诗句

深圳关内外交通拥堵探究与治理关键词：车速相关性算法累积Logistic回归模型一、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。

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。

关外与关内由自然山丘隔开，沟通关内外的主要通道有宝安大道/新安（22.548005，113.902194）、107国道南头（22.552058，113.910531）、同安路荔山（22.558983，113.916094）、广深高速同乐（22.569654，113.923931）、同光高速（22.599412，113.932321）、沙河西路白芒（22.625915，113.938683）、福龙路（22.595767，114.016038）、梅关路（22.595717，114.050027）、清水路（22.618864，114.094852）、布吉关(22.585331,114.115838)、沙湾（22.605763，114.163884）、北山道盐田坳（22.604894，114.218802）、盐坝高速背仔角（22.601422,114.344448）等检查站，括号内为Google地图经纬度坐标。

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。

本题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。

请根据这些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讨论以下问题：(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.关口交通拥堵成因分析2.1.1造成各关口拥堵的直接原因(1)大都市人口和就业快速增长。

(2)机动车辆使用增加，道路建设相对缓慢，导致有限的城市道路无法满足日益增长的交通需求。

(3)现行以功能分区为主的城市规划理念为拥堵埋下隐患。

(4)人们生活水平日益提升，导致城市私人汽车的数量迅速增加。

(5)现代人们的安全意识和公共交通的不完善。

2.1.2造成各关口拥堵的深层原因(1)关口道路建设失去平衡，道路网主要包括快速路，主干路，次干路，支路和交叉路，其中快速路和主干路起着主要的作用，这里我们主要是以梅林关和布吉关喂研究对象，根据梅林关和布吉关的道路分布及关口状况，主要以快速路和主干路为主，所以以下研究的问题也主要是以快速路和主干路为主。

从附件中可以得到各个路断的车流量，从这些车流量可以看出，在道路建设是没有进行确切的评估，导致一个关口不同路段的拥挤程度不同，所以，道路建设的影响了交通的畅通性，也造成了不同程度的交通拥挤。

以梅林关为例，梅林关道路有梅观公路、梅观高速、南坪快速、新区大道。

既存在主干路，也存在快速路，倘若建设失去平衡就会造成不同程度的交通拥挤。

(2)关口道路网的布局形式缺陷，关口道路布局对交通的畅通有着不可忽视的影响，在道路网布局方面，包括平面交叉路口车道数的设置，车道功能的划分，以及车道宽的的设置等都可能引发交通拥挤，以梅林关为例，梅观路穿关而过，在梅林关口两侧形成“关口广场”，关内、外广场的关口通道数为：进关通道11条，其中3条公交专用道（含2条进站车道），出关通道6条，其中1条公交专用道；关内广场与南坪快速（以立交桥连接）、彩田、皇岗路连接；关外广场与梅观高速、梅板大道、梅龙、民治路等连接。

车道的布局设置就可能成为影响交通拥堵的主要原因。

现以梅林关为例，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原因，对关口广场各连接道路进行分类或定出拥堵指数，建立数学模型，分析关口广场拥堵问题所需交通数据的采集侧重内容。

根据模型结果在不改变关内外道路的状况下，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。

最后，根据现有掌握的拥堵状况通过增加关内通道来缓解交通拥堵。

从模型参数中分析，在现有已具备的交通数据信息采集基础上，增加交通信息采集的不同侧重项目，并给出我们的建议。

2.2关口交通拥堵改善分析对于缓解交通压力问题，不仅从道路方面分析研究交通拥挤问题，另外在不改变交通道路布局的情况下,还可以调整城市的分区功能、改变关口的区域功能框架、改善交通管控措施进行缓解关口交通压力，这里结合深圳市道路网分布及深圳市规划，对深圳市的交通拥堵状况作出改善建议。

2.3关内道路建设分析根据题目要求及题目一中建立的模型，通过不同道路建设要求，分析道路改善后对缓解交通压力起到的作用，考虑关口道路分布和关内的状况，试选择增加关内通道，来减轻交通拥堵带来的问题。

三、模型假设(1)假设关口没有车辆出现故障及交通事故发生；(2)假设关口检查站不对车辆进行检查；(3)假设一段路上的多条道上车流量较平均，即没有所谓内侧道车流量多，外侧车流量少；(4)假设有交叉的路段之间交通状况互相存在影响；(5)假设各变量因素之间的间接影响不考虑；(6)假设各在网上查找或实测数据的误差不考虑；(7)假设各交通基础设施是正常工作的；(8)假设各个关口道路交叉处道路的拥挤都是相关的。

