深圳交通拥堵情况.doc

深圳关内外交通拥堵探究与治理
摘要
关内外的交通拥堵是困扰深圳城市发展的长期问题，其中各关口进出通道经常成为最拥堵的地方，需要对拥堵原因进行探究并针对性的提出解决拥堵的方案。本文主要通过层次分析法和模糊综合评判模型对深圳市的关内外交通拥堵问题进行了分析与研究，并针对性地提出了解决方案。
问题一中，以梅林关为例，我们采用层次分析法，先求出各评判因素的权重，然后结合模糊综合评价模型对各道路进行深层的分析，算出各道路的拥堵指数，根据拥堵指数与拥堵程度的对应关系确定各道路的拥堵情况，关口广场各道路对应的拥堵指数见表6；其次，根据《深圳市统计年鉴》[1]历年的数据对造成各关口拥堵的深层原因如人口快速增长、机动车快速增加结合图形进行分析，通过分析附件一所给的各道路一周内的流量和车度，探究造成高峰期关口拥堵的直接原因，主要包括城市布局和功能分区以及城市交通时间上、空间上的不均衡。
问题二中，在分析得到的深层原因与直接原因和不增加关内通道数量的前提下，我们采用最优化法合理分配区域的功能，加快深圳市交通道路建设，加大城市交通承载量以及落实公交优先，增加公共交通建设等方法来优化交通拥堵状况，提出了相应问题的解决方案。
问题三中，

关键字 层次分析法 模糊综合评判模型 拥堵指数

一、 问题重述
交通拥堵的现象是备受人们关注的热点话题之一，它影响了人们的出行，目前各大城市都或多或少困扰于这个问题。造成拥堵的因素不一，现在在已拥有的数据资料下，以深圳市为例建立数学模型，对深圳市的交通情况（包括关内外汽车）以不同时间段、不同地区等因素进行统计，以期得出比较完善的信息，加强交通管控，通过优化城市的交通布局，改善城市出现交通拥堵的现象。    
1. 通过分析已有的数据探究造成各关口拥堵现象的深层原因。以梅林关为例建立关口交通数学模型，分析关口广场区域在高峰期出现拥堵的直接原因，对各关口广场的连接道路进行分类以及定出拥堵指数；根据建立的模型参数，给出进一步研究造成关口广场拥堵的问题需要的交通数据采集及侧重内容建议。    
2.在以不增加关内外通道数量为前提，通过对各城市分区的功能调整、改变关口之间区域功能的架构以及改善交通管控措施等来有效缓解梅林、布吉等关口出现的交通拥堵现象。        
    3.如果以增加关内通道为前提，选择合适的地方缓解交通拥堵（不考虑建设成本）。 
二、模型假设与符号说明
2.1模型的假设
1从附件一和二中获得的数据可靠； 
2排除交通事故发生、自然灾害、恶劣天气等的影响；
3不考虑在网上查找的数据与实际数据的误差；
4每一条道路上的车流量平均分配在单车道上，每条道路的通行能力一样；
5 汽车在单位时间内的运动为匀速运动；

