運用大數(shù)據(jù)及回歸分析探索北京城市道路交通擁堵問題

賀俊藝

城市建設(shè)雜志社 北京 100070

1 背景

交通是城市建設(shè)中極為重要的一環(huán)，其作為通道連接著城市的各個領(lǐng)域與居民生活。近年來，隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活水平日益提高，居民的生活與出行方式不斷變化。當前北京的交通形勢是交通擁堵嚴重、交通事故居高不下，嚴重影響到我國經(jīng)濟發(fā)展以及居民的工作與生活。

2 擁堵情況

2.1 全國交通擁堵情況

受疫情等因素影響，我國交通擁堵情況較往年有明顯下降。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，隨著復(fù)工復(fù)產(chǎn)、復(fù)商復(fù)市以及復(fù)學的穩(wěn)步推進，全國擁堵情況逐漸呈上升趨勢。

北京交通擁堵排名在全國百城交通擁堵排名TOP10中從2018年的第一名到2019年的第二名，再到2020年下降到第三名，這說明這兩年北京交通擁堵情況稍有改善，但是在全國城市來說還是屬于交通非常擁堵的情況。

2.2 北京擁堵情況

圖3 2007-2019年年度交通指數(shù)

從上圖中可知， 2007-2008年呈明顯下降趨勢，是由于北京當年出臺了限號政策，而在2010-2011年也有明顯下降趨勢，是因為出臺了搖號政策，可見這兩個政策的出臺，對北京交通堵塞還是起到了一定的抑制作用。2011-2019年一直呈輕度擁堵狀態(tài)，比較平穩(wěn)。

圖4表示，北京主要擁堵在五環(huán)之內(nèi)，最擁堵地段為二環(huán)內(nèi)，呈現(xiàn)從中心點向外擴散的局面，這就是北京特有的城市空間形態(tài)—同心圓模式造成的交通擁堵情況。

圖4 2018年與2019年分環(huán)線道路交通指數(shù)對比

2.3 擁堵時間分布

圖5 2019年北京市中心城區(qū)不同交通方式出發(fā)時間分布

北京交通擁堵時間主要是早上6-9點，下午16 -19點上下班高峰時期，如果能有效治理這這段時間的擁堵情況，將會對北京交通堵塞整體起到至關(guān)重要的作用。

2.4 機動車構(gòu)成

圖6 2019年北京市主要地區(qū)機動車車型構(gòu)成情況

圖7 2019年北京市機動車分區(qū)登記車型構(gòu)成圖

數(shù)據(jù)表明，北京機動車的構(gòu)成主要以小客車為主，這也是北京道路的主力軍，從源頭上看，小客車的數(shù)量直接影響了交通擁堵。

2.5 出行目的

圖8 2020年居民出行目的的構(gòu)成圖

從出行目的來看，最大的兩塊占比為生活類出行52.9%和上下班42.3%，還可以根據(jù)出行目的來對解決道路交通擁堵問題進行相應(yīng)的分析。

3 擁堵分析

根據(jù)上述北京的交通情況，構(gòu)建政策問題樹進行針對性的問題分析：

3.1 設(shè)計備選方案

圖9 政策問題樹

3.2 道路容量不足

3.2.1 道路車輛快速增長

2019年北京市機動車保有量達到636.5萬輛，較上年增長4.6%；受小客車指標調(diào)控政策影響，私人小微型客車增速保持穩(wěn)定，保有量達到467萬輛，新能源客車保有量達到30.7萬輛。

圖10 2009-2019年北京市機動車與私人機動車保有量

為實現(xiàn)小客車數(shù)量有序增長，有效緩解北京市交通擁堵狀況，2019年北京市繼續(xù)實行小客車指標調(diào)控政策。截至2019年底，北京市機動車保有量達636.5萬輛，年增長率為4.6%，較上年上升了1.6個百分點；受小客車指標調(diào)控政策影響，私人小微型客車增長速度保持穩(wěn)定，較上年增加9.1萬輛，增長率為2.0%，與上年持平，私人小微型客車保有量達到467萬輛。輕型載貨機動車和普通摩托車快速增長成為全市機動車及私人機動車保有量增長的主因，2019年輕型載貨機動車較上年增加9.3萬輛，增長率為68.3%，普通摩托車較上年增加5.1萬輛，增長率為52.4%。

