运用大数据及回归分析探索北京城市道路交通拥堵问题

贺俊艺

城市建设杂志社 北京 100070

1 背景

交通是城市建设中极为重要的一环，其作为通道连接着城市的各个领域与居民生活。近年来，随着我国经济的飞速发展，人民生活水平日益提高，居民的生活与出行方式不断变化。当前北京的交通形势是交通拥堵严重、交通事故居高不下，严重影响到我国经济发展以及居民的工作与生活。

2 拥堵情况

2.1 全国交通拥堵情况

受疫情等因素影响，我国交通拥堵情况较往年有明显下降。据数据显示，随着复工复产、复商复市以及复学的稳步推进，全国拥堵情况逐渐呈上升趋势。

北京交通拥堵排名在全国百城交通拥堵排名TOP10中从2018年的第一名到2019年的第二名，再到2020年下降到第三名，这说明这两年北京交通拥堵情况稍有改善，但是在全国城市来说还是属于交通非常拥堵的情况。

2.2 北京拥堵情况

图3 2007-2019年年度交通指数

从上图中可知， 2007-2008年呈明显下降趋势，是由于北京当年出台了限号政策，而在2010-2011年也有明显下降趋势，是因为出台了摇号政策，可见这两个政策的出台，对北京交通堵塞还是起到了一定的抑制作用。2011-2019年一直呈轻度拥堵状态，比较平稳。

图4表示，北京主要拥堵在五环之内，最拥堵地段为二环内，呈现从中心点向外扩散的局面，这就是北京特有的城市空间形态—同心圆模式造成的交通拥堵情况。

图4 2018年与2019年分环线道路交通指数对比

2.3 拥堵时间分布

图5 2019年北京市中心城区不同交通方式出发时间分布

北京交通拥堵时间主要是早上6-9点，下午16 -19点上下班高峰时期，如果能有效治理这这段时间的拥堵情况，将会对北京交通堵塞整体起到至关重要的作用。

2.4 机动车构成

图6 2019年北京市主要地区机动车车型构成情况

图7 2019年北京市机动车分区登记车型构成图

数据表明，北京机动车的构成主要以小客车为主，这也是北京道路的主力军，从源头上看，小客车的数量直接影响了交通拥堵。

2.5 出行目的

图8 2020年居民出行目的的构成图

从出行目的来看，最大的两块占比为生活类出行52.9%和上下班42.3%，还可以根据出行目的来对解决道路交通拥堵问题进行相应的分析。

3 拥堵分析

根据上述北京的交通情况，构建政策问题树进行针对性的问题分析：

3.1 设计备选方案

图9 政策问题树

3.2 道路容量不足

3.2.1 道路车辆快速增长

2019年北京市机动车保有量达到636.5万辆，较上年增长4.6%；受小客车指标调控政策影响，私人小微型客车增速保持稳定，保有量达到467万辆，新能源客车保有量达到30.7万辆。

图10 2009-2019年北京市机动车与私人机动车保有量

为实现小客车数量有序增长，有效缓解北京市交通拥堵状况，2019年北京市继续实行小客车指标调控政策。截至2019年底，北京市机动车保有量达636.5万辆，年增长率为4.6%，较上年上升了1.6个百分点；受小客车指标调控政策影响，私人小微型客车增长速度保持稳定，较上年增加9.1万辆，增长率为2.0%，与上年持平，私人小微型客车保有量达到467万辆。轻型载货机动车和普通摩托车快速增长成为全市机动车及私人机动车保有量增长的主因，2019年轻型载货机动车较上年增加9.3万辆，增长率为68.3%，普通摩托车较上年增加5.1万辆，增长率为52.4%。

3.2.2 经济水平的提高

经济总量和居民收入的提高，—方面为北京加快交通建设提供了必要的物质基础，另一方面也引发交通需求在数量和质量上均发生了深刻的变化[1]。随着收入的提高，居民的消费结构也发生了明显的变化，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，对交通服务的要求也越来越高，反映在快捷性、舒适性以及服务多层次等方面。

城市产业结构的调整引起了城市空间结构的更新。尤其是第三产业的迅速发展不仅提高了就业人口的比例，改变了就业人口成分，而且也刺激了商业活动的增加。这两个方面都是导致交通需求增长和变化的直接原因，[2]在促使上下班基本出行总量稳步提高的同时;也使娱乐、公务等非基本出行需求以更快的速度增长。

与此同时，交通发展也成为推动经济增长的无穷动力。一方面，交通投资力度不断增长，交通投资占GDP的比例逐年提高，交通对经济增长的贡献也不断加大;另一方面，由于交通体系规模扩大和效率提高，人们可以选择到离家更远地方就业以及进行各种各样的休闲娱乐活动。