2.2符号说明
变量符号
变量名

道路平均速度

道路平均延误时间 

道路饱和度

评价因素集，分别对应于道路平均速度、道路平均延误时间和道路饱和度

评判集，分别对应于非常顺畅、顺畅、缓慢、拥堵和严重拥堵五种评价等级

中各因素对被评事物的隶属关系；

道路的拥堵指数

模糊关系矩阵

为中因素对于中等级的隶属关系；

判断矩阵
n
判断矩阵A的阶数

随机一致性指标

一致性指标

一致性比率

三、 问题一模型的建立与求解
3.1造成各关口拥堵的深层原因
3.1.1问题分析
1、 从深圳城市发展的过程来看，城市主要道路的规划和建设在过去一段时期满足了城市的交通需求，但随着人口的快速增加，机动车高速增长，初期的道路结构已经不能承担现有的交通流量，从而导致关口拥堵，所以交通拥堵的深层原因是日益增长的机动车辆与供给不足的道路交通之间的供求矛盾和城市人口增长数给交通系统带来的压力。附件一中的数据表明深圳关内外交通拥堵的主要特点是潮汐性，其拥堵问题集中体现在早、晚高峰时段（7：:00-9:00，18:00-20:00）。
2、 城市路网结构设计不够合理也是交通拥堵的深层原因。深圳市由于自然地理原因分为关外、关内两区，由于在道路的整体布局上，车流量在主/ 次干道、支路上比例失调，特别是在主/ 次干道过渡或衔接路口、路段，从而导致车辆通行能力低以致拥堵状况的出现。当道路维修、自然灾害及其他突发事件时，支路建设的不足又将给疏散工作带来不利影响，从而引发更严重的交通堵塞。
3.1.2相关数据分析
随着经济社会的发展，深圳市民用汽车保有量逐年上升。根据《深圳市统计年鉴》[1]历年的数据整理得到深圳市从2006年到2009年民用汽车数量，如下表1所示。从表1中可得到，民用汽车总辆数由2006年的97.1930万辆增加到2011年的197.6164万辆，增加了100.4234万辆，增长了50.82％；相应得到民用车辆中各车辆的逐年增长变化图，如下图1所示。
表1 2006-2009深圳市民用汽车数量（单位：万辆）
年份
民用车辆总计
民用汽车
普通载货汽车
专用载货汽车
其他专用汽车
货挂车
2006年
97.1930
93.6 369
18.9 054
1 647
18.9 054
1.6 584
2007年
116.0081
112.4520
20.1616
1700
19.4745
16 584
2008年
128.7573
125.2747
20.3007
1700
16.1819
1.7879
2009年

145.2642
141.9015
23.4385
1700
7962
1.9680
2010年
170.5461
166.9674
25.9531
1700
10697
2.2190
2011年
197.6164
193.9653
28.1679
1700
11711
3.1295

与此同时，深圳市的人口数量同样逐年上升，由《深圳市统计年鉴》[1]得如下表2为深圳市人口数量的增长情况。从表2中可得到，深圳常住人口由2001年的712.91万人增加到2011年的1041.97万人，自然增长率增长1.99%，相应得到人口数量的增长变化情况，如下图2所示。
表2 2001年—2011年深圳市人口数量（单位：万人）
年份
常住人口
自然增长率
自然增长数
2001
712.91
12.33
15837
2002
735.60
15.14
20558
2003
762.45
9.10
13685
2004
789.54
10.21
17414
2005
814.28
11.23
21690
2006
849.42
11.44
24091
2007
891.74
13.45
31788
2008
933.33
13.14
34211
2009
97465
12.84
34775
2010
1016.11
13.58
37790
2011
1041.97
14.32
38831

图1

图2
3.2造成关口广场区域高峰期拥堵的直接原因
首先选取“梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略”“梅观公路普滨加油站南行-北-战略”数据进行观测（见图3），其余道路类似。

图3
由图3可以看出，交通流量呈现明显的周期性，周期7（天）。深圳市的车流量在工作日时比较多，在周末时比较少。同时从附件一中的数据得到深圳关内外交通拥堵的时间主要体现在早、晚高峰时段（7：:00-9:00，18:00-2000）。由此可知造成高峰期关口拥堵的直接原因有：关外人员上下班给道路带来了较大的车流量，超过了道路的负荷极限。从图3和附件一中的数据可以得到造成高峰期关口拥堵的直接原因还包括城市布局和功能分区造成城市交通时间上、空间上的不均衡。

3.3基于模糊综合评价法和层次分析法构建关口交通拥堵指数模型
3.3.1模型的分析
探究梅林关口广场各连接道路的拥堵指数，选择道路的平均速度,道路的平均延误时间，道路的饱和度作为被评判对象，用层次分析法计算出各评判对象的权重，结合模糊综合评价法对各道路进行深层的分析，算出各道路的拥堵指数，根据拥堵指数与拥堵程度的对应关系确定各道路的拥堵情况。