3.2.2 經(jīng)濟水平的提高

經(jīng)濟總量和居民收入的提高，—方面為北京加快交通建設(shè)提供了必要的物質(zhì)基礎(chǔ)，另一方面也引發(fā)交通需求在數(shù)量和質(zhì)量上均發(fā)生了深刻的變化[1]。隨著收入的提高，居民的消費結(jié)構(gòu)也發(fā)生了明顯的變化，用于交通方面的支出逐年提高，上下班以外非基本出行的需求迅速增加，對交通服務(wù)的要求也越來越高，反映在快捷性、舒適性以及服務(wù)多層次等方面。

城市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整引起了城市空間結(jié)構(gòu)的更新。尤其是第三產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展不僅提高了就業(yè)人口的比例，改變了就業(yè)人口成分，而且也刺激了商業(yè)活動的增加。這兩個方面都是導(dǎo)致交通需求增長和變化的直接原因，[2]在促使上下班基本出行總量穩(wěn)步提高的同時;也使娛樂、公務(wù)等非基本出行需求以更快的速度增長。

與此同時，交通發(fā)展也成為推動經(jīng)濟增長的無窮動力。一方面，交通投資力度不斷增長，交通投資占GDP的比例逐年提高，交通對經(jīng)濟增長的貢獻也不斷加大;另一方面，由于交通體系規(guī)模擴大和效率提高，人們可以選擇到離家更遠地方就業(yè)以及進行各種各樣的休閑娛樂活動。

圖11 2002-2019年北京市地區(qū)生產(chǎn)總值變化情況

小汽車進入家庭給社會帶來了新的交通文明。隨著交通工具的升級換代，人們的出行距離越來越遠，于是就能獲得更多的就業(yè)機會，進行更加豐富多彩的業(yè)余活動，甚至接受更好的教育和更好的醫(yī)療服務(wù)[3]。但是反過來，正是社會活動的增加，人們對機動交通工具的依賴程度越來越高，交通問題日益成為人們關(guān)注的焦點。

3.2.3 交通政策不完善

城市交通政策應(yīng)建立在前期扎實的理論研究基礎(chǔ)上,反映先進的理念。制定城市交通政策不僅需要充分把握城市的特點,而且還需要準確判斷城市交通所處的發(fā)展階段。同時,在城市交通政策制定的過程中要充分考慮社會各界及廣大公眾的接受程度,但是最終形成的政策應(yīng)當具有鮮明的傾向性。

城市交通政策的制定過程也是協(xié)調(diào)各部門利益的過程,最終形成的政策是協(xié)調(diào)諸多關(guān)系和責任的產(chǎn)物,也是各部門意見調(diào)和的結(jié)果。然而事實證明，雖然北京交通政策的出臺，對北京的交通有所緩解，不過仍未根本解決交通擁堵問題。

3.3 城市空間形態(tài)

3.3.1 人口分布

當前，北京擁有完善的城市基礎(chǔ)設(shè)施，擁有二環(huán)到六環(huán)得各環(huán)線道路系統(tǒng)，建有十三個大型交通樞紐等等。設(shè)施雖便捷了居民的工作與出行，但也是北京主要擁堵路段。其次，北京擁有多座鐵路與汽車客運站，正常客流量50-60萬人次，高峰客流量超過100萬人次，大量的人口流動為北京的區(qū)域交通帶來了龐大的交通阻力。截至2021年末，北京人口2188.6萬人次。北京高度密集的人口分布也是造成當前北京交通擁堵的主要因素之一。