图11 2002-2019年北京市地区生产总值变化情况

小汽车进入家庭给社会带来了新的交通文明。随着交通工具的升级换代，人们的出行距离越来越远，于是就能获得更多的就业机会，进行更加丰富多彩的业余活动，甚至接受更好的教育和更好的医疗服务[3]。但是反过来，正是社会活动的增加，人们对机动交通工具的依赖程度越来越高，交通问题日益成为人们关注的焦点。

3.2.3 交通政策不完善

城市交通政策应建立在前期扎实的理论研究基础上,反映先进的理念。制定城市交通政策不仅需要充分把握城市的特点,而且还需要准确判断城市交通所处的发展阶段。同时,在城市交通政策制定的过程中要充分考虑社会各界及广大公众的接受程度,但是最终形成的政策应当具有鲜明的倾向性。

城市交通政策的制定过程也是协调各部门利益的过程,最终形成的政策是协调诸多关系和责任的产物,也是各部门意见调和的结果。然而事实证明，虽然北京交通政策的出台，对北京的交通有所缓解，不过仍未根本解决交通拥堵问题。

3.3 城市空间形态

3.3.1 人口分布

当前，北京拥有完善的城市基础设施，拥有二环到六环得各环线道路系统，建有十三个大型交通枢纽等等。设施虽便捷了居民的工作与出行，但也是北京主要拥堵路段。其次，北京拥有多座铁路与汽车客运站，正常客流量50-60万人次，高峰客流量超过100万人次，大量的人口流动为北京的区域交通带来了庞大的交通阻力。截至2021年末，北京人口2188.6万人次。北京高度密集的人口分布也是造成当前北京交通拥堵的主要因素之一。

3.3.2 企业的聚集

图12 2002-2019年北京市常住人口及常住外来人口数量图

北京市中关村，人称中国硅谷，汇聚了中国为数最多的高新技术企业，截止2020年底，海淀区的国家级高新技术企业就已达到6100余家，占全国高新技术企业总数的1/10，科技型企业更是有12000多家。

图13 2009-2019年北京市主城区法人单位数量

朝阳区人称“中国涉外第一区”，不仅集聚了北京市99%驻华大使馆领区，90%的国际传媒机构，80%的国际组织、国际商会等，在跨国公司地区总部、投资性公司的聚集上也毫不示弱。据市统计局、国家统计局北京调查总队最新发布的北京总部企业发展情况显示：朝阳区拥有跨国公司地区总部数量占全市总数的70%以上。朝阳区的913家总部企业中，外资及港澳台总部企业占341家，跨国公司地区总部有99家。

故宫以西，在北京最地道的胡同文化区里，从西单到西四，从复兴门到阜成门，这个四四方方的范围就是金融街商圈。这里排列着各类银行、券商和保险公司，比CBD的金融企业更密集的恐怕只有这里了。西城区虽然范围小得多，总计企业单位数量远少于朝阳，只有3977个，但却汇聚了550家银行和保险机构，其中36个总行。值得一提的这么多的企业均在北京的五环之内，可见对北京交通带来多大的压力，这也成为了北京交通拥堵的因素之一。 通过下图不难发现，随着时间的进行，北京主城区的法人单位数量从09年30万家，到2019年60万家，10年翻了两倍。

3.3.3 基础设施不完善

北京基础设施尚未完善,空间布局不太合理。北京外环建设大量住宅区。以相对低价房源吸引人口居住，其每天大量的中心城区工作者来返极大增加了北京城市交通难度。

在路网结构方面,北京面临空间布局不合理，东西向与南北向不均衡情况。其次，其中心城区向外延申的散射线路线缺失，以环线为标准的路段造成了路段聚集和时间延长等问题。其不断扩修的环线即是北京交通拥堵的主要因素之一。

3.4 交通事故

图14 2007-2019年北京市交通事故

3.4.1 天气因素

天气因素包括：沙尘暴、雾天、雨天和下雪等等，值得一提的是因为天气引发的交通事故，大部分是通过降低驾驶者的能见度以及延缓紧急采取措施的方式造成的，沙尘暴和雾天就是典型的降低驾驶者能见度，而雨天和下雪则是减缓驾驶者采取应急措施。

3.4.2 人为因素

人口流动是北京交通拥堵的因素之一。在人—车—路—交通环境构成的体系中，车辆由人驾驶，道路由人使用，交通环境需人管理。据统计，人为因素是我国北京交通拥堵的主要因素，其中，造成的交通事故约占总事故的95%以上。

3.4.3 车辆问题

车辆是当前出现的主要工具之一。车辆技术性能的好坏，是影响道路交通安全的重要因素。如车辆制动失灵、制动不良、机件失灵、灯光失效和车辆装载超高、超宽、超载、货物绑扎不牢固所致。其次，车辆行驶中出现的各类问题也易造成交通事故。

