基于AHP與圖論的小區(qū)開放對(duì)交通影響研究

梁瑞成

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 蚌埠 233030)

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基于AHP與圖論的小區(qū)開放對(duì)交通影響研究

梁瑞成

(安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院 安徽 蚌埠 233030)

針對(duì)國內(nèi)小區(qū)封閉式設(shè)計(jì)存在公共資源浪費(fèi)、交通效率較低等問題，選取路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、交叉口、道路設(shè)施三類指標(biāo)，利用AHP分析影響小區(qū)周圍道路交通的影響因素，結(jié)合不同小區(qū)地理位置、結(jié)構(gòu)特征選取大連市“蘭花小區(qū)”與“湖畔小區(qū)”作為研究對(duì)象，運(yùn)用圖論的思想結(jié)合道路阻抗函數(shù)量化分析不同小區(qū)開放前后的道路通行情況，利用MATLAB進(jìn)行求解，得出不同小區(qū)開放適宜度，因地制宜地提出城市規(guī)劃中推行街區(qū)制的合理建議。

街區(qū)制；AHP；圖論；道路阻抗；MATLAB

引言

封閉式住區(qū)由來已久，存在公共資源浪費(fèi)、城市公共交通效率低下等問題，中共中央《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》表示新建住宅要推廣街區(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)和單位大院要逐步打開，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部道路公共化，解決交通路網(wǎng)布局問題，促進(jìn)土地節(jié)約利用。街區(qū)制的推廣必然使得路網(wǎng)密度提高，道路面積增加。[1]不同小區(qū)的面積、位置、外部及內(nèi)部道路狀況等諸多因素不盡相同，隨著小區(qū)周邊主路上進(jìn)出小區(qū)的交叉路口的車輛也會(huì)增多，主路的通行速度也會(huì)受到影響。因此對(duì)于街區(qū)制的推廣不能一概而論，對(duì)于小區(qū)道路周邊道路通行影響因素以及具體小區(qū)開放前后道路的通行水平的研究尤為重要。

一、數(shù)據(jù)的獲取與假設(shè)

本文以大連市蘭花小區(qū)與湖畔小區(qū)作為研究對(duì)象，所獲取的數(shù)據(jù)來源于統(tǒng)計(jì)年鑒以及當(dāng)?shù)亟煌ú块T統(tǒng)計(jì)資料。為便于研究做出以下假設(shè)：(1)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠；(2)司機(jī)對(duì)小區(qū)周圍路況十分熟悉，能夠選擇最短時(shí)間到達(dá)目的地的路徑；(3)不考慮小區(qū)開放前后行人、路側(cè)停車等對(duì)交通延誤時(shí)間的影響；(4)不考慮極端天氣、交通事故等對(duì)道路的影響；(5)小區(qū)開放后的道路都屬于道路支路，且每一個(gè)交叉口路口都設(shè)置了無控制信號(hào)燈。

二、基于AHP的小區(qū)周邊道路通行影響因素分析

為分析小區(qū)周邊道路通行影響因素，結(jié)合實(shí)際情況與相關(guān)研究建立指標(biāo)體系，如圖1所示。

圖1 小區(qū)周邊道路通行評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(一)指標(biāo)的篩選

對(duì)于小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響的三個(gè)層次：目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B)和方案層(C)，分別對(duì)應(yīng)圖2中體系的三個(gè)層次準(zhǔn)則層從左至右分別表示為B1、B2、B3,方案層分別為C1、C2、…、C8。根據(jù)專家判斷各指標(biāo)間相對(duì)總要性，構(gòu)造判別矩陣，得到判別矩陣。

表1 層次單排序權(quán)重及一致性指標(biāo)相關(guān)數(shù)據(jù)

四個(gè)層次單排序的CR值均小于0.1，均符合一致性要求，對(duì)其進(jìn)行層次總排序的一致性檢驗(yàn)，得出CR=00.0527<0.1，故層次總排序也通過一致性檢驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果表明，C4、C7、C8為弱權(quán)重指標(biāo)，將其篩除，所剩余的影響因素為路網(wǎng)密度、道路等網(wǎng)等級(jí)結(jié)構(gòu)、交叉口車流量、交叉口密度、路段飽和度。

(二)指標(biāo)結(jié)果分析

根據(jù)AHP結(jié)果，對(duì)于小區(qū)開放前后的周邊道路通行影響因素中，路網(wǎng)結(jié)構(gòu)與交叉口占據(jù)較大比重，道路服務(wù)水平與交通設(shè)施影響相對(duì)較小。因此，街區(qū)制下，小區(qū)開放前后增加了城市道路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，形成了新的路網(wǎng)結(jié)構(gòu)同時(shí)增加了道路交叉口的數(shù)量對(duì)道路通行的影響最大。考慮到不同小區(qū)的面積、位置、外部及內(nèi)部道路狀況等諸多因素不盡相同，為達(dá)到因地制宜的推廣街區(qū)制，本文將大連市本文以大連市蘭花小區(qū)與湖畔小區(qū)進(jìn)行對(duì)比，需要進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