3.3.2模型的建立
1、模糊综合评价法
模糊综合评价方法，是运用模糊关系合成的原理，从多个因素(指标)对被评价事物隶属等级状况进行综合性评判的一种方法，对关口广场各连接道路进行分类的具体的步骤为:
（1）确定被评判对象的因素论域， ；其中为道路的平均速度,为道路的平均延误时间，为道路的饱和度。
（2）确定评语等级论域，，其中评语；
（3）进行单因素评判，建立模糊关系矩阵
，
其中为中因素对于中等级的隶属关系；
（4）确定评判因素权重，是 中各因素对被评事物的隶属关系；
（5）选择评价的合成算子，将与合成得到；

利用模糊算子即用实数乘法代替，用代替，算出。
令，取值为[0,1],越接近1，道路越拥堵；反之，道路越顺畅。其中拥堵指数与拥堵程度的对应关系如下表3所示：
表3 拥堵指数与拥堵程度的对应关系[2]
评价指标
非常顺畅
顺畅
缓慢
拥堵
严重拥堵
拥堵指数
[0,0.2)
[0.2,0.4)
[0.4,0.6)
[0.6,0.8)
[0.8,1]

2、 层次分析法
层次分析法是将与决策问题有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，然后用求解判断矩阵特征向量的方法，求得每一层次的各元素对上一层次某元素的优先权重，最后再用加权和的方法求得总目标的最终权重，此最终权重最大者即为最优方案，相应的步骤为：
（1）建立层次结构
XXxxx

模型 （2）构造判断矩阵， 其中表示为与重要性的比较；
拥堵度

XX

对权重系数的量化过程为：
从中任取与比较它们对重要程度的大小，按照以下标度给赋值：
=1时，认为“比重要程度相同”；
=3时，认为“比重要程度略大”；
=5时，认为“比重要程度大”；
=7时，认为“比重要程度大很多”；
=9时，认为“比重要程度绝对大”；
当比值为2，4，6，8　时认为介于前后中间状态
（3）计算权向量
按下列迭代方法求向量迭代序列，求得权重；
；其中n为矩阵A的阶数
， 其中为的n个分量之和
, k=1,2, …n

一直迭代到时，迭代结束，得到权重。
（4） 对数据进行一致性检验
对于不一致(但在允许范围内)的判断矩阵A，用对应于最大特征根l的特征向量作为权重w ，即；
定义一致性指标：，越大，数据的不一致性越严重；
为衡量的大小，引入随机一致性指标，对于1-9阶判断矩阵,的值如下表4所示：
表4 随机一致性指标
n
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11