4 选择量化标准

4.1 北京交通拥堵回归分析

4.1.1 因变量：全路网工作日均拥堵时间

模型1：摇号+地区生产总值+常住人口总数+汽车保有量

表1 模型1a

表1 模型1b

表1 模型1c

图15 模型1散点图

表2 模型1回归分析

该模型考虑的因变量是全路网工作日均拥堵时间，可以通过该指数来反应北京市道路拥堵情况。

该模型考虑的自变量摇号、地区生产总值、常住人口数量以及汽车保有量，是为了证明道路容量不足是否与北京的交通拥堵有相关性，结果可知，北京的交通拥堵与城市道路容量不足相关性很高，其中最具相关性的变量分别是地区生产总值以及汽车保有量，因此可以通过调整道路容量的不足来影响北京市的拥堵情况。

4.2.2 因变量：交通指数

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回归分析

该模型考虑的因变量是交通指数，可以通过该指数来反应北京市道路拥堵情况。

该模型考虑的自变量交通事故数和降水量，是为了证明道路容量不足是否与北京市发生的交通事故有相关性，结果可知，北京的交通拥堵与交通事故的相关性很高，其中最重要的相关性的变量是交通事故的数量，因此可以通过降低北京发生的交通事故来影响北京市的拥堵情况。

4.2.3 因变量：全路网工作日均拥堵时间

模型3：主城区法人单位数量+地区生产总值+汽车保有量

表5 模型3a

表5 模型3b

表5 模型3c

图16 模型3散点图

表6 模型3回归分析

该模型考虑的因变量是全路网工作日均拥堵时间，可以通过该指数来反应北京市道路拥堵情况。

该模型考虑的自变量主城区法人单位数量、地区生产总值以及汽车保有量，是为了证明城市空间形态不合理即北京的同心圆模式是否与北京的交通拥堵有相关性，结果可知，北京的交通拥堵与城市空间形态不合理相关性很高，其中最具相关性的变量分别是主城区法人单位数量以及汽车保有量，因此可以通过调整城市空间形态来影响北京市的拥堵情况。

5 根据评价标准预测结果

据图17可知，2007年到2008年拥堵时间大幅下降，是由于北京限号政策的出台导致，2010年到2011年的下降由于北京限购政策出台导致，说明政策的出台有助于改善北京市的交通状况。

图1 2019年度全国百城交通拥堵排名TOP10

图17 2007-2019年北京市全路网工作日均拥堵时间

图18是2007-2019年北京市汽车保有量，可以看到北京市的汽车总理每年呈上升趋势，而拥堵情况并未恶化，说明北京市的公共政策起到了维稳作用。因此在下表中，汽车保有量与拥堵时间呈负相关状态。而摇号政策同样呈负相关状态，地区生产总值和常住人口的增加均会导致北京拥堵时间的增加，呈正相关状态。

图18 2007-2019年北京市汽车保有量

表7 模型1 因变量：全路网工作日均拥堵时间

模型2可知交通事故的增加将导致交通指数的增加，呈正相关状态。

表8 模型2 因变量：交通指数

模型3中主城区法人单位数量增加将导致拥堵时间增加，呈现正相关状态

表9 模型3 因变量：全路网工作日均拥堵时间

6 权衡取舍

通过量化分析，得以进一步完善政策问题树（图19）。根据问题树指出的问题，针对性地提出提高道路容量、调整城市布局、减少交通事故三种解决问题的备选方案，并进行了较为全面的决策矩阵分析（数量越多，正向影响程度越高）。

图19 政策问题树

首先，从利益受影响者角度对三种方案进行评估分析。如图19，可以看出，对于上下班工作者，提高道路容量和调整城市布局可以大大减少通勤时间，减少交通事故可以大大增加出行安全性；对于企业，提高道路容量可以通过提高运输效率减少成本，调整城市布局则会因企业迁移而在某种程度上增加企业的短期成本，减少交通事故对于企业来说收益也较小；对于政府，提高道路容量将付出较大成本，调整城市布局则会通过提高城市道路整体利用率而使得道路使用效率和收益增加，减少交通事故会增加整个政府的无形资产；对于公共交通提供者，提高道路容量使得他们的可得利益减少，调整城市布局相应地使他们可得利益减少，减少交通事故会使得公共交通安全性增加；对于街边商贩，提高道路容量因人流分散而较小程度上使得他们的收益减少，调整城市布局则会在一些区域内增加他们的收益，而减少交通事故对他们对影响不是很大。