三、基于圖論的小區(qū)開放適宜度研究

(一)研究思路

大連市蘭花小區(qū)與湖畔小區(qū)在面積與道路結(jié)構(gòu)等方面存在著明顯的差異，根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，蘭花小區(qū)的面積約為120000m2，湖畔小區(qū)的面積約為20800m2。

圖2 小區(qū)平面圖

小區(qū)開放前后周邊道路通行受到影響的直觀表現(xiàn)是在道路上從起始地到目的地所需要的通行時(shí)間改變。根據(jù)相關(guān)研究，結(jié)合道路阻抗BRP函數(shù)可以直接計(jì)算車輛在某段道路行駛的時(shí)間。根據(jù)我國道路具體通行的情況，可以通過調(diào)查得到城市道路的影響的指標(biāo)數(shù)據(jù)以及道路的通行時(shí)間，建立如下的道路阻抗BRP函數(shù)模型[8]：

鑒于小區(qū)開放還未在全國實(shí)行，道路阻抗BRP模型更多的適用于小區(qū)開放前道路通行時(shí)間的計(jì)算。小區(qū)開放以后會(huì)導(dǎo)致小區(qū)道路與主干道、次干道等形成的交叉路口，交叉路口所延誤的時(shí)間計(jì)算直接影響著城市道路交通的規(guī)劃。因此需要考慮交叉口延誤，對(duì)BRP函數(shù)進(jìn)行修正。在假定條件下，小區(qū)開放后小區(qū)道路與其他路的交叉口以及小區(qū)內(nèi)部道路只建立無控制信號(hào)指示燈，只考慮在無控制信號(hào)燈條件下的交叉口延誤。綜合考慮修正后BRP模型和新增交叉口后，進(jìn)一步修正得到車流量在小區(qū)周圍的道路上行駛所需的時(shí)間為：t=t(0)+nd=t0[1+α(Z)β]+nd(n為車流量通過的道路中新增的路口數(shù)，d為每一個(gè)交叉口所延誤的時(shí)間)。為方便研究，結(jié)合大連市當(dāng)?shù)鼐唧w情況，我們d=6.5s。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)蘭花小區(qū)與湖畔小區(qū)具體路網(wǎng)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，繪制小區(qū)開放前后的路網(wǎng)圖。

圖3 小區(qū)開放前后示意圖

結(jié)合圖論，將每個(gè)道路交叉口用Vi(i=1,2,3,…,n)表示，可以根據(jù)相鄰點(diǎn)Vi,j之間的距離，通過修正后的道路阻抗函數(shù)得到任意兩點(diǎn)之間的通行時(shí)間ti,j。根據(jù)相鄰兩點(diǎn)之間的時(shí)間ti,j建立道路通行時(shí)間方陣：

A=(ti,j)n×n(i=1,2,…,n；j=1,2,…,n)，其中ti,j表示從Vi不經(jīng)過其他點(diǎn)直接到Vi的通行時(shí)間。當(dāng)無法直接到達(dá)時(shí)，或者道路不通時(shí)，令ti,j為無窮大。利用Dijkstra算法可以計(jì)算從Vi到Vi的最短通行時(shí)間Ti,j。從而計(jì)算小區(qū)開放前后從Vi到Vj的最短時(shí)間Ti,j。T1,n則為車輛從小區(qū)一角到另一角的最短時(shí)間，當(dāng)T1,n越小的時(shí)候，車輛通過小區(qū)的時(shí)間越短，小區(qū)周邊道路通行情況越好。通過改變道路飽和度Z，計(jì)算小區(qū)開放前后以及兩個(gè)小區(qū)之間的T1,n的大小，定量分析不同狀況下的小區(qū)開放前后道路通行是改變情況。

(二)結(jié)果與分析

根據(jù)相關(guān)模型結(jié)合大連市的交通數(shù)據(jù)，得到修正后的阻抗BRP函數(shù)如下：

將飽和度z值從0至2每隔0.1依次取值，通過飽和度可以反映車流量的大小，可得車輛在任意相鄰兩點(diǎn)之間通行時(shí)間。利用MATLAB編程計(jì)算得到結(jié)果，繪制兩個(gè)小區(qū)的開放適宜度折線圖：

