技術分享 | 從對外道路交通大數據分析看干線路網發展——以深圳為例
?摘要：隨著大數據技術不斷成熟，其在交通規劃中應用更加廣泛，在數據獲取、問題挖掘等方面均有體現。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據及其分析技術方法，并從灣區跨珠江、深莞惠都市圈層面分析對外道路交通出行特征，總結數據分析結果對深圳干線路網發展的啟示。
引言
深圳經過40年發展，已實現從4萬人口的邊陲小鎮到實際服務管理人口約2000萬的超大城市跨越。深圳骨干路網支撐城市經濟增長、空間拓展，是城市化發展的主動脈。改革開放以來，深圳市干線路網發展經歷了初步發展階段（2000年以前）、公路與城市道路一體化發展階段（2000-2010年）和特區一體化、與軌道協調發展階段（2010-2018年）三個階段。新一輪國土空間規劃指出深圳處于以質量效益為引領的存量發展階段。城市發展，交通先行。適應城市發展方向，深圳市骨干道路進入從“高速度增長”轉向“高質量發展”的新階段。
在“雙區驅動”，交通強國等新形勢下，深圳市新一輪干線路網優化主要有以下四點思路：
(1) 立足灣區協同發展，增強對外輻射能力
(2) 支撐策略地區發展，實現路網均衡布局
(3) 結合需求調控增加供給，推進交通供給側改革
(4) 綜合改造重要通道，提升城市環境品質
經過多年的實踐，深圳等國內發達城市已逐步將大數據手段引入交通規劃的數據獲取、問題挖掘等多個方面，在規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、更人性化的方向發展。
以深圳市新一輪干線路網優化為契機，在傳統調查基礎上，依托中心大數據平臺，融合多源大數據，從灣區、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優化的一些思考。
01 基于聚類算法的車輛出行目的識別
1.1數據描述
融合了廣東省聯通手機信令數據、廣東省高速公路收費數據、深圳市路面卡口數據等多套大數據，結合數據自身特征，分別應用到不同的分析層面。
1.1.1 廣東省聯通手機信令數據
數據來源于中心大數據平臺，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。數據已經過預處理，以5分鐘為時間周期，按出行出發地和目的地柵格進行統計。包括出發柵格、到達柵格、出行量等屬性。
1.1.2廣東省高速公路收費數據
廣東省高速公路收費數據為2018年7月全省936個出入口收費站流水數據，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據示例（左）、廣東省高速公路收費站分布（右）
1.1.3深圳市路面卡口數據
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，在車輛在經過時卡口會檢測記錄并上傳相應信息。深圳路面卡口數據包括車輛ID、檢測點ID、時間等屬性。通過校驗高快速路的流量，卡口數據的實測率均達80%，可用于分析車輛出行特征。
圖2 深圳市路面卡口數據示例（左）、深圳市卡口點分布（右）
1.2車輛出行目的劃分
在常規的數據預處理，如數據清洗、校準、卡口數據的行程劃分之外?；贏priori算法和K-means聚類算法等對高速公路收費數據和路面卡口數據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去辦公的車輛，通常為早上從住處出發到工作地點，晚上從工作地點出發到住所。
將車輛的一次出行視為一個項集，每個項集由車輛經過檢測點的ID編號組成（例如卡口數據中為卡口ID，高速公路收費數據中為收費站ID和標識點ID），通過設置置信度和支持度參數，對一個月內車輛的所有出行軌跡進行頻繁項集挖掘，根據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)選取工作日的數據做研究，通勤車輛的出行特征集中體現在工作日
(2)對于車輛一天所有的出行記錄，根據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)刪除所有只出現過一次的車輛記錄，只出現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為0.7，為通用參數取值，設置支持度閾值初始值為5（m=5），即該月內有超過5次相似線路出現，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（X1）、非工作日總出行次數（X2）、工作日首次出行目的地（D點）穩定性（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
在數據預處理基礎上，分別面向灣區跨珠江、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
