用运筹学解决北京的交通拥堵问题

2016-03-31宋泓均

祖国 2016年3期

文/宋泓均

用运筹学解决北京的交通拥堵问题

文/宋泓均

城市就像一台超级大型机器，超大城市交通拥堵会使这台机器瘫痪。北京的交通问题已经严重影响到我们的正常生活。解决这个问题迫在眉睫。本人通过对瑞士、德国、日本的九个城市进行实地考察，依靠对运筹学理论的理解，根据北京的实际情况，做出了一个基本不增加投入，在原有基础设施的基础上稍加改动，就可以解决北京拥堵难题的方案。

运筹学文献综述

1909—1920年，丹麦数学家、电气工程师爱尔朗（A.K.Erlang）用概率论方法研究电话通话问题，从而开创了这门应用数学学科，并为这门学科建立许多基本原则。他在热力学统计平衡理论的启发下，成功地建立了电话统计平衡模型，并由此得到一组递推状态方程，从而导出著名的埃尔朗电话损失率公式。日常生活中存在大量有形和无形的排队或拥挤现象，如汽车拥堵问题。20世纪50年代初，堪道尔（D.G.Kendall）对排队论作了系统的研究，他用嵌入马尔柯夫（A.A.Markov）链方法研究排队论，使排队论得到了进一步的发展。是他首先（1951年）用3个字母组成的符号A/B/C表示排队系统。其中A表示车辆到达时间分布，B表示道路服务时间的分布，C表示城市道路中的服务能力的个数（极限）。

研究交通过程中有限资源，如道路承载、车辆数量、时间、信息等的计划、组织、分配、协调和控制，以期达到最佳效率和效益，而城市道路管理所呈现的复杂性也不是简单算术能解决的，以计算机为手段的运筹学理论是未来支撑城市交通管理的有效工具。

运筹学的应用领域已渗透到服务、搜索、人口、对抗、控制、时间管理、资源分配、定位、设计、可靠性等各个方面。它作为一门实践性很强的学科，在城市交通运输管理中有着广泛的应用。

运筹学的具体内容有：规划论（包括线性规划、非线性规划、整数规划和动态规划）、流程图论、决策论、对策论、排队论理论等。

（1）数学规划论

数学规划论主要包括线性规划、非线性规划、整数规划、目标规划和动态规划。研究内容与生产活动中有限资源的分配有关，在组织生产的经营管理活动中，具有极为重要的地位和作用。它们解决的问题有一个共同特点，即在给定的条件下，按照某一衡量指标来寻找最优方案，求解约束条件下目标函数的极值（极大值或极小值）问题。线性规划可解决物资调运、配送和人员分派等问题；整数规划可以求解完成工作所需的人数、最优路径等问题。一般可以归纳为在满足既定的要求下，按某一衡量指标来寻求最优方案的问题。如果目标函数和约束条件的数学表达式都是线型的，则称为“线型规划”；否则称为“非线型规划”。如果所考虑的规划问题可按时间划为几个阶段求解，则称“动态规划”。

（2）流程图（网络）论

流程图和地图论广泛应用于解决工程系统和管理问题，将复杂的问题用流程图与网络进行描述简化后再求解。流程图与网络理论有很强的构模能力，描述问题直观，模型易于计算实现，很方便地将一些复杂的问题分解或转化为可能求解的子问题。

（3）博弈论、决策论

博弈论也是对策论，对策即是在竞争环境中做出的决策，决策论即研究具体方法的问题，对策论可归属为决策论范畴。城市交通流程中的决策就是在占有充分资料的基础上运用数学方法研究有利害冲突的双方在竞争性的活动中是否存在自己制胜矛盾的最优策略，以及如何找出这些策略的问题解法。

（4）排队论

或称随机服务系统理论，是通过对服务对象到来及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，然后根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优，它是数学运筹学的分支学科。

30多年来，城市大发展后，我们遇到的问题越来越多。以北京市为例：

1、城市工业转型、迁移成本高、难度大；产业转型慢；

2、人口过度密集、资源已经支撑不了人口生活；

3、交通拥挤、经常出现交通瘫痪；

4、汽车常年被限号出行、群众意见大；

5、雾霾越来越严重。

这些问题使超大城市这台机器经常瘫痪。已经严重影响到我们的正常生活。解决这个问题迫在眉睫。根据北京的实际情况，基本不增加投入，在原有基础设施的基础上仅投入部分人力就可以让超大城市大幅度解决交通拥堵问题，并通过解决交通拥堵问题实现GDP增长。

解决城市拥堵的设计方案

（1）互联网时代要有互联网思维。对全市工作时段进行错峰分布式设计。在各个不同的工作区域、政府、企事业单位、商业、服务业可以按照需求分为以下时段上班，或实行弹性工作制（设计依据为24小时）；

例如：A时：8：00-17:00；B时9：00-17:00；C时：10：00-18:00；D时：11：00-20:00；E时：20：00-次日4：00；F时4：00-12:00；G时12：00-20:00；H时8：00-16:00；I时：16：00-24:00；J时：0：00-8：00；也可以做微调，前后加减半小时。这样可以利用错峰工作减少交通出行，降低现在的交通高峰。类比电网的峰谷电价调整城市交通压力和乘用车流量。

（2）建设按国际时差工作的商业地产小区。互联网时代的互联网适配模式就是没有时差概念。引入国际分工和互联网思维工作方式，对口按照服务国的时差调整工作时间。从而形成南、北美洲工作区，欧、非洲工作区、亚、澳、太洲工作区；