3.3.2 企業(yè)的聚集

圖12 2002-2019年北京市常住人口及常住外來人口數(shù)量圖

北京市中關(guān)村，人稱中國硅谷，匯聚了中國為數(shù)最多的高新技術(shù)企業(yè)，截止2020年底，海淀區(qū)的國家級高新技術(shù)企業(yè)就已達到6100余家，占全國高新技術(shù)企業(yè)總數(shù)的1/10，科技型企業(yè)更是有12000多家。

圖13 2009-2019年北京市主城區(qū)法人單位數(shù)量

朝陽區(qū)人稱“中國涉外第一區(qū)”，不僅集聚了北京市99%駐華大使館領(lǐng)區(qū)，90%的國際傳媒機構(gòu)，80%的國際組織、國際商會等，在跨國公司地區(qū)總部、投資性公司的聚集上也毫不示弱。據(jù)市統(tǒng)計局、國家統(tǒng)計局北京調(diào)查總隊最新發(fā)布的北京總部企業(yè)發(fā)展情況顯示：朝陽區(qū)擁有跨國公司地區(qū)總部數(shù)量占全市總數(shù)的70%以上。朝陽區(qū)的913家總部企業(yè)中，外資及港澳臺總部企業(yè)占341家，跨國公司地區(qū)總部有99家。

故宮以西，在北京最地道的胡同文化區(qū)里，從西單到西四，從復(fù)興門到阜成門，這個四四方方的范圍就是金融街商圈。這里排列著各類銀行、券商和保險公司，比CBD的金融企業(yè)更密集的恐怕只有這里了。西城區(qū)雖然范圍小得多，總計企業(yè)單位數(shù)量遠少于朝陽，只有3977個，但卻匯聚了550家銀行和保險機構(gòu)，其中36個總行。值得一提的這么多的企業(yè)均在北京的五環(huán)之內(nèi)，可見對北京交通帶來多大的壓力，這也成為了北京交通擁堵的因素之一。 通過下圖不難發(fā)現(xiàn)，隨著時間的進行，北京主城區(qū)的法人單位數(shù)量從09年30萬家，到2019年60萬家，10年翻了兩倍。

3.3.3 基礎(chǔ)設(shè)施不完善

北京基礎(chǔ)設(shè)施尚未完善,空間布局不太合理。北京外環(huán)建設(shè)大量住宅區(qū)。以相對低價房源吸引人口居住，其每天大量的中心城區(qū)工作者來返極大增加了北京城市交通難度。

在路網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面,北京面臨空間布局不合理，東西向與南北向不均衡情況。其次，其中心城區(qū)向外延申的散射線路線缺失，以環(huán)線為標準的路段造成了路段聚集和時間延長等問題。其不斷擴修的環(huán)線即是北京交通擁堵的主要因素之一。

3.4 交通事故

圖14 2007-2019年北京市交通事故

3.4.1 天氣因素

天氣因素包括：沙塵暴、霧天、雨天和下雪等等，值得一提的是因為天氣引發(fā)的交通事故，大部分是通過降低駕駛者的能見度以及延緩緊急采取措施的方式造成的，沙塵暴和霧天就是典型的降低駕駛者能見度，而雨天和下雪則是減緩駕駛者采取應(yīng)急措施。

3.4.2 人為因素

人口流動是北京交通擁堵的因素之一。在人—車—路—交通環(huán)境構(gòu)成的體系中，車輛由人駕駛，道路由人使用，交通環(huán)境需人管理。據(jù)統(tǒng)計，人為因素是我國北京交通擁堵的主要因素，其中，造成的交通事故約占總事故的95%以上。

3.4.3 車輛問題

車輛是當前出現(xiàn)的主要工具之一。車輛技術(shù)性能的好壞，是影響道路交通安全的重要因素。如車輛制動失靈、制動不良、機件失靈、燈光失效和車輛裝載超高、超寬、超載、貨物綁扎不牢固所致。其次，車輛行駛中出現(xiàn)的各類問題也易造成交通事故。