0
0
0.58
0.90
1.12
1.24
1.32
1.41
1.45
1.49
1.51
定义一致性比率 ，当时，数据通过一致性检验。
3.3.3模型求解
（1）利用层次分析法计算权重，其中判断矩阵
[3]，
利用迭代法迭代1次，得出权重。经过检验，得出（具体程序见附录一），所以数据通过一致性检验。
（2）用模糊综合评价法评价道路的拥堵情况，计算出道路的拥堵指数。选取早晚高峰期车速与车流量数据都有的梅林关口各连接道路为研究对象，分别为梅观公路普滨加油站南行-北-战略、梅观公路南行-市区方向、梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略、南坪快速路1.3公里东行-西-战略、南坪快速路1.3公里西行-东-战略，共五条道路；
（3）利用被评判对象的因素论域中的道路平均速度，道路平均延误时间，道路的饱和度与评语等级论域，进行隶属度判断，建立相应的模糊矩阵。
道路的平均速度是指一段道路在一段时间内通过的所有车辆的速度的平均值。由附件2中的数据得到，根据《城市交通管理评价指标体系》[3]（2002）将拥堵分为四个等级，“畅通”定义为城市主干路上机动车的平均行程速度不低于30公里／小时；“轻度拥堵”定义为城市主干路上机动车的平均行程速度低于30公里／小时但高于20公里／小时，“拥堵”定义为城市主干路上机动车的平均行程速度低于20公里／小时但高于lO公里／小时；“严重拥堵”定义为城市主干路上机动车的平均行程速度低于10公里／小时，因此可以确定道路平均速度在评语等级论域中的隶属度。
道路平均延误时间是指车辆实际通过道路的时间与在自由流速度通过的时间之差，对于自由流速度由《基于ATMS实测数据自由流车速分析研究》【4】可以得知在理想情况下，自由流速度为83.8km/h,因此通过附件2给出的车辆通过关口的实际时间一般为15-30分钟，我们选取中间值22.5分钟作为研究时间，利用通过道路实际时间平均速度计算出距离，然后利用自由流速度即可算出自由流时间，得出道路平均延误时间，进而得到道路平均延误时间与隶属评语等级论域中的隶属度。
道路饱和度是指某一时刻通过道路的车流量与道路能通过的最大车流量之商。由于附件2已给出关口广场各连接道路的早晚高峰期的车流量，由《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）【5】。
表5 道路饱和度评判标准
服务等级
非常顺畅
顺畅
缓慢
拥堵
严重拥堵
主干道
（0,0.4）
（0.4,0.6）
（0.6,0.7）
（0.7，0.8）
（0.8，）
因此可以得出道路饱和度与隶属评语等级论域的隶属度。
经过上述分析，各道路的模糊矩阵R（具体数据见附录中的程序）就可以得出，利用matlab软件（程序见附录）进行求解，得到下面关口广场各连接道路的拥堵指数与在高峰期的拥堵情况分类：
表6 梅林关各公路拥堵情况
公路名称
早高峰期车速（km/h）
交通拥堵指数
拥堵情况判断
早高峰期车速（km/h）
交通拥堵指数
拥堵情况判断
梅观公路普滨加油站南行-北-战略
8

0.6286
拥堵
12
0.6857
拥堵
梅观公路南行-市区方向
7.5
0.6572
拥堵
49
0.6857
拥堵
梅观公路南坪立交桥下北行-南-战略
63
0.6286
拥堵
48
0.7429
拥堵
南坪快速路1.3公里东行-西-战略
46
0.7429
拥堵
54
0.6572
拥堵
南坪快速路1.3公里西行-东-战略
43
0.7714
拥堵
55
0.6572
拥堵

3.3.4交通数据的采集侧重内容建议
根据关口道路交通拥堵指数评价模型，应在完善附件一、二的数据基础上多采集：a、车辆的即时速度，某一时段的车流密度；b、拍摄道路实时的照片，计算道路车辆数目，根据速度分析饱和度。C、统计各种汽车类型的数量，如小轿车，货车，公交车等。
四、 问题二的分析——缓解交通拥堵的措施
（1）合理分配区域的功能
福田区是深圳市的中心区域，车流量大，应尽量减少该地区繁华路段的改造与重建，南山区的旅游资源丰富，可以适当的将该市的一些大型产所建在南山，例如体育场、学校等，吸引一定的人流量，是福田区的交通得到缓解，同时又可以醋精南山区的经济建设。罗湖区与盐田区进行互补，罗湖区的大部分区域是深圳水源保护区和梧桐山森林保护区，盐田区是一个交通枢纽，，可以通过加强盐田区的房地产业等来吸引人口聚集，从而缓解相邻罗湖区的交通压力。
（2）通过车辆限行缓解交通压力
由于深圳市的交通拥堵主要特点是潮汐性，拥堵情况集中在早上的7：:00-9:00和下午的18:00-20:00，所以可以通过实行周一7:00-20:00限制车牌号为1,9的车进入关内，周二7:00-20:00限制车牌号为2,8的车进入关内，以此类推，周末不限行，在一定程度上控制车流量。
（3）加快深圳市交通道路建设，加大城市交通承载量
加快城市市区环城公路建设，将越来越多的车量分流到环线，减轻市中心路段的拥堵状况；加速建设市区道路中的机动车道、公交专用道。一些道路中的主、次干道变成机动车专用道后改造断面，其外侧作为公交专用道；在一些路段设立单行线和分隔栏，禁止随意左转、掉头，一些交叉、转弯路口比较多的路段设立单行线，以局部的限制来保障全局的畅通；在一些人流量较大的路段架设人行天桥或者地下通道。减少行人穿行道路中间绿化带、人行横道时给道路机动车带来的行驶压力；加快停车场等相关设施建设，尽量减少机动车占道停放。
（4）落实公交优先，调整城市交通结构
公共交通具有运输能力大、环境好、资源消耗小的优点，通过改变公共交通的覆盖率、服务时间、舒适度、方便性和低费用等来整体提高公共交通的服务水平，提高包括地铁、轻轨、新交通系统、快速公交和常规公交在内的综合公共交通系统的竞争力，为城市公共交通提供道路优先使用权，使乘客在交通枢纽实现“零距离”换乘，提高城市公共交通的运行效率。适当降低城市公交车乘车费用，特别是对中小学学生、困难家庭、下岗失业人员的给予更加适当的优惠，引导更多市民乘坐公交车出行。合理配置公交车的线路和站点，加强住宅区、商业区、办公区的公交车线路，提高公交车在城市市民当中的出行分担率。
同时，地方政府要进一步加大对城市公共交通的投入和财政支持