（3）全市公共交通24小时通车。城市公共交通需要统一调度、统一核算。实现地铁、城铁、公共汽车24小时通车。全市平均只需增加司乘人员几千人就可以执行到位。结果是将目前的经济格局全局搞活。

地铁23点后至06点每小时一个方向保持4趟；

沿地铁主要车站的公共汽车每小时保持2趟；

区、县到乡镇的公共汽车保持40分钟一趟；

乡级镇到大村、小镇的汽车保持1小时1趟；

我们利用公共交通网的不停顿运行，使很多原来睡觉的人们都动了起来。可以增加、增长广大群众活动空间和活动时间，提高了生产和消费人群基数，一定会促进经济发展。瑞士、德国已有实证结果。

（4）车站地区的生活服务设施配套要先行先试。

全天候式的消费服务体现在生活服务设施配套和全天服务；车站即服务中心，所有地铁和汽车站都会有咖啡馆和餐厅；政府要求它们24小时必须营业，保证未来新顾客群体的心理服务安全需求。要求车站附近的ATM机汉语和英语都能用；地铁售票机可以选择汉语和英语，收纸币或硬币；售票机售月票、周票、三天票、两天票、一天票；也可以售一天的旅游地铁、汽车、城铁通票。

（5）城乡交通全程治安管理。夜晚乘警上车执勤；大站有武装警察配合警犬执勤；全程高清摄像机监控。汽车站附近有红外摄像监控系统配合事后调查。保安公司配合兼顾本职工作。

（6）道路交通的嗓子眼儿疏通。例如：疏通G6到二环的接口；西直门西向南的通道；复兴门西向北的转向通道；标准化右转标识；京津二高速5环进京通线；三环到机场方向四元桥右转到四环等等；

使用全线24小时通车的以上办法会使私家车出行大大减少，让一般平民的生活空间大大提升，工作机会得到增加。

（7）对城市乘用汽车交通管制与管理。

1、对北京的主要干（2环、3环、4环、5环线和东、西、南、北主要干线）道路实行时段管理和车牌尾号限行；三、四级道路和辅道不限行；辅路上安排应付事故的清障车、救护车、消防车、事故处理车；

2、控制北京中轴线（按微积分的概念北京四环是中轴线）的车辆流量。用每个人的汽车牌照尾号实行自组织控制的排队系统，达到自组织管理与社会交通管理的自然结合。以北京四环为中轴线（全长44.6公里），一般上下班在四环上最多走22.3公里下路。以每小时40公里的行车速度均算，61.8%的车程为平均值为13.8公里，即最多用时平均18分钟就会下路。因此设计车辆在主路的行驶时间仅为15或18分钟。我们预留30分钟足够。对超时段的行车，按时段禁行政策由电子警察拍照、罚款。

A 6：30-7：00，车牌尾号1、2、3、4上路30分钟；

B 7：00-7：30，5、6、7车牌尾号上路；

C 7:30-8：00，8、9、0车牌尾号上路；

A 8：00-8：30尾号1、2、3、4车牌尾号上路；

B 8:30-9:00，5、6、7车牌尾号上路；

C 9；00-9：30，8、9、0车牌尾号上路。

9:30以后后全线放行；下午从5:00开始，8:00结束，道理同上；用此办法可以将原来预案每天的单双号限制车辆减少的50%，降低到66%左右。因此，不必限号、限行。

为保证《纲要》确立的各项原则和制度得到切实贯彻实施，早日实现建设法治政府的目标，《纲要》指出依法行政的六个基本要求：合法行政、合理行政、程序正当、高效便民、诚实守信、权责统一。同时着重部署了相应的具体任务。国务院办公厅随即发布《关于贯彻落实全面推进依法行政实施纲要的实施意见》（国办发〔2004〕24号），明确了各项工作任务、工作重点，并对各部门各单位重点工作任务作出具体分工。

3、遇有急事上路，每次高峰罚100元，不扣分；有钱可以任性；

4、一级、二级道路由交警管理；三级、四级道路由辖区派出所管理；协警负责管控辅路乱停车制造拥堵问题；警队主要任务是疏导交通干线出口。

5、早、晚高峰要求警队领导两到位、四不走。即：早、晚高峰期两次到位；1车辆拥堵时不能走；2有车辆事故时不能走；3有警卫任务时不能走；4值班民警不到岗不能走。

6、对北京城区五环内车辆实行ETC卡管理（法国巴黎的车辆管理有范例）。北京五环内的车辆全部安装ETC卡，除五环内车辆，其他地区车辆进入五环在控制时段内要交费。高峰期间，郊、县车辆原则不允许进入5环内。（也可以根据实际情况适当扩大范围）。

7、将2环、3环、4环增加两层高架桥。路减缓交通压力。五环加一层桥路，白天主要通行小客车。（学习日本东京经验）

8、改造车库。强行改造城区车库。要实行立体多层车库，（日本东京的技术与制造设备已经多年，可以学习，全面接受）

9、辅助政策措施：

A、持北京市户口的居民每人最多只能拥有3辆车，多者不予年检；多余车辆北京市公安局负责帮助外迁；

B、持外地户口居住人员，在北京没有房产证、交税证明的，车辆不予年检；拥有车辆由北京市公安局负责帮助外迁；

C、持外地户口居住人员在北京有房产证或5年缴税证明的，但其拥有车辆超过两辆的；第三辆以上车辆不予年检；多余车辆北京市公安局负责帮助外迁；

D、持外地或本地户口人员拥有5个以上车库的，要劝其出让，过期将课重税；

10、停车管理。