技術分享 | 從對外道路交通大數(shù)據(jù)分析看干線路網(wǎng)發(fā)展——以深圳為例
?摘要：隨著大數(shù)據(jù)技術不斷成熟，其在交通規(guī)劃中應用更加廣泛，在數(shù)據(jù)獲取、問題挖掘等方面均有體現(xiàn)。本文以深圳為例，介紹了廣東省手機信令、廣東省高速公路收費、深圳市路面卡口等多套大數(shù)據(jù)及其分析技術方法，并從灣區(qū)跨珠江、深莞惠都市圈層面分析對外道路交通出行特征，總結數(shù)據(jù)分析結果對深圳干線路網(wǎng)發(fā)展的啟示。
引言
深圳經(jīng)過40年發(fā)展，已實現(xiàn)從4萬人口的邊陲小鎮(zhèn)到實際服務管理人口約2000萬的超大城市跨越。深圳骨干路網(wǎng)支撐城市經(jīng)濟增長、空間拓展，是城市化發(fā)展的主動脈。改革開放以來，深圳市干線路網(wǎng)發(fā)展經(jīng)歷了初步發(fā)展階段（2000年以前）、公路與城市道路一體化發(fā)展階段（2000-2010年）和特區(qū)一體化、與軌道協(xié)調(diào)發(fā)展階段（2010-2018年）三個階段。新一輪國土空間規(guī)劃指出深圳處于以質(zhì)量效益為引領的存量發(fā)展階段。城市發(fā)展，交通先行。適應城市發(fā)展方向，深圳市骨干道路進入從“高速度增長”轉(zhuǎn)向“高質(zhì)量發(fā)展”的新階段。
在“雙區(qū)驅(qū)動”，交通強國等新形勢下，深圳市新一輪干線路網(wǎng)優(yōu)化主要有以下四點思路：
(1) 立足灣區(qū)協(xié)同發(fā)展，增強對外輻射能力
(2) 支撐策略地區(qū)發(fā)展，實現(xiàn)路網(wǎng)均衡布局
(3) 結合需求調(diào)控增加供給，推進交通供給側(cè)改革
(4) 綜合改造重要通道，提升城市環(huán)境品質(zhì)
經(jīng)過多年的實踐，深圳等國內(nèi)發(fā)達城市已逐步將大數(shù)據(jù)手段引入交通規(guī)劃的數(shù)據(jù)獲取、問題挖掘等多個方面，在規(guī)劃項目與課題研究中取得了階段性成果，并朝著更準確、更高效、更人性化的方向發(fā)展。
以深圳市新一輪干線路網(wǎng)優(yōu)化為契機，在傳統(tǒng)調(diào)查基礎上，依托中心大數(shù)據(jù)平臺，融合多源大數(shù)據(jù)，從灣區(qū)、都市圈層面分析對外交通出行特征，并從中總結出對干線路網(wǎng)優(yōu)化的一些思考。
01 基于聚類算法的車輛出行目的識別
1.1數(shù)據(jù)描述
融合了廣東省聯(lián)通手機信令數(shù)據(jù)、廣東省高速公路收費數(shù)據(jù)、深圳市路面卡口數(shù)據(jù)等多套大數(shù)據(jù)，結合數(shù)據(jù)自身特征，分別應用到不同的分析層面。
1.1.1 廣東省聯(lián)通手機信令數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)來源于中心大數(shù)據(jù)平臺，時間周期為2017年12月11日-17日，跨度一周?？臻g范圍涵蓋廣東省全域。數(shù)據(jù)已經(jīng)過預處理，以5分鐘為時間周期，按出行出發(fā)地和目的地柵格進行統(tǒng)計。包括出發(fā)柵格、到達柵格、出行量等屬性。
1.1.2廣東省高速公路收費數(shù)據(jù)