4 選擇量化標準

4.1 北京交通擁堵回歸分析

4.1.1 因變量：全路網(wǎng)工作日均擁堵時間

模型1：搖號+地區(qū)生產(chǎn)總值+常住人口總數(shù)+汽車保有量

表1 模型1a

表1 模型1b

表1 模型1c

圖15 模型1散點圖

表2 模型1回歸分析

該模型考慮的因變量是全路網(wǎng)工作日均擁堵時間，可以通過該指數(shù)來反應(yīng)北京市道路擁堵情況。

該模型考慮的自變量搖號、地區(qū)生產(chǎn)總值、常住人口數(shù)量以及汽車保有量，是為了證明道路容量不足是否與北京的交通擁堵有相關(guān)性，結(jié)果可知，北京的交通擁堵與城市道路容量不足相關(guān)性很高，其中最具相關(guān)性的變量分別是地區(qū)生產(chǎn)總值以及汽車保有量，因此可以通過調(diào)整道路容量的不足來影響北京市的擁堵情況。

4.2.2 因變量：交通指數(shù)

模型2：交通事故+降水量

表3 模型2a

表3 模型2b

表3 模型2c

表4 模型2回歸分析

該模型考慮的因變量是交通指數(shù)，可以通過該指數(shù)來反應(yīng)北京市道路擁堵情況。

該模型考慮的自變量交通事故數(shù)和降水量，是為了證明道路容量不足是否與北京市發(fā)生的交通事故有相關(guān)性，結(jié)果可知，北京的交通擁堵與交通事故的相關(guān)性很高，其中最重要的相關(guān)性的變量是交通事故的數(shù)量，因此可以通過降低北京發(fā)生的交通事故來影響北京市的擁堵情況。

4.2.3 因變量：全路網(wǎng)工作日均擁堵時間

模型3：主城區(qū)法人單位數(shù)量+地區(qū)生產(chǎn)總值+汽車保有量

表5 模型3a

表5 模型3b

表5 模型3c

圖16 模型3散點圖

表6 模型3回歸分析

該模型考慮的因變量是全路網(wǎng)工作日均擁堵時間，可以通過該指數(shù)來反應(yīng)北京市道路擁堵情況。

該模型考慮的自變量主城區(qū)法人單位數(shù)量、地區(qū)生產(chǎn)總值以及汽車保有量，是為了證明城市空間形態(tài)不合理即北京的同心圓模式是否與北京的交通擁堵有相關(guān)性，結(jié)果可知，北京的交通擁堵與城市空間形態(tài)不合理相關(guān)性很高，其中最具相關(guān)性的變量分別是主城區(qū)法人單位數(shù)量以及汽車保有量，因此可以通過調(diào)整城市空間形態(tài)來影響北京市的擁堵情況。

5 根據(jù)評價標準預(yù)測結(jié)果

據(jù)圖17可知，2007年到2008年擁堵時間大幅下降，是由于北京限號政策的出臺導(dǎo)致，2010年到2011年的下降由于北京限購政策出臺導(dǎo)致，說明政策的出臺有助于改善北京市的交通狀況。

圖1 2019年度全國百城交通擁堵排名TOP10

圖17 2007-2019年北京市全路網(wǎng)工作日均擁堵時間

圖18是2007-2019年北京市汽車保有量，可以看到北京市的汽車總理每年呈上升趨勢，而擁堵情況并未惡化，說明北京市的公共政策起到了維穩(wěn)作用。因此在下表中，汽車保有量與擁堵時間呈負相關(guān)狀態(tài)。而搖號政策同樣呈負相關(guān)狀態(tài)，地區(qū)生產(chǎn)總值和常住人口的增加均會導(dǎo)致北京擁堵時間的增加，呈正相關(guān)狀態(tài)。

圖18 2007-2019年北京市汽車保有量

表7 模型1 因變量：全路網(wǎng)工作日均擁堵時間

模型2可知交通事故的增加將導(dǎo)致交通指數(shù)的增加，呈正相關(guān)狀態(tài)。

表8 模型2 因變量：交通指數(shù)

模型3中主城區(qū)法人單位數(shù)量增加將導(dǎo)致?lián)矶聲r間增加，呈現(xiàn)正相關(guān)狀態(tài)

