基于最優(yōu)賦權(quán)法封閉小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行影響研究

張鴻鵬 范嘉豪 王佳慧

摘要 分析封閉小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行能力影響，處理外部車(chē)輛與小區(qū)居民的平衡問(wèn)題，通過(guò)AHP和熵權(quán)法科學(xué)建立小區(qū)周邊道路通行評(píng)價(jià)模型，選取五個(gè)影響道路通行能力的主要指標(biāo)，在獲取指標(biāo)值后進(jìn)行無(wú)量綱化和一致化處理，之后用元胞自動(dòng)機(jī)進(jìn)一步分析小區(qū)開(kāi)放后的通行能力，最后對(duì)小區(qū)開(kāi)放提出建議。

關(guān)鍵詞 最優(yōu)賦權(quán)法;小區(qū)開(kāi)放;道路通行能力

中圖分類(lèi)號(hào) TU984.12 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）03-0034-03

0 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)力度不斷增大，機(jī)動(dòng)車(chē)數(shù)量越來(lái)越多，交通事故和交通擁堵成為城市中越來(lái)越需要重視的較嚴(yán)峻的交通問(wèn)題。封閉住宅小區(qū)開(kāi)放，可以對(duì)城市道路結(jié)構(gòu)進(jìn)行改善，有效緩解交通壓力，與城市的可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)，對(duì)小區(qū)開(kāi)放程度的研究成為重要課題。

1 研究基礎(chǔ)

封閉式小區(qū)為大多數(shù)傳統(tǒng)小區(qū)的設(shè)計(jì)理念，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)有著嚴(yán)格的邊界比如圍墻，在一般情況下只允許該小區(qū)的居民和車(chē)輛進(jìn)出，一些封閉小區(qū)在市中心地段或者交通流比較大的位置，提供道路給外界車(chē)輛與行人，在一定程度上增加城市內(nèi)部交通道路面積，提高該區(qū)域的交通能力。對(duì)于外部道路使用者來(lái)說(shuō)，道路開(kāi)放意味著更多的路徑選擇，可以選擇最佳路徑，減少出行時(shí)間，緩解交通擁堵，降低交通事故，但是對(duì)于小區(qū)區(qū)民來(lái)說(shuō)，小區(qū)的開(kāi)放會(huì)不可避免帶來(lái)噪聲和治安管理問(wèn)題，給居民的安全感和私密性帶來(lái)?yè)?dān)憂，各小區(qū)在內(nèi)部設(shè)施、綠地等具體方面的開(kāi)放程度不同。

封閉小區(qū)內(nèi)部道路交通系統(tǒng)的邊界被打開(kāi)[1]，由分隔作用轉(zhuǎn)變?yōu)槁?lián)系作用，使邊界的分隔作用減弱，形成不同種類(lèi)人群的需求之間的矛盾，主要為外來(lái)人群與居民之間以及機(jī)動(dòng)車(chē)與行人之間。首先，由于道路的開(kāi)放，對(duì)居民的居住安全帶來(lái)隱患，并且來(lái)往車(chē)輛與行人產(chǎn)生的噪聲對(duì)居民的生活也會(huì)造成影響，其次，人流車(chē)流混雜，也會(huì)對(duì)區(qū)內(nèi)老人和兒童的安全造成威脅，最后，外來(lái)車(chē)輛可能會(huì)侵占小區(qū)內(nèi)部的停車(chē)位，造成停車(chē)位緊張，同時(shí)小區(qū)內(nèi)部的公共服務(wù)設(shè)施的全面開(kāi)放，居民原有的活動(dòng)空間被侵占，會(huì)造成維護(hù)難度增加，管理難以追責(zé)，使區(qū)民的整體生活水平下降。當(dāng)開(kāi)放小區(qū)的街道路網(wǎng)與周?chē)貕K貫通，外來(lái)行人車(chē)輛與小區(qū)內(nèi)部住戶利益與需求達(dá)到一個(gè)平衡時(shí)，則認(rèn)為達(dá)到小區(qū)開(kāi)放的最合適狀態(tài)。恰當(dāng)把握小區(qū)開(kāi)放程度，既不會(huì)給居民帶來(lái)很大不便，同時(shí)可以進(jìn)一步緩解堵塞交通，從空間方面提出提升策略和改革措施，有利于促進(jìn)城市的可持續(xù)性發(fā)展。