廣東省高速公路收費數(shù)據(jù)為2018年7月全省936個出入口收費站流水數(shù)據(jù)，共記錄1580萬輛車，1.6億次出行記錄。包括車牌號、出/入口時間、出/入口收費站、客/貨標識、車型、行駛路徑以及行駛里程等屬性。
圖1 廣東省高速公路收費數(shù)據(jù)示例（左）、廣東省高速公路收費站分布（右）
1.1.3深圳市路面卡口數(shù)據(jù)
深圳全市共布設6500多個車牌識別點，包括停車場、加油站、RFID、電子警察、小天眼、路面卡口等。其中路面卡口共586個，覆蓋全市各等級道路斷面，在車輛在經(jīng)過時卡口會檢測記錄并上傳相應信息。深圳路面卡口數(shù)據(jù)包括車輛ID、檢測點ID、時間等屬性。通過校驗高快速路的流量，卡口數(shù)據(jù)的實測率均達80%，可用于分析車輛出行特征。
圖2 深圳市路面卡口數(shù)據(jù)示例（左）、深圳市卡口點分布（右）
1.2車輛出行目的劃分
在常規(guī)的數(shù)據(jù)預處理，如數(shù)據(jù)清洗、校準、卡口數(shù)據(jù)的行程劃分之外?；贏priori算法和K-means聚類算法等對高速公路收費數(shù)據(jù)和路面卡口數(shù)據(jù)進行了出行目的識別，識別出通勤出行、商務出行和其他出行。
1.2.1 基于Apriori算法的通勤車輛識別
基于Apriori算法，對車輛出行行駛軌跡進行識別，從而分析通勤車輛特征。通勤車輛為每天駕駛?cè)マk公的車輛，通常為早上從住處出發(fā)到工作地點，晚上從工作地點出發(fā)到住所。
將車輛的一次出行視為一個項集，每個項集由車輛經(jīng)過檢測點的ID編號組成（例如卡口數(shù)據(jù)中為卡口ID，高速公路收費數(shù)據(jù)中為收費站ID和標識點ID），通過設置置信度和支持度參數(shù)，對一個月內(nèi)車輛的所有出行軌跡進行頻繁項集挖掘，根據(jù)車輛出行軌跡的頻繁程度和置信度，識別出通勤車輛。結合通勤車輛時間周期特征，進行三次預篩選：
(1)選取工作日的數(shù)據(jù)做研究，通勤車輛的出行特征集中體現(xiàn)在工作日
(2)對于車輛一天所有的出行記錄，根據(jù)通勤車輛具備早晚出行的特征，分為選擇早晚高峰時間段的車輛記錄
(3)刪除所有只出現(xiàn)過一次的車輛記錄，只出現(xiàn)過一次的車輛為通勤車輛的可能性較小。
本文設置置信度閾值參數(shù)為0.7，為通用參數(shù)取值，設置支持度閾值初始值為5（m=5），即該月內(nèi)有超過5次相似線路出現(xiàn)，被判定為通勤車輛，對應的早晚高峰相似出行記錄為通勤出行。
圖3 通勤出行識別流程
1.2.2基于K-means算法的商務出行識別
在通勤出行識別基礎上，基于車輛出行軌跡信息，進一步識別商務出行。結合車輛出行特征，選取三類特征指標，包括工作日上班時間總出行次數(shù)（X1）、非工作日總出行次數(shù)（X2）、工作日首次出行目的地（D點）穩(wěn)定性（X3），采用K-means等算法對車輛出行指標進行聚類，基于最優(yōu)聚類結果，結合車輛出行記錄，識別出商務出行。
圖4 商務出行識別流程
02 對外道路交通特征分析
在數(shù)據(jù)預處理基礎上，分別面向灣區(qū)跨珠江、深莞惠都市圈兩個層面分析交通出行特征。
2.1跨珠江通道（虎門大橋）流量逐年上升，運行壓力大