其次，再从评价标准的角度对三种方案进评估分析。如图20，可以看到，提高道路容量实施难度较大，实施成本较高，预测效果对影响程度较小，可行性比较差，但是如果能够实现将较大提高交通通畅度，方案兼容性差。调整城市布局实施难度大，需要投入成本高，尤其是时间成本，预测效果比较好，可实现城市功能区的合理分布，在各方积极协调的基础上，方案可行性较高，对提高交通顺畅度效果明显，方案兼容性也较高。减少交通事故实施难度最小，实施成本也相对较小，预测效果较好，可行性佳，对提高道路顺畅度影响较高，方案兼容性很强。

图2 2020年度全国百城交通拥堵排名TOP10

图20 决策矩阵分析——利益受影响者角度

图21 决策矩阵分析——评价标准角度

7 得出结论

通过大数据与矩阵分析，可知，提高道路容量成本高、可行性低、对相关利益方正面影响较小。整体来看，调整城市布局和减少交通事故对相关利益方正面影响较大，可行性、兼容性高，尽管调整城市布局需要政府及相关企业、单位投入较大的短期成本，但是从长远看仍是解决北京道路交通拥堵问题的关键一招。因此，在三种方案中，选择综合使用调整城市布局和减少交通事故，并结合重点问题提出更精准的措施。

7.1 针对交道路容量不足

一是推动智慧交通建设，提升管理和应急水平。利用人工智能、大数据、云计算、物联网等现代信息技术，加快推进智慧交通建设和应用。同时增加或拆除不合理的交通设施，加快完善新修道路的标识，通过统一调度将干道信号、区域信号实现联动，形成道路畅通、交通安全的良性循环。

二是完善公共交通及路网建设。将市政道路网、公路网进行统一规划、统一设计标准、统一管养标准、统筹安排建养资金，发挥整体效能作用。进一步完善公共交通建设，提高公共交通供给和质量。加大次干路、支路的建设和改建，改善交通运行环境，缓解主干交通压力，并打通断头路，加快瓶颈路段改、扩建；同时，在保障小区治安、业主权益的前提下，将封闭小区部分道路赋予公共交通属性，以此减轻主干道负荷，解决小区周边拥堵问题。

三是提高购车成本，解决车辆众多问题。探索通过提高高油耗车、个人非首辆车、法人单位多辆车等购车成本，调控北京市整体汽车保有量，将总数控制在较为科学的范围内。通过调控车辆总数，缓解因汽车驾驶导致的交通拥堵、大气污染等问题。同时，完善车辆报废政策和流程，加强报废车辆审查，准入和淘汰双管齐下控制车辆总数。

四是采取收费手段，缓解高峰时段、路段运行压力。对高峰时段、高峰路段的车辆行驶、停靠进行适当的、分级的收费，同时对高峰时段使用普通路段的车辆进行一定的物质激励，运用双向激励的方式，通过市场手段缓解主要道路、高峰时段、高峰路段的道路运行压力。促进郊区新城的健康发展，将道路建设重点，逐步由市区向郊区转移；精准管控外地车在京使用，确保机动车总量调控政策的公平性和有效性。

7.2 针对同心圆式的城市空间形态

一是进一步优化城市功能区分布。目前，北京城市功能区由内向外分为首都功能核心区、城市功能扩展区、城市发展新区和生态涵养发展区，未来将打造成为全国“政治中心、文化中心、国际交往中心、科技创新中心”。优化城市功能区分布是《北京城市总体规划（2016年－2035年）》的一项重要内容。作为总体规划实施的第二个重要阶段，“十四五”期间，北京需要针对建设规模管控难度加大、职住平衡面临压力等难点，深入优化调整城市空间布局，着重疏解首都功能核心区和中心城区的非首都功能，加快提升平原新城地区综合承载能力，并坚持把生态涵养区建设作为首都生态文明建设的重头戏来抓，实现城市整体功能优化。

二是适当引入经济手段缓解主城区拥堵。广义上的北京主城区包括东城区、西城区、海淀区、石景山区、朝阳区、丰台区和大兴区大部，同心圆形态下主城区的拥堵指数最高。一方面，可以通过增加车辆进入主城区行驶、停靠成本，减少主城区车流量。另一方面，可以通过宏观经济手段，结合疏解主城区法人单位数量、调控房价等政策，推动各区域职住平衡指数更加合理，来逐步缓解主城区交通拥堵。

7.3 针对交通事故多发

一是要提高全民交通意识，加强文化建设。通过广泛的社会教育，使交通参与者形成现代交通文化观念[4]。比如，普及新交通法规的学习和培训，提高全民的交通安全意识、法律意识和交通文明意识[5]，规范道路交通参与者的行为，预防和减少交通事故的发生。

二是加强酒驾等人为交通事故的处罚力度。进一步完善相关法律法规和体制机制，进一步加强对违法酒驾、违规驾驶、违规停靠等交通行为等检查和处罚力度，形成震慑，营造氛围，减少因侥幸、大意、故意心理造成的交通事故，从而缓解交通拥堵问题。