2 模型的建立

選擇合適的指標(biāo)并用指標(biāo)建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ停瑥目茖W(xué)的角度定量分析則可以確定小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響，最終對(duì)小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行的影響程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

選擇一典型小區(qū)進(jìn)行分析[2]，將該小區(qū)周邊道路分為一級(jí)主路和二級(jí)主路，調(diào)查該小區(qū)周邊道路的相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行一致化和無(wú)量綱化處理，運(yùn)用AHP和熵權(quán)法建立小區(qū)周邊道路通行評(píng)價(jià)模型，求解小區(qū)開(kāi)放前后車(chē)道的通行能力評(píng)價(jià)得分，并進(jìn)行開(kāi)放前后道路通行能力比較。

道路服務(wù)水平由道路飽和度提供，機(jī)動(dòng)車(chē)影響因素為日平均交通量與日平均交通流量，非機(jī)動(dòng)影響因素由非機(jī)動(dòng)車(chē)摩擦因數(shù)與行人受阻因數(shù)兩個(gè)指標(biāo)來(lái)判斷，從而建立封閉小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行能力的效果評(píng)價(jià)模型，如表1。

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇

封閉小區(qū)周邊道路與小區(qū)門(mén)口距離分為兩類(lèi)：一類(lèi)為小區(qū)出口直接相鄰的道路，定義為一級(jí)主路，另一類(lèi)為一級(jí)主路相交但未在小區(qū)附近的道路，稱為二級(jí)主路，如圖1。

對(duì)該封閉小區(qū)路況進(jìn)行實(shí)際調(diào)查，得到開(kāi)放前該小區(qū)周邊道路的交通情況，通過(guò)交通仿真模擬軟件VISSIM模擬交通系統(tǒng)獲得小區(qū)開(kāi)放后的相關(guān)交通數(shù)據(jù)，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總得到相關(guān)數(shù)據(jù)，如表2。

由于數(shù)據(jù)存在極大型、極小型指標(biāo)，在評(píng)價(jià)得分前需要對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行一致化處理，規(guī)定綜合分?jǐn)?shù)越高越理想，統(tǒng)一化為極大型指標(biāo)，之后由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)由于度量單位不同，再進(jìn)行無(wú)量綱化處理，消除原始數(shù)據(jù)的單位誤差，最后進(jìn)行歸一化處理，得到最終的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)值，如表3。

2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

當(dāng)指標(biāo)體系建立之后，還需嚴(yán)謹(jǐn)客觀的選擇各指標(biāo)的權(quán)重。在指標(biāo)權(quán)重的確定方面，該文采用最優(yōu)賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。AHP主觀性偏強(qiáng)，熵權(quán)法在指標(biāo)變動(dòng)很小時(shí)，存在局限性，利用最優(yōu)賦權(quán)法求解權(quán)重更為科學(xué)，最優(yōu)賦權(quán)法即將AHP方法算出來(lái)的權(quán)重乘以一定的比例加上熵值法算出來(lái)的權(quán)重乘以一定的比例，通常是把AHP算出來(lái)的權(quán)重乘以0.4加上熵值法算出來(lái)的權(quán)重乘以0.6，得到最優(yōu)賦權(quán)法的權(quán)重，通過(guò)反映交通通行能力水平進(jìn)行計(jì)算。

2.2.1 AHP的建立

在層次分析法中[3]，目標(biāo)層為小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行能力的影響，準(zhǔn)則層為服務(wù)水平，機(jī)動(dòng)車(chē)影響因素和非機(jī)動(dòng)車(chē)影響因素，方案層為一級(jí)主路與二級(jí)主路開(kāi)放前后的得分。

對(duì)準(zhǔn)則層和方案層進(jìn)行評(píng)分，建立指標(biāo)比較矩陣，求解各準(zhǔn)則層權(quán)重N，并需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，通過(guò)一致性檢驗(yàn)證明指標(biāo)選擇科學(xué)。