一直以來深圳規(guī)劃重點面向適應深莞惠都市圈和特區(qū)一體化發(fā)展，受珠江天塹限制，歷來對東西方向的拓展稍顯不足。深圳目前沒有直接跨珠江通道，鐵路跨江需繞行廣州換乘。珠江口三條公路通道中，港珠澳大橋?qū)ι钲跓o服務，虎門大橋和南沙大橋（虎門二橋）需繞行。在建深中通道尚未通車，即便深中通道建成，跨灣道路平均間距仍超過30公里，與世界級大灣區(qū)有差距，整體跨灣通道短板明顯。
為全面解讀深圳現(xiàn)狀跨江出行特征，利用省高速公路收費數(shù)據(jù)，結合既有跨江通道虎門大橋上的標識點，分析現(xiàn)狀虎門大橋流量、分布等特征。獲取虎門大橋歷年流量，呈現(xiàn)逐年上升，現(xiàn)狀交通量已達17萬標準車/日，超通行能力的2倍，已擁堵嚴重，超飽和運行。結合高速收費數(shù)據(jù)中車輛信息，虎門大橋中貨運流量占比達55%，占據(jù)較大比例，體現(xiàn)出對道路設施的需求。
圖5 虎門大橋歷年流量變化圖
結合高速公路收費數(shù)據(jù)中車輛上下高速收費站信息，進一步獲取車輛在高速上的OD對，分析出經(jīng)虎門大橋的車流到發(fā)深圳的占比約41%，表明與深圳相關的跨江需求也比較旺盛。南沙大橋2019年4月通車，隨后運行就趨于飽和。
面向未來，珠江兩岸城市發(fā)展重心沿灣口集聚，沿海深港-珠澳跨灣發(fā)展軸地位逐步提升，跨灣交流將會更加緊密。深圳作為灣區(qū)核心城市，也是區(qū)域發(fā)展的核心引擎，應主動發(fā)揮交通先行官作用，堅持開放包容，協(xié)同共建。新一輪干線路網(wǎng)優(yōu)化也應主動認識到跨珠江聯(lián)系緊密，同時結合未來兩岸融合發(fā)展趨勢，主動加強基礎設施對接，支撐兩岸要素流通。
2.2深莞惠都市圈城際出行活躍，集中在邊界地區(qū)
2009年提出深莞惠一體化以來，三市聯(lián)系日漸緊密。現(xiàn)狀深莞惠高速公路骨架路網(wǎng)格局已基本形成，但快速干線及普通銜接道路不足。在傳統(tǒng)境界線調(diào)查基礎上，利用省手機信令數(shù)據(jù)、高速公路收費數(shù)據(jù)、路面卡口數(shù)據(jù)對既有跨界道路運行情況以及都市圈城際出行特征深入剖析。
1）跨界公路運行壓力大，重要軸向通道趨于飽和。結合現(xiàn)狀跨界道路標識點，獲取交通量，得出現(xiàn)狀跨界公路擁堵嚴重，運行壓力大。例如廣深通道（廣深、沿江及G107）日交通量超30萬標準車，廣深高速飽和度超過0.75，G107日交通量超11萬標準車，是其通行能力的1.9倍。
圖6 深圳與東莞、惠州主要跨界道路流量及飽和度情況圖
2）深莞惠都市圈是灣區(qū)最活躍的都市圈?；趶V東省聯(lián)通手機信令數(shù)據(jù)，獲取粵港澳灣區(qū)城際出行量，其中深莞惠都市圈已成為灣區(qū)最活躍的都市圈，占灣區(qū)總城際出行的35%。深莞惠三市城際出行中，深莞出行占比最高，達60%。
圖7 粵港澳大灣區(qū)城際出行比例
3）深莞惠城際出行主要集中在邊界地區(qū)?；诙际腥θ觿澐郑M一步分析現(xiàn)狀都市圈城際出行中臨深與三圈層（4-3圈層）出行最多，占比近60%；臨深與核心區(qū)出行占比約13%。結合百度POI數(shù)據(jù)對城際出行深圳目的地點分類，分析臨深與三圈層出行主要是與工業(yè)園區(qū)等聯(lián)系。臨深與核心區(qū)更多的是與福田中心的聯(lián)系。
圖8 深莞惠城際出行分布（左）、深莞惠城際出行熱力圖（右）
4）現(xiàn)狀深莞惠城際出行商務居多，初具通勤特征。結合出行目的劃分，分析現(xiàn)狀深莞惠城際出行中商務出行占比最大，約56%；通勤出行占比較小，約5%。其他出行占比約39%。通勤出行雖然現(xiàn)狀占比較小，但呈快速增長態(tài)勢，且主要集中在高峰期間，現(xiàn)狀城際出行呈現(xiàn)雙峰分布，初具通勤特征。