（5）加大道路交通管理力度，提高交通管理服务水平
加强部分路口交通管理力量和手段，合理分配有限的警力，加强交通警察和交通协管部门上岗值勤，规范车辆驾驶和行人行走；适当在市区交通道路增加安装电子警眼，以监测过往违章和超载的车辆，提高交通管理水平；合理配置部分路段、路口的红绿灯通行时间，协调好各个方向通行的车流量,避免部分车辆在等候时间、停留时间过长，提高车辆的通行速度；提高对交通违法违章行为的处罚力度，严肃处理部分道路上的乱停车、乱掉头、乱左传等违章行为，适时开展交通秩序专项违章整治，严惩一些交通违法者；加强对交通事故的处理能力，提高办事效率，加强执法设施和设备建设，配备现代化的通讯器材，增强协同作战快速化机制，及时纠正违章和处置突发事件；城市广播电台在上下班时间增加市区交通信息播放，采用科学有效的方式，让驾驶员都能随时随地得到市区主要道路车辆行使的交通信息，选择适当通行线路，减少不必要的交通拥堵。

五、 问题三的求解

六、 模型的评价与推广
6.1模型的优点
1、 将模糊综合评价法引入到关口广场各连接道路的拥堵强度评价，针对不同等级道路分别构建了道路交通拥堵强度评价模型，得出的权重经过一致性检验，具有很强的说服力，可以简单、明了地判断拥堵指数。
2、 通过分析数据，结合《深圳统计年鉴》找出各关口拥堵的原因，并提出合理的措施，针对性的分析道路拥堵状况，减缓拥堵。
3、 在
6.2模型的缺点
1、 本文做出的道路交通拥堵强度评价模型能够较为准确地反映道路的拥堵严重程度，但模型的预测结果仍存在一定的差异性，主要原因在于人们对拥堵强度感觉的差异、道路条件的差异及不同的交通需求状态等影响因素。
2、 由于有些数据信息的获取比较困难，为了简化模型，在建立模型的时候做了一系列理想化假设，这使得论文说描述的情况与实际情况有一定的差距。

五、 参考文献
[1] 殷勇、谢作正《深圳市统计年鉴》 2013-8-19.

[2] 2013北京理工大学数学建模竞赛《深圳关内外交通拥堵探究与治理》

[3] 张水潮、任　刚、王　炜.《面向交通规划的城市道路交通拥堵度分析模型》.第39 卷　增刊2 吉林大学学报( 工学版).2009 年9 月.
[4] 王炜.《城市交通管理评价体系》.人民交通出版社.2003-06-01
[5] 杜豫川、白旭、周小鹏、孙立军《基于ATMS实测数据自由流车速分析研究》
[6] 中建标公路委员会编.《公路工程技术基础》.人民交通出版社.102页.2004-2-1.