，地方预算财政收入。社会发展指标人口密度，农业劳动人从业比例，农民人均纯收入，粮食单产，人均交通水利用地。生态环境指标工业废水达标率，烟尘排放达标率，工业粉尘排放达标率，林地面积比例，园地面比例研究区单因子ANOVA分析项目聚类结果误差F值显著性均方值自由度均方值自由度财政收入5454.5713819855.0651466.5310固定资产投资总额5590.206384518380.6914661.4190社会劳动生产率3200.85338352753.741483.4580农民人均纯收入10416.7423225345.494144.6810农业从业人员比例8429.5323171.81449.0660社会劳动生产率3200.85338352753.741483.4580农民人均纯收入10416.74232225345.494144.6810农业从业人员比例8429.5323171.81449.0660工业废水排放达标率661.565376.351148.6550烟尘排放达标率9.02631.165147.7460林地面积比例724.9943128.885145.6250.01粮食单产67067.39833869.8631417.331001.26402.1962.88202.1952.4371.23702.2412.4951.140.3530R=………………2.6361.8953.8993.5433.6…02.9632.2144.1163.7693.835…0.53502.8072.0874.053.6723.744…0.5680.76602.8332.1074.0543.6873.758…0.4610.4970.32502.8972.1644.1033.7433.813…0.480.3990.4610.2220根据以上的聚类方法，我们可以对深圳市现有的城市功能分区进行分析，并提出合理的建议。但由于在深圳市年鉴中没有找到详细全面的数据，这里仅做了部分的聚类工作以示方法。在对深圳市进行功能区的调整后，即可对道路的合理布置给出进一步的建议。六对问题的进一步思考本模型中考虑的因素较为单一实际中，交通量是受多种因素干扰和影响的，并非仅仅是时间的函数关系。而我们在假设中没有考虑交通事故、城市基础工程的建设以及其他的因素对问题的影响，因而所得到的结果具有理想型，与实际存在较大的偏差。2.数据的不完备性在问题二中，我们采用空间聚类方法研究城市功能分区对交通拥堵的影响，但数据缺乏，仅以小部分的数据说明了空间聚类方法的原理，而缺少大量数据的实际操作。对模型的检验本问题中并没有对模型采用详细的检验，只是粗略地进行了横向的对比，以及与实际情况下进行了校验，因而缺少理论上的验证，这也是一个不合理之处。关于智能交通系统智能交通系统在解决道路拥堵方面具有重要意义，我们可以充分利用智能化的红绿灯时间控制来提高交叉口的通行效率，下面以黄灯时间为例在十字路口的交通管理中，亮红灯之前，要亮一段时间黄灯，这是为了让那些正行驶在十字路口上或十字路口太近以致无法停下的车辆通过路口，那么，黄灯应该亮多长时间呢？在十字路口行驶是的车辆中，主要因素是机动车辆。驶近交叉路口的驾驶员，在看到黄色信号后要做出决定：是停还是要通过路口。如果他按法定速度（或低于法定速度）行驶，当决定停车时，他必须有足够的停车距离，少于此距离时不能停车，大于此距离时必须停车。等于此距离时可以停车，也可以通过路口。当决定通过路口时，他必须有足够的时间使他完全通过路口，这包括作出决定的时间、通过十字路口的时间以及通过停车所需的最短距离的驾驶时间。于是，黄灯状态应该持续的时间包括驾驶员的决定时间（反应时间）、他通过十字路口的时间和停车距离的驾驶时间。模型假设——驾驶员反应时间——汽车通过十字路口的时间。——停车距离的驾驶时间。则T=++为黄灯应亮的时间。下面计算,，设法定速度为十字路口的长度为I典型的车身长度为L，则汽车通过十字路口的时间为=注意车的尾部必须通过路口，这样路口的实际长度就是I+L停车过程是通过驾驶员踩动刹车踏板产生一种摩擦力，使汽车减速直至停止。模型建立设m为汽车质量，f为摩擦系数，x(t)为行驶距离，刹车制动力为fmg（g为重力加速度）。由牛顿第二定律，刹车过程满足下列方程m=-fmgx(0)=0,=对上式的方程积分一次，并带入条件=得=-fgt+令末速为零，得刹车时间为=，对上式在积分一次，并带入条件x（0）=0得X(t)=-fg+t故停车距离为X()=-fg+=所以==驾驶员的反应时间，可根据统计数据或经验得到，通常可假定为1s.这样求的黄灯应亮的时间为T=++参考文献：叶其孝.大学生数学建模竞赛辅导教材.长沙：湖南教育出版社.1993姜启源.数学模型.北京高等教育出版社.1993齐欢.数学模型的方法.北京北方交通大学出版社.1996基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究基于单片机的嵌入式Web服务器的研究MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器单片机控制的二级倒立摆系统的研究基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现基于单片机的蓄电池自动监测系统基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制基于单片机的自动找平控制系统研究基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现一种基于单片机的轴快流CO〈,2〉激光器的手持控制面板的研制基于双单片机冲床数控系统的研究基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制基于单片机的软起动器的研究和设计基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究基于单片机的机电产品控制系统开发基于PIC单片机的智能手机充电器基于单片机的实时内核设计及其应用研究基于单片机的远程抄表系统的设计与研究基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制基于微型光谱仪的单片机系统单片机系统软件构件开发的技术研究基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用基于单片机的光纤光栅解调仪的研制气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制基于单片机的数字磁通门传感器基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪基于单片机的电机运动控制系统设计Pico专用单片机核的可测性设计研究基于MCS-51单片机的热量计基于双单片机的智能遥测微型气象站MCS-51单片机构建机器人的实践研究基于单片机的轮轨力检测基于单片机的GPS定位仪的研究与实现基于单片机的电液伺服控制系统用于单片机系统的MMC卡文件系统研制基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究单片机控制的后备式方波UPS提升高职学生单片机应用能力的探究基于单片机控制的自动低频减载装置研究基于单片机控制的水下焊接电源的研究基于单片机的多通道数据采集系统基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制基于单片机的红外测油仪的研究96系列单片机仿真器研究与设计基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制基于单片机的气体测漏仪的研究基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究基于单片机的膛壁温度报警系统设计基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计基于单片机船舶电力推进电机监测系统基于单片机网络的振动信号的采集系统基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究基于单片机的叠图机研究与教学方法实践基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现基于AT89S52单片机的通用数据采集系统基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统HYPERL