深圳关内外交通拥堵**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。尽管**在道路建设上已投入了很大的财力、物力，但是成效不是甚佳。
最终的分析表明，只有在摸清各关口道路通行规律的基础上，才能有针对性地提出解决交通拥堵的方案。鉴于此，本文通过建立深圳市交通流这一数学模型，对深圳市的关内外拥堵问题进行了分析与研究，并针对性地提出了解决方案。通过数学模型定量分析所给的各道路一周内流量和速度的数据，定出了拥堵指数并对各道路进行了分类。
又以深圳市各区gdp值为参考，定量地制定了吸引力指数模型，根据收集到的城市功能分区规划方面的资料对数学模型经行了修正，并综合运用excel、spss和matlab等软件工具，对模型进行了求解和分析。
对于问题一：首先，选取真实可靠的数据，排除了不真实、缺失的数据；其次，通过对剩余的速度数据作比值的方法得到了速度的比值；最后，用k均值聚类分析的方法对各个道路各个时刻的比值进行了分类，总共分为了5大类。由此制定出了交通拥堵指数，并找到了相对拥堵的道路，也结合不同地区的分区功能和人口分布等特点分析了各关口拥堵的深层原因。
以梅林关为例，考虑到信息不完备因素，采用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法模型，得到了该关口早晚高峰期的拥堵指数大小，并找出了道路拥堵的直接原因，从而确定了进一步研究拥堵问题应侧重采集的数据。
对于问题二：考虑到不同产业对从业人员的吸引程度有所不同，为了定量地分析这些数据，本文建立了吸引力指数模型。通过考虑gdp总量中第一产业，第二产业，第三产业等因素对分区吸引力的影响，对线性模型的基本假设进行修改后，得到了这一数学模型，从而将不同分区的不同产业与从业人数建立起联系。
根据不同分区吸引力指数的大小，提出了相应问题的解决方案。
对于问题三：通过前两个问题的分析，本文得到了关口拥堵的原因：车流量超过关口所能承受的容量。
城市分区构架的不合理导致了车辆的分布不均匀，从而导致有些关口道路存在不同程度的拥堵，而另一些关口道路却处于畅通状态。鉴于只能在关内增加通道的限制，本文利用分流疏通的方法，通过建设关内新通道以达到将拥堵路段的车流引到畅通路段的目的。增加通道的选址，将考虑到城市的分区、关口拥堵指数和关内外人口分布等因素。
关键字：聚类分析交通流信息不完备拥堵指数吸引力指数
1.问题重述。
本文根据深圳市各主要关口进出通道瓶颈断面代表时段以及特殊路段早晚高峰期的交通流量，对应车速数据及行车道数建立数学模型，给出了对不同类型道路拥堵指数的定义，还对模型反映出的不同地区的拥堵程度以及城市功能分区规划、城市发展情况进行了相应的考察与分析，并且做出不断的优化与调整。
问题一：由于历史原因，深圳分为关内外两个区域，由自然山丘隔开。由于相当一部分人关外居住，关内上班，导致某些关口在特定时间段，尤其是上下班高峰期出现严重的拥堵问题。
据此，我们基于动态综合评价法给出模型，依据所给信息，提取出评定拥堵的两个指标：单位车道每小时车流量和标准化车速。通过“差异驱动”原理，确定这两个指标的权值，从而给出数据采集侧重建议和拥堵指数算法模型。
问题二：不增加关内外通道数量，通过调整城市分区、改变关口功能构架、改善交通管控措施缓解重点关**通拥堵。我们基于上一问的拥堵指数及灰色相关性分析找出城市分区方式等与交通流通属性的关联，对其进行层次分析，再利用非线性规划方法，优化现有分区模式、关口功能构架等。
问题三：增加关内通道缓解交通拥堵问题。解决此一问题，需要我们熟知关内道路的功能特征，还要在宏观上把握不同路段交通拥堵产生的直接原因。
对此，我们基于图论的基本知识，对于不同的源和汇，分解开来分析相应子图的连通性质，再根据深圳的发展方向，定性地做出是否应增加通道的判断。
2.问题分析。
2.1问题一的分析。
首先，通过matlab软件[1]绘制深圳市各车道七天内各整点时刻的平均流量。从附录的图1.中可以看到，各车道七天内车流量最大值大致在早晚高峰时期达到，但总体上看白天的流量一直都是很大的。
显然用流量来制定一种拥堵指数是不切合实际的。为此，根据附表2中给的数据，选择用每个速度与该道路上的最高速度进行作比，再利用spss对所得的结果进行k均值聚类分析，划分了5类，从而定出了拥堵指数。但附表中的速度数据存在数据丢失现象，所以本文对不完整数据利用了数学模型分析的办法：
采用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法模型，先进行定量的数**算得出缺失数据部分的拥堵指数，再把通过寻找与该路功能相类似的路段得出的拥堵指数作为参考，用这一特殊的方法更加客观地制定了拥堵指数。
对于信息不完备的问题，从给出的数据中可以看到，有一部分道路的车流量或者速度存在缺失现象，为了得到缺失数据车道的拥堵指数，于是就利用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法来构建数学模型，通过经过计算得到的拥堵指数，利用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法模型，经过计算得到了缺失数据车道的道路拥堵指数，从而顺利的解决了因系统信息不完备造成的无法得出拥堵指数的问题。