四、符号说明（1）v表示平均速度；（2）1p,3p2p,4p,5p分别表示严重拥堵、中度拥堵、轻微拥堵、畅通、非常畅通的发生概率；（3）1x,2x,3x,4x,5x分别表示行程速度、延误比、停车次数、停车时间和出入口密度；（4）分别表示k的回归截距和回归系数；（5）kL表示模型k的对数似然值。

五、算法的理论分析 5.1相关性算法5.1.1相关性算法的建立相关性算法假定待研究路段车流收随机干扰影响较小，由于算法主要考虑继发拥挤路段的车流受原发拥挤路段的影响程度。

采用相关性算法来在另一角度上分析处理交通拥挤的实际问题，先来分析交通拥挤的演化过程，关口道路拥挤产生的本质是存在瓶颈，进而导致道路通行能力下降。

当交通的需求超过瓶颈时，车的速度就会下降，之后就会产生排队现象，一个路段的拥挤演化为，在低峰期和消散期，交通流量小，车辆会以接近畅通的速度行驶，这样就不会造成排队现象，就不会造成拥堵现象。

在平峰期，路段上的车辆开始增加，但排队的序列比较稳定，即是车流趋于稳定，不会造成严重的拥堵问题。

最重要的是在高峰期，车辆过多，及时排队也不能达到需求，这事就造成了严重的交通拥挤问题，本题也是着重研究在高峰期的拥堵问题。

现实生活中的拥堵通常是发生在一条路段上，并沿着车流的方向上逐渐扩展，基于相邻路段在空间上的连续性，如果车辆在相邻路段上依次逐渐形成排队，依据拥挤波的传播性和车流的连续性，相邻路段上表征拥挤状态的速度变化会有较大的相关性，从而使发生拥堵的路段会牵制其他相邻路段，而使道路拥挤程度加大。

5.1.2相关性算法的实现(1)选定已发生拥挤的路段i，定义为目标路段，并获取其在各个时段的路段平均速度,.....),,(2 1 0 vvviii。

(2)选定目标路段的相邻路段，定义为待选路段，并获取其各个时段的平均速度用于与目标路(4)将每个待选路段与目标路段在不同的数据点所得出的相关性系数作图，进行对比分析。

在（3）中的“选点”是指对目标路段时间数据的选择。

由于相关性分析是基于数据点的分析，而数据点数量需要根据拥挤时速度去进行确定。

5.1.3现以梅林关为例进行相关度算法实现由题目中的数据及谷歌地图中可以得到梅林关所包括的梅观公路，南坪快速，梅观高速，新区大道四条道路具有很大的相关性，并且从交通部门我们可以得到确切的相关性系数（相关性系数由交通部门提供），选择其中一条道路为目标路段，其余三条作为待选路段，进行定量分析。

这里我们主要研究早高峰和晚高峰的问题，现在就附件一与附件二中的数据，我们把各个道路在不同时刻的平均速度和车流量作统计平均来计算，列成表格的形式，然后根据表格作出平均速度—时刻，车流量—时刻图进一步分析道路相关性造成的交通拥堵。

六、模型的建立与求解6.1累积Logistic回归模型的构建以拥堵强度作为因变量，初步选择行程速度、延误比、停车次数、停车时间、出入口密度这5个自变量代表道路交通运行状态，构建深圳关口道路交通拥堵强度评价模型。

初步构建模型如下：式中：1p,3p2p,4p,5p分别表示严重拥堵、中度拥堵、轻微拥堵、畅通、非常畅通的发生概率，5个p值和等于1；1x，2x，3x，4x，5x分别表示行程速度、延误比、停车次数、停车时间和出入口密度；、分别表示回归截距和回归系数。

6.2模型的求解在累积Logistic回归模型的求解过程中，必须满足下列两个基本检验条件，才能够按照极大似然法进行求解。

6.2.1评价模型的似然比检验在确定了拥堵强度评价模型的因变量为序次变量后，需要对累积Logistic回归模型的“比例性”假设条件进行统计检验，检验累积Logistic回归模型是否适用。

对“比例性”假设条件的检验方法是对“比例性”假设条件的检验方法是构造G统计量并检验，简称L.R，G的计算式为其中：pL表示模型的对数似然p值；kL表示模型k的对数似然值，模型p和模型k依次代表式(1)中的累积Logistic回归模型。

如果L．R的2x值统计性不显著，即显著性水平低于0.05，则表明累积Logistic回归模型是适用的，符合“比例性”的要求．通过对我们采集的各等级道路数据的累积Logistic回归模型的“比例性”假设条件进行检验结果。