小區(qū)開放對道路通行的影響分析

魏世恩 薄禹璇 趙嘉雷

摘要：2016年2月21日，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于進一步加強城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》，其中第十六條關(guān)于推廣街區(qū)制，原則上不再建設(shè)封閉住宅小區(qū)，已建成的住宅小區(qū)和單位大院要逐步開放等意見，引起了廣泛的關(guān)注和討論。封閉式小區(qū)破壞了城市路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，堵塞了城市“毛細血管”，容易造成交通阻塞。然而開放型小區(qū)的提出，實現(xiàn)了封閉型住宅小區(qū)到街區(qū)型的轉(zhuǎn)變，使小區(qū)內(nèi)部的道路資源得到合理利用。同時，其帶來的影響有利有弊。

關(guān)鍵詞：小區(qū)開放;道路通行;交通堵塞;道路資源

問題一：為了更好的評價小區(qū)開放對周邊道路通行的影響，綜合選取了道路飽和度、節(jié)點度方差、交叉口平均延誤時間、路網(wǎng)密度和路段車流量五大指標(biāo)來作為評價指標(biāo)體系，通過分析小區(qū)開放前后各指標(biāo)的變化，得到綜合合理的評價。

問題二：小區(qū)開放產(chǎn)生的效果，可能會與小區(qū)結(jié)構(gòu)及周邊道路結(jié)構(gòu)、車流量有關(guān)。本文選取了三種不同類型的小區(qū)：環(huán)形結(jié)構(gòu)小區(qū)、方型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)小區(qū)和十字型路口結(jié)構(gòu)小區(qū)，應(yīng)用主成分分析模型，得到了各因素的綜合得分。再根據(jù)元胞自動機模型模擬出的交通流量結(jié)果，定量比較這三種類型小區(qū)開放前后對道路通行的影響。

一、模型的建立與求解

（一）問題一的模型建立與求解

道路交通主要受到交通路網(wǎng)、道路規(guī)劃和道路通行秩序等影響，為了盡可能全面的分析評價小區(qū)開放對周邊道路通行的影響，綜合選取了道路飽和度、節(jié)點度方差、交叉口平均延誤時間、路網(wǎng)密度和路段車流量五項指標(biāo)作為評價指標(biāo)體系。

道路飽和度：道路的服務(wù)水平能借助道路飽和度來反映，可以通過最大交通量比最大通行能力的比值來表示。本文選擇城市道路進行分析，道路飽和度的計算式為日高峰小時交通量比每小時最大通行能力的比值。第一、理論通行能力：在理道路交通的情況下，最大限度的在單位時間內(nèi)每條車道能夠通過的交通量;第二、實際通行能力：在實際道路交通的情況下，最大限度內(nèi)在單位時間內(nèi)每條車道能夠通過的交通量。

道路節(jié)點度：是和該節(jié)點區(qū)域相關(guān)聯(lián)的道路條數(shù)，也叫做關(guān)聯(lián)度。節(jié)點度方差可以作為城市道路網(wǎng)絡(luò)脆弱性評價指標(biāo)，能合理的反映道路網(wǎng)絡(luò)的均勻性。其中，節(jié)點重要度表示各個節(jié)點在道路中能力的大小程度;

節(jié)點度方差：方差是反映數(shù)據(jù)偏離平均水平的程度;

交叉路口延誤時間：信號燈控制的交叉路口延誤計算采用Webster延誤模型;

路網(wǎng)密度：對交通而言，路網(wǎng)密度越高，城市道路長度越長，也就能能提供更多的道路接入空間，能提供更密的可供人行、非機動車網(wǎng)絡(luò)和公交線路服務(wù)區(qū)域;同時道路網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)通度更好，循環(huán)能力更強。

而對于非工業(yè)倉儲等城市用地而言，道路網(wǎng)絡(luò)越密集，地區(qū)劃分度越小，就能夠供給出更多的開放空間，提升鄰里街坊的交往空間，提升城市空間溫度，從而提高地區(qū)的活力、多元化價值以及土地的利用率。

路段車流量：以單位時間內(nèi)通過某路段的車輛數(shù)量為標(biāo)準(zhǔn)，在一定的時間內(nèi)，某條公路點上通過的車輛數(shù)。

（二）問題二的模型建立與求解

選取了三種不同類型的小區(qū)：環(huán)形結(jié)構(gòu)小區(qū)、方型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)小區(qū)和十字型路口結(jié)構(gòu)小區(qū)。

運用spss軟件，對五個元素進行數(shù)據(jù)研究：

對原始數(shù)據(jù)應(yīng)用主成分分析法確定權(quán)重及綜合得分如表1所示。

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件中，并利用SPSS進行降維因子分析，可得到結(jié)果如表2所示。

Bartlett球形檢驗的顯著性為0.000，小于標(biāo)準(zhǔn)0.05，表示數(shù)據(jù)可以做因子分析研究。

表5展示了變量的共同度，Extraction的各個共同度的值都大于0.5，這說明提取的主成分對原始變量的解釋程度較高。

由表4可以看出，提取了特征值大于1的一個主成分，它的方差貢獻率是88.982%，特征值為4.449。

主成分分析的主成分載荷矩陣U與因子載荷矩陣A以及特征值λ的關(guān)系如下：

基于元胞自動機模型的求解：代入數(shù)據(jù)，得出開放后的環(huán)形結(jié)構(gòu)小區(qū)的綜合得分最高，交通狀況最好。

利用MATLAB軟件對建立的車輛通行模型進行模擬與計算，改變參數(shù)，得到小區(qū)開放前后的車輛通行的時空圖和流量密度圖。

在時空圖中，黑點表示元胞被車輛占據(jù)，空白表示未有車輛占據(jù)元胞，這反映了一段時間里車輛在空間的分布情況。流量密度圖可以反映車流量隨車流密度的變化。由圖1、圖2看出，小區(qū)開放后，小區(qū)周邊道路的流量密度明顯下降，說明小區(qū)開放后小區(qū)的內(nèi)部道路與周邊道路相連，分擔(dān)了一部分周邊道路的交通流，所以，小區(qū)開放降低了周邊道路的通行壓力，較為有效地提升了周邊道路的通行能力。

二、模型評價與推廣

（一）模型的優(yōu)點

主成分分析法可以忽視影響因素之間的相關(guān)干擾，降低分析影響因素的麻煩，簡便快捷，也可以用相關(guān)軟件進行計算。元胞自動機模型，嚴(yán)謹(jǐn)性較高，具有普遍適用性和很強的實用性，能直觀反應(yīng)表達的事物。

（二）模型的缺點

主成分分析法中，選擇的因素具有模糊性，不夠清楚、確切。元胞自動機模型在仿真過程中，可能忽略微小因素的影響。

參考文獻：

[1]李向明.城市交通擁堵對策——封閉型小區(qū)交通開放研究[D].長沙理工大學(xué)，2014.

[2]李家杰，鄭杰.影響城市道路通行能力因素分析[J].城市道路與防洪，2006（03）.

[3]孔憲娟.基于元胞自動機的交通流建模及其特性分析[D].北京交通大學(xué)，2007.

（作者單位：華北理工大學(xué)數(shù)學(xué)建模創(chuàng)新實驗室）