圖9 深莞惠城際出行目的（左）、深莞惠城際出行時變圖（右，橫坐標：時間）
5）商務出行呈向心性，以收費高速為主。都市圈跨界商務出行主要以都市圈內(nèi)部商務為主，其中一二核心圈層的商務出行占比超過50%，具有一定的向心性；方式選擇上傾向于收費高速。以西部軸為例：廣深高速日均商務出行2.4萬，是南光（1萬）的2.4倍，商務出行傾向于選擇收費通道。在分布上，商務出行空間尺度相對交大，以深莞惠三地為主，仍兼顧廣州、珠江西岸等地。
（6）城際通勤出行主要集中在臨深，空間尺度與快速路接近?，F(xiàn)狀臨深通勤人群更傾向于在邊界地區(qū)就業(yè)，但受城市形態(tài)及地形地貌影響，城際通勤距離分布10-15公里，與快速路承擔功能最接近。
圖10 深莞惠城際通勤出行分布（左）、莞惠來深通勤出行距離分布（右，橫坐標：公里）
基于深莞惠都市圈出行特征分析結果，總結現(xiàn)狀三市出行活躍，既有的跨界通道已無法承擔旺盛的交通需求，運行壓力較大。城際聯(lián)系中商務出行占比較大，通勤特征逐步顯現(xiàn)。未來都市圈社會經(jīng)濟融合發(fā)展，交通聯(lián)系將進一步增強。預計2035年，至少150-200萬就業(yè)崗位需在莞惠地區(qū)進行平衡，邊界地區(qū)通勤出行將成為都市圈聯(lián)系的主流，構建一體化路網(wǎng)體系支撐都市圈融合發(fā)展成為趨勢。
干線路網(wǎng)優(yōu)化應適應都市圈融合發(fā)展趨勢，積極地將攜手周邊城市共建跨界通道體系，結合現(xiàn)狀都市圈出行分析，尤其要考慮商務、通勤等各類出行需求的特征，進而構建“功能完善、層次清晰、銜接順暢、能力充分”的現(xiàn)代化一體化路網(wǎng)體系，促進都市圈一體化發(fā)展。
03 對干線路網(wǎng)發(fā)展的一些啟示
無論是跨江出行還是都市圈出行都呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢，在粵港澳大灣區(qū)、都市圈等發(fā)展下，深圳與灣區(qū)其他城市聯(lián)系更加緊密。通過兩個層面的對外道路交通大數(shù)據(jù)分析，總結對深圳這一輪干線路網(wǎng)優(yōu)化的兩點啟示：
(1) 要充分認識現(xiàn)狀深圳對外交通出行旺盛，結合區(qū)域融合發(fā)展趨勢，干線路網(wǎng)優(yōu)化應主動考慮跨珠江、都市圈等交通需求特征，加強區(qū)域互聯(lián)互通，無論是往西跨江，還是與周邊的東莞、惠州，實現(xiàn)從“自身發(fā)展”轉(zhuǎn)向“區(qū)域協(xié)同”
(2) 要充分考慮到商務、通勤、貨運等各類出行需求的特征,例如從深莞惠都市圈交通出行分析結果來看，商務出行更傾向于選擇收費高速公路，保證快，對時間比較敏感，在空間上分布范圍很廣，更多是城市中心區(qū)之間聯(lián)系；而通勤出行則對時間沒有很高的要求，出行距離也相對偏短，距離分布與快速路更接近。在這種特征下，深圳在與莞惠兩地共同構筑跨市路網(wǎng)體系時，應當考慮布局高速公路連接城市中心區(qū)滿足商務需求，連通邊界地區(qū)快速路等滿足通勤需求，進而能夠明確路網(wǎng)體系構成,從單純增加供給到結合需求使路網(wǎng)系統(tǒng)功能更優(yōu)。
撰寫：楊 帥
審核：劉樟偉
審定：郭宏亮