圖6 兩小區(qū)開放適宜度對(duì)圖

綜合表中的數(shù)據(jù)和繪制的折線圖，可以發(fā)現(xiàn)，隨著交通飽和度z的增加，開放適宜度ε處于上升的狀態(tài)。即在交通飽和度較低的情況下，即小區(qū)周圍車流量較低時(shí)，ε<1，小區(qū)開放并不能改善交通狀況，反而因?yàn)殚_放后增加的交叉路口使得道路通行時(shí)間增加；在交通飽和度較高的情況下，小區(qū)周圍車流量較大，ε>1，此時(shí)開放小區(qū)可以使得道路通行時(shí)間縮短，有利于道路交通。

對(duì)比兩小區(qū)的開放適宜度ε，可以發(fā)現(xiàn)蘭花小區(qū)的開放適宜度始終高于湖畔小區(qū)，兩小區(qū)的道路網(wǎng)絡(luò)類似，但蘭花小區(qū)的規(guī)模面積將近是湖畔小區(qū)的6倍。分析可知，面積大的小區(qū)相對(duì)于面積小的小區(qū)開放后，在道路交通的影響方面更有利一些。同時(shí)也可以反映隨著小區(qū)內(nèi)開放的道路的增加，新增道路所能帶來的交通有利程度在減少。

四、總結(jié)與建議

根據(jù)小區(qū)開放對(duì)道路通行的影響的研究結(jié)果，可我們向城市規(guī)劃部門提出以下建議：

1.街區(qū)制的推廣會(huì)對(duì)小區(qū)周邊道路的路網(wǎng)密度、交叉口密度等產(chǎn)生影響，在進(jìn)行小區(qū)開放的規(guī)劃或管理時(shí)要注重提升路網(wǎng)密度，盡量減少交叉口數(shù)目，以避免原道路通行能力受到較大影響。在新增的交叉路口要注重管理，設(shè)置紅綠燈或交警以保證交通。

2.小區(qū)開放后能否有利于交通通行與小區(qū)所處位置周邊車流量有關(guān)，街區(qū)制推行與否需要對(duì)周邊道路車流量大小進(jìn)行實(shí)地觀測(cè)，對(duì)于周邊道路車流量較大的小區(qū)，可以進(jìn)行開放，利用形成的支路對(duì)主干道路進(jìn)行分流，以緩解之前的交通壓力；對(duì)于周邊道路車流量較小的小區(qū)，開放后對(duì)交通通行壓力的緩解并不大，反而可能因?yàn)樾略龅缆肥沟媒徊婵谠黾樱瑥亩档土嗽械缆返耐ㄐ心芰Α?/p>

3.小區(qū)本身規(guī)模大小，是小區(qū)開放影響交通的重要因素。規(guī)模較大的小區(qū)相比規(guī)模較小的小區(qū)開放后對(duì)周邊道路交通通行的有利影響更大，根據(jù)小區(qū)周邊道路情況對(duì)較大規(guī)模的小區(qū)進(jìn)行開放，對(duì)于規(guī)模較小的區(qū)，可以考慮不進(jìn)行開放。

4.小區(qū)開放產(chǎn)生的效果，有關(guān)部門要考慮其周邊道路結(jié)構(gòu)，如果小區(qū)開放后能夠與周圍道路較好的連接成道路網(wǎng)，則會(huì)更大程度的有利于交通通行。此外，小區(qū)開放后，交通通行進(jìn)入小區(qū)內(nèi)部，可能會(huì)增加安全隱患，城市規(guī)劃和交通管理部門需要著重考慮，對(duì)于新增道路，要盡量降低發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。

[1]聚焦《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市規(guī)劃建設(shè)管理工作的若干意見》[J].中國勘察設(shè)計(jì)，2016，04:18 -19．

[2]劉寧.城市道路阻抗模型的研究與應(yīng)用[D].大連：大連理工大學(xué)，2012

[3]吳海燕，張蕊.交叉口綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[J].中國市政工程，2001(3)：17-20

[4]鄭伶俐.交通影響程度評(píng)價(jià)指標(biāo)及方法研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué),2008

[5]陳仲常，楊琳.熵權(quán)模糊綜合評(píng)判法在人口綜合發(fā)展評(píng)價(jià)模型中的應(yīng)用[J].統(tǒng)計(jì)與信息論壇，2008,23(12):26-30

[6]高晗.城市道路無信號(hào)控制交叉口行車延誤的分析[J].遼寧省交通高等專科學(xué)校學(xué)報(bào)，2003,5(4)：1-2

[7]何南,趙勝川.城市道路阻抗函數(shù)模型研究——以大連市為例[J].公路交通科技，2014,31(2):104-108

梁瑞成(1996-)，男，漢族，安徽合肥人，安徽財(cái)經(jīng)大學(xué)管理科學(xué)與工程學(xué)院本科在讀，研究方向：工程管理。