表9 模型3 因變量：全路網(wǎng)工作日均擁堵時間

6 權(quán)衡取舍

通過量化分析，得以進一步完善政策問題樹（圖19）。根據(jù)問題樹指出的問題，針對性地提出提高道路容量、調(diào)整城市布局、減少交通事故三種解決問題的備選方案，并進行了較為全面的決策矩陣分析（數(shù)量越多，正向影響程度越高）。

圖19 政策問題樹

首先，從利益受影響者角度對三種方案進行評估分析。如圖19，可以看出，對于上下班工作者，提高道路容量和調(diào)整城市布局可以大大減少通勤時間，減少交通事故可以大大增加出行安全性；對于企業(yè)，提高道路容量可以通過提高運輸效率減少成本，調(diào)整城市布局則會因企業(yè)遷移而在某種程度上增加企業(yè)的短期成本，減少交通事故對于企業(yè)來說收益也較??；對于政府，提高道路容量將付出較大成本，調(diào)整城市布局則會通過提高城市道路整體利用率而使得道路使用效率和收益增加，減少交通事故會增加整個政府的無形資產(chǎn)；對于公共交通提供者，提高道路容量使得他們的可得利益減少，調(diào)整城市布局相應(yīng)地使他們可得利益減少，減少交通事故會使得公共交通安全性增加；對于街邊商販，提高道路容量因人流分散而較小程度上使得他們的收益減少，調(diào)整城市布局則會在一些區(qū)域內(nèi)增加他們的收益，而減少交通事故對他們對影響不是很大。

其次，再從評價標準的角度對三種方案進評估分析。如圖20，可以看到，提高道路容量實施難度較大，實施成本較高，預(yù)測效果對影響程度較小，可行性比較差，但是如果能夠?qū)崿F(xiàn)將較大提高交通通暢度，方案兼容性差。調(diào)整城市布局實施難度大，需要投入成本高，尤其是時間成本，預(yù)測效果比較好，可實現(xiàn)城市功能區(qū)的合理分布，在各方積極協(xié)調(diào)的基礎(chǔ)上，方案可行性較高，對提高交通順暢度效果明顯，方案兼容性也較高。減少交通事故實施難度最小，實施成本也相對較小，預(yù)測效果較好，可行性佳，對提高道路順暢度影響較高，方案兼容性很強。

圖2 2020年度全國百城交通擁堵排名TOP10

圖20 決策矩陣分析——利益受影響者角度

圖21 決策矩陣分析——評價標準角度

7 得出結(jié)論

通過大數(shù)據(jù)與矩陣分析，可知，提高道路容量成本高、可行性低、對相關(guān)利益方正面影響較小。整體來看，調(diào)整城市布局和減少交通事故對相關(guān)利益方正面影響較大，可行性、兼容性高，盡管調(diào)整城市布局需要政府及相關(guān)企業(yè)、單位投入較大的短期成本，但是從長遠看仍是解決北京道路交通擁堵問題的關(guān)鍵一招。因此，在三種方案中，選擇綜合使用調(diào)整城市布局和減少交通事故，并結(jié)合重點問題提出更精準的措施。

7.1 針對交道路容量不足

一是推動智慧交通建設(shè)，提升管理和應(yīng)急水平。利用人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術(shù)，加快推進智慧交通建設(shè)和應(yīng)用。同時增加或拆除不合理的交通設(shè)施，加快完善新修道路的標識，通過統(tǒng)一調(diào)度將干道信號、區(qū)域信號實現(xiàn)聯(lián)動，形成道路暢通、交通安全的良性循環(huán)。

二是完善公共交通及路網(wǎng)建設(shè)。將市政道路網(wǎng)、公路網(wǎng)進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計標準、統(tǒng)一管養(yǎng)標準、統(tǒng)籌安排建養(yǎng)資金，發(fā)揮整體效能作用。進一步完善公共交通建設(shè)，提高公共交通供給和質(zhì)量。加大次干路、支路的建設(shè)和改建，改善交通運行環(huán)境，緩解主干交通壓力，并打通斷頭路，加快瓶頸路段改、擴建；同時，在保障小區(qū)治安、業(yè)主權(quán)益的前提下，將封閉小區(qū)部分道路賦予公共交通屬性，以此減輕主干道負荷，解決小區(qū)周邊擁堵問題。