一致性指標(biāo)：

（1）

計(jì)算一致性比例：

（2）

最終得到N=[0.1? 0.4? 0.2? 0.2? 0.1]。

CI表示一致性指標(biāo)，λmax表示判斷矩陣最大特征根，n表示矩陣階數(shù)，RI表示隨機(jī)一致性指標(biāo)，CR表示一致性比例。

2.2.2 熵權(quán)法的建立

在熵權(quán)法中，設(shè)道路影響因素對(duì)應(yīng)5個(gè)指標(biāo)，且對(duì)應(yīng)4種車(chē)道：

（3）

求各指標(biāo)的信息熵：

（若pij=0，定義Eij=0）（4）

通過(guò)信息熵求各指標(biāo)的權(quán)重：

（5）

Yij表示第i條車(chē)道的第j個(gè)指標(biāo)值，pij表示第i條車(chē)道的第j個(gè)指標(biāo)值的權(quán)重，Ej表示第j個(gè)指標(biāo)的信息熵，wj表示第j個(gè)指標(biāo)的權(quán)重。

利用熵權(quán)法所得各指標(biāo)權(quán)重：

N^=[0.175 2? 0.151 8? 0.149 7? 0.308 8? 0.217 2]

在建立AHP與熵權(quán)法的基礎(chǔ)上，利用最優(yōu)賦權(quán)法確定權(quán)重：

N*=0.4N+0.6N^

=[0.145 12? 0.251 08? 0.169 82? 0.265 28? 0.170 32]

最終評(píng)價(jià)指標(biāo)為最優(yōu)賦權(quán)法所得權(quán)重與處理后的指標(biāo)值的乘積：

（6）

其中，w*i表示第i個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，xi表示歸一化后的第i個(gè)指標(biāo)的量化分?jǐn)?shù)，如表4。

通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，該封閉小區(qū)兩個(gè)門(mén)口開(kāi)放后，一級(jí)主路的周邊通行能力水平提高了14.82%，二級(jí)主路的通行得分水平提高了8.14%。城市道路的通行能力在封閉小區(qū)開(kāi)放后得到了顯著提高，可以有效緩解交通擁堵的路況。

3 道路通行能力分析

3.1 基于元胞自動(dòng)機(jī)的道路車(chē)輛通行模型的建立

動(dòng)態(tài)分析車(chē)輛密度與通行速度，建立元胞自動(dòng)機(jī)車(chē)輛模型進(jìn)行分析，假設(shè)第n輛車(chē)的位置和速度分別用xn和vn。第n輛車(chē)和第n+1輛車(chē)之間的距離（l為車(chē)長(zhǎng)）為dn=xn+1?xn?l，規(guī)定所有車(chē)輛的狀態(tài)按以下演化規(guī)則并行計(jì)算。

（1）加速過(guò)程速度：

（7）

（2）安全剎車(chē)速度：

（8）

（3）位置更新：

（9）

依據(jù)元胞自動(dòng)機(jī)模型基本理論以及交通信息指數(shù)，輸入封閉小區(qū)的周邊以及小區(qū)內(nèi)部道路參數(shù)和行駛車(chē)輛狀態(tài)（包括速度、位置相關(guān)信息），即可輸出車(chē)輛通行情況，該模型很好地模擬小區(qū)開(kāi)放后的路況，為道路設(shè)計(jì)規(guī)劃提供方案。

3.2 基于Dijkstra的車(chē)輛通行距離模型的建立

封閉小區(qū)開(kāi)放后會(huì)必然會(huì)縮短外部車(chē)輛通過(guò)的行駛距離，節(jié)省車(chē)輛行駛時(shí)間，緩解交通壓力，在求開(kāi)放小區(qū)門(mén)口最短距離的路徑中，最短路徑求解是從該封閉小區(qū)一端門(mén)口到達(dá)另一端門(mén)口的最短路徑S1，再求出開(kāi)放小區(qū)從小區(qū)一端到達(dá)小區(qū)另一端的支路之和S2，即可求出變化比值，由此分析小區(qū)開(kāi)放對(duì)交通通行能力的影響。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)，變化比值為1.75，說(shuō)明開(kāi)放封閉小區(qū)后通行效率提高了75%，距離的縮短有效降低了通行難度，提高交通服務(wù)指數(shù)。