一直以來深圳規劃重點面向適應深莞惠都市圈和特區一體化發展，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，港珠澳大橋對深圳無服務，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，與世界級大灣區有差距，整體跨灣通道短板明顯。
為全面解讀深圳現狀跨江出行特征，利用省高速公路收費數據，結合既有跨江通道虎門大橋上的標識點，分析現狀虎門大橋流量、分布等特征。獲取虎門大橋歷年流量，呈現逐年上升，現狀交通量已達17萬標準車/日，超通行能力的2倍，已擁堵嚴重，超飽和運行。結合高速收費數據中車輛信息，虎門大橋中貨運流量占比達55%，占據較大比例，體現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據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，分析出經虎門大橋的車流到發深圳的占比約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，珠江兩岸城市發展重心沿灣口集聚，沿海深港-珠澳跨灣發展軸地位逐步提升，跨灣交流將會更加緊密。深圳作為灣區核心城市，也是區域發展的核心引擎，應主動發揮交通先行官作用，堅持開放包容，協同共建。新一輪干線路網優化也應主動認識到跨珠江聯系緊密，同時結合未來兩岸融合發展趨勢，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
2009年提出深莞惠一體化以來，三市聯系日漸緊密?，F狀深莞惠高速公路骨架路網格局已基本形成，但快速干線及普通銜接道路不足。在傳統境界線調查基礎上，利用省手機信令數據、高速公路收費數據、路面卡口數據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。結合現狀跨界道路標識點，獲取交通量，得出現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最活躍的都市圈?；趶V東省聯通手機信令數據，獲取粵港澳灣區城際出行量，其中深莞惠都市圈已成為灣區最活躍的都市圈，占灣區總城際出行的35%。深莞惠三市城際出行中，深莞出行占比最高，達60%。
圖7 粵港澳大灣區城際出行比例
3）深莞惠城際出行主要集中在邊界地區?；诙际腥θ觿澐?，進一步分析現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%；臨深與核心區出行占比約13%。結合百度POI數據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園區等聯系。臨深與核心區更多的是與福田中心的聯系。
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%。通勤出行雖然現狀占比較小，但呈快速增長態勢，且主要集中在高峰期間，現狀城際出行呈現雙峰分布，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狀臨深通勤人群更傾向于在邊界地區就業，但受城市形態及地形地貌影響，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。城際聯系中商務出行占比較大，通勤特征逐步顯現。未來都市圈社會經濟融合發展，交通聯系將進一步增強。預計2035年，至少150-200萬就業崗位需在莞惠地區進行平衡，邊界地區通勤出行將成為都市圈聯系的主流，構建一體化路網體系支撐都市圈融合發展成為趨勢。
干線路網優化應適應都市圈融合發展趨勢，積極地將攜手周邊城市共建跨界通道體系，結合現狀都市圈出行分析，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”的現代化一體化路網體系，促進都市圈一體化發展。
03 對干線路網發展的一些啟示
無論是跨江出行還是都市圈出行都呈現不斷增長的態勢，在粵港澳大灣區、都市圈等發展下，深圳與灣區其他城市聯系更加緊密。通過兩個層面的對外道路交通大數據分析，總結對深圳這一輪干線路網優化的兩點啟示：
(1) 要充分認識現狀深圳對外交通出行旺盛，結合區域融合發展趨勢，干線路網優化應主動考慮跨珠江、都市圈等交通需求特征，加強區域互聯互通，無論是往西跨江，還是與周邊的東莞、惠州，實現從“自身發展”轉向“區域協同”
(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，更多是城市中心區之間聯系；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體系時，應當考慮布局高速公路連接城市中心區滿足商務需求，連通邊界地區快速路等滿足通勤需求，進而能夠明確路網體系構成,從單純增加供給到結合需求使路網系統功能更優。
撰寫：楊 帥
審核：劉樟偉
審定：郭宏亮