三是提高購車成本，解決車輛眾多問題。探索通過提高高油耗車、個人非首輛車、法人單位多輛車等購車成本，調(diào)控北京市整體汽車保有量，將總數(shù)控制在較為科學的范圍內(nèi)。通過調(diào)控車輛總數(shù)，緩解因汽車駕駛導(dǎo)致的交通擁堵、大氣污染等問題。同時，完善車輛報廢政策和流程，加強報廢車輛審查，準入和淘汰雙管齊下控制車輛總數(shù)。

四是采取收費手段，緩解高峰時段、路段運行壓力。對高峰時段、高峰路段的車輛行駛、停靠進行適當?shù)?、分級的收費，同時對高峰時段使用普通路段的車輛進行一定的物質(zhì)激勵，運用雙向激勵的方式，通過市場手段緩解主要道路、高峰時段、高峰路段的道路運行壓力。促進郊區(qū)新城的健康發(fā)展，將道路建設(shè)重點，逐步由市區(qū)向郊區(qū)轉(zhuǎn)移；精準管控外地車在京使用，確保機動車總量調(diào)控政策的公平性和有效性。

7.2 針對同心圓式的城市空間形態(tài)

一是進一步優(yōu)化城市功能區(qū)分布。目前，北京城市功能區(qū)由內(nèi)向外分為首都功能核心區(qū)、城市功能擴展區(qū)、城市發(fā)展新區(qū)和生態(tài)涵養(yǎng)發(fā)展區(qū)，未來將打造成為全國“政治中心、文化中心、國際交往中心、科技創(chuàng)新中心”。優(yōu)化城市功能區(qū)分布是《北京城市總體規(guī)劃（2016年－2035年）》的一項重要內(nèi)容。作為總體規(guī)劃實施的第二個重要階段，“十四五”期間，北京需要針對建設(shè)規(guī)模管控難度加大、職住平衡面臨壓力等難點，深入優(yōu)化調(diào)整城市空間布局，著重疏解首都功能核心區(qū)和中心城區(qū)的非首都功能，加快提升平原新城地區(qū)綜合承載能力，并堅持把生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)建設(shè)作為首都生態(tài)文明建設(shè)的重頭戲來抓，實現(xiàn)城市整體功能優(yōu)化。

二是適當引入經(jīng)濟手段緩解主城區(qū)擁堵。廣義上的北京主城區(qū)包括東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)、石景山區(qū)、朝陽區(qū)、豐臺區(qū)和大興區(qū)大部，同心圓形態(tài)下主城區(qū)的擁堵指數(shù)最高。一方面，可以通過增加車輛進入主城區(qū)行駛、?？砍杀?，減少主城區(qū)車流量。另一方面，可以通過宏觀經(jīng)濟手段，結(jié)合疏解主城區(qū)法人單位數(shù)量、調(diào)控房價等政策，推動各區(qū)域職住平衡指數(shù)更加合理，來逐步緩解主城區(qū)交通擁堵。

7.3 針對交通事故多發(fā)

一是要提高全民交通意識，加強文化建設(shè)。通過廣泛的社會教育，使交通參與者形成現(xiàn)代交通文化觀念[4]。比如，普及新交通法規(guī)的學習和培訓，提高全民的交通安全意識、法律意識和交通文明意識[5]，規(guī)范道路交通參與者的行為，預(yù)防和減少交通事故的發(fā)生。

二是加強酒駕等人為交通事故的處罰力度。進一步完善相關(guān)法律法規(guī)和體制機制，進一步加強對違法酒駕、違規(guī)駕駛、違規(guī)停靠等交通行為等檢查和處罰力度，形成震懾，營造氛圍，減少因僥幸、大意、故意心理造成的交通事故，從而緩解交通擁堵問題。