4 模型評(píng)價(jià)

優(yōu)點(diǎn)：

（1）科學(xué)合理地定義了評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且與指標(biāo)有關(guān)的數(shù)據(jù)容易獲取。在獲得數(shù)據(jù)后，對(duì)其進(jìn)行了一致化和無(wú)量綱化處理，克服了各類(lèi)數(shù)據(jù)單位不統(tǒng)一的問(wèn)題，使評(píng)價(jià)過(guò)程更為規(guī)范、客觀、統(tǒng)一。

（2）利用AHP-熵權(quán)法全面地考慮到了各指標(biāo)之間的相互影響關(guān)系，使得模型更為可靠。

（3）將受到小區(qū)開(kāi)放影響的周邊道路分為一級(jí)、二級(jí)，不僅通過(guò)模型得到了小區(qū)開(kāi)放前后周邊道路整體通行力的變化，而且也能探究距離小區(qū)遠(yuǎn)近不同的道路所受影響程度的差異，在橫向和縱向比較了小區(qū)開(kāi)放的效果，考慮問(wèn)題全面。

缺點(diǎn)：

（1）在確定各指標(biāo)之間的直接影響強(qiáng)度時(shí)存在一定的主觀性。

（2）在分析道路時(shí)，將道路統(tǒng)一簡(jiǎn)化為雙向車(chē)道，會(huì)在一定程度上影響評(píng)價(jià)模型的精度。

5 交通通行建議

5.1 重新劃分道路等級(jí)

封閉小區(qū)開(kāi)放后原道路需要承擔(dān)更多的交通職能，接受更大的外來(lái)車(chē)流，交通強(qiáng)度的增加，需要對(duì)道路等級(jí)進(jìn)行調(diào)整，硬件設(shè)施進(jìn)行完善，以內(nèi)部小區(qū)居民需求和周邊道路車(chē)流狀況來(lái)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于處于交通流密集的居民小區(qū)，既不要完全封閉，也不能完全開(kāi)放，選擇適宜的道路進(jìn)行開(kāi)放，一定程度上限制外來(lái)車(chē)輛的進(jìn)入。

5.2 設(shè)計(jì)內(nèi)部慢行系統(tǒng)

對(duì)于進(jìn)入小區(qū)內(nèi)部的車(chē)輛嚴(yán)格約束車(chē)速和噪聲的產(chǎn)生，聲音不能高于影響居民生活的分貝，秉承以人為本的設(shè)計(jì)理念，構(gòu)造慢行系統(tǒng)，根據(jù)不同街道類(lèi)型設(shè)計(jì)不同寬度的人行道，將機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)分離，避免機(jī)非混行，設(shè)計(jì)一定數(shù)量減速帶，從道路設(shè)施上將車(chē)速降低，保證居民和行人的舒適性和安全感，小區(qū)慢行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是開(kāi)放小區(qū)的最有效的設(shè)計(jì)，得到居民的廣泛認(rèn)同。

6 結(jié)論

通過(guò)最優(yōu)賦權(quán)法—元胞自動(dòng)機(jī)模型的封閉小區(qū)開(kāi)放對(duì)周邊道路通行能力影響研究發(fā)現(xiàn)，開(kāi)放小區(qū)可以優(yōu)化城市交通系統(tǒng)，激活街道空間，提高土地的利用率，緩解交通擁堵，共享設(shè)施資源，與社會(huì)的發(fā)展相適應(yīng)，但是小區(qū)的開(kāi)放也會(huì)帶來(lái)很多弊端，小區(qū)居民與外來(lái)車(chē)輛之間的平衡是需要解決的問(wèn)題，對(duì)開(kāi)放式小區(qū)的可行性需要進(jìn)一步研究。

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