对于关口拥堵深层原因的分析，我们考察了每个关口附近区域的功能，这些车辆到底来自何方，要到**去，深入了解这些问题后就能比较清晰地了解拥堵原因。由于部分路段没有速度，建立模型时比较复杂而且有一定的误差，所以建议能够侧重采集速度方面的数据。
2.2问题二的分析。
调整城市分区功能的前提是充分了解各分区的功能：一方面要知道一个地区的三个产业分布比例和主要的企业、工厂；另一个方面通过与不同分区直接相连的道路的流量数据分析这些分区车流量的大致目标。对比较拥堵的梅林关和布吉关进行考察，发现经过它们入关后的道路进入了罗湖区和福田区，分析其原因，这两个分区的第。
二、三产业发达，吸引了大量劳动力，此外深圳的市中心在福田区，作为政治中心也会有不少的**。为了更好地反映不同地区对人口的吸引力，引入了吸引力模型，考虑到gdp总量中第一产业、第二产业、第三产业等因素对分区吸引力的作用，于是就对线性模型的基本假设进行修改后得到了各个分区的吸引力大小。
根据这些综合因素，考虑可以对区域的部分功能进行调整，使分区更趋于合理。比如将一些公司企业搬到别的地方，将行政中心搬到关外。认识到以上的拥堵的原因后，本文也提出了如何改变关口区域功能架构的看法以及改善交通管控措施等来缓解关口的交通拥堵。
2.3问题三的分析。
对于问题三，通过对前两问的分析，得到了车道拥堵的原因是由于拥堵关口是多个车道的汇合点，从而导致车流量超过关口所能承受的容量，于是在只增加关内通道的限制条件下，就可以采用修建新车道来分解、疏散车流的方法，将拥堵的道路上的车流引到相对畅通的道路上。比如再增加环路或在市区内修建高架桥，都是相对不错的方法。通过对关内各个路口车流量的分析，本文提出了新修建两条道路的方案来缓解交通压力。
3.模型假设。
（1）汽车在单位小时内的运动视为匀速运动。
（2）汽车在一段路程内是为均匀分布。
3）每个人产生的gdp值是一定的。
4）检测得到的数据准确可靠。
（5）汽车通过关口到达的目的地是在这个关口附近。
6）各条道路没有因交通事故而造成拥堵。
7）附录中车流量和速度数据没有受到天气的影响。
4.符号说明。
5.模型的分析、建立与求解。
5.1模型ⅰ拥堵指数模型。
5.1.1模型的分析。
首先根据多数城市所运用的以速度为参考依据，制定出拥堵指数。其次，考虑到由于在晚上，车辆稀少而造成的车流量低，但实际情况并不拥堵，从而流量并不能准确反映道路是否拥堵。而速度却能准确反应道路拥挤状况，本文就以速度建立拥堵指数模型。
由于每条路的级别不同，则所允许的最大速度有所不同，若是通过速度绝对值大小进行比较则不能准确反应拥堵情况。所以通过实际速度与最大速度作比，从而不同道路之间有可比的可能性。
对于数据中的信息不完备问题，本文采用绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法模型[2]，利用模型对数据进行修正，从而弥补了缺失数据造成的拥堵指数无法得出的问题。绝对信息量不完备信息系统的数据补齐算法模型是利用已有的数据，首先经过抽出所有属性的值缺失的元素， 生成集合，给出所有补齐中元素的方案，，共种；针对每一种方案， 将补齐后的加入论域，即生成一个完备信息表， 计算它在不可分辨关系下的绝对信息量 i(p) ；找出为最大值的方案及其对应的完备信息系统。如果有多个， 则任取其中之一；最后输出完备信息系统，即为车流量、速度和交通拥堵指数的完整信息系统。
5.1.2模型的建立。
模型一的建立：
第一步：比值的确立。
考虑到各种因素，会导致实际最大速度无法达到理论最大速度，所以本文采用实际最大速度作为最大速度使用。首先利用excel软件中的函数“”，找到每条路在7天内的最大速度，例如，107国道的7天最大速度是55.98km/h。
再利用excel中得除法函数，得出实际速度与最大速度的比值。例如，107国道1月7日0时。
第二步：比值的量化。
由于第一步中的速度比值的取值范围是0~1。为了此后的spss更加准确的统计，这里将得出。此时，更加便于之后的统计处理。例如，107国道1月7日0时。
第三步：聚类分析。
利用软件spss的k均值聚类分析法[3]，将第二步得到的分为五类，分类如下表1：
表1.拥堵指数分类及定义。
根据spss软件得到的数据处理分析如下表：
表2.最终聚类中心。
表。例如，107国道1月7日0时在83.8~100之间，所以其拥堵指数，属于畅通状态。
模型二的建立：
信息系统)信息系统[4]是一个四元组，其中表示一个元素为对象的非空有限集合， 也叫做论域； 每个元素都具有若干属性， 表示属性的非空有限集合；，是属性的值域；是一个函数： 它确定每个对象的每个属性都有唯一的值， 即。成一个上的划分， 记作。
中的每一个元素叫做一个等价类。也叫做信息系统的一个知识， 记作知识。前面给出了信息系统的定义及相关的概念， 可见对于一个信息系统来说， 它的任意一个属性子集都构成了上的一个划分， 也即给出了上的一个知识。
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