小區開放后對周圍道路通行能力的影響
——基于主成分綜合評價模型的探究分析

梁浩中南民族大學

小區開放后對周圍道路通行能力的影響
——基于主成分綜合評價模型的探究分析

梁浩
中南民族大學

首先選取影響道路通行能力的六個相關因素：道路通行面積、路網密度、車流量等，作為綜合評價體系的評價指標。基于主成分分析的方法，建立主成分綜合評價模型，用以定性和定量探究小區開放后對周邊道路通行的能力的影響。通過運用SPSS軟件和對比小區開放前后的綜合評價值，定量分析出小區開放的效果。根據小區的功能特征及道路結構特征，將小區劃分為三類：商業型小區、辦公型小區、居住型小區，通過應用所建模型，得出不同類型小區開放后所產生的效果。

道路通行能力；主成分綜合評價模型；SPSS

目前我國多數小區呈封閉式，相互之間的聯系較少，造成城市路網密度降低和破壞路網結構，增加了周圍道路交通壓力。通過查閱相關資料和收集相關數據，本文選取合適的指標用以評價小區開放對周邊道路通行能力的影響，進而建立主成分綜合評價模型，定性和定量分析各類型小區開放后的效果。通過探究封閉式小區開放對周邊道路通行能力的影響，為城市規劃和交通管理部門提供建設性意見。

一、模型準備

封閉式小區開放后，會改變小區內部及外部的道路結構，例如出入口的連接方式、道路路網密度等，進而會影響小區周邊區域的交通情況。在評價小區開放后對周邊道路通行能力的影響的過程中，會涉及到多個評價指標，通過主成分分析地方法進行綜合評價，可以有效的定量分析小區開放后的效果。

二、模型建立

通過查閱相關資料發現，小區開放后路網密度會有相應的提高，道路面積會隨著增加，為綜合評價小區開放后的效果，我們選取六個影響道路通行能力的相關因素[1]：道路通行面積、路網密度、行車速度、車流量、出入口連接方式和路口飽和度作為綜合評價體系的指標。道路通行面積：區域內道路的面積，單位：平方公里；路網密度：在一定區域內，建成區域內的道路長度和建成區域面積的比值，單位：公里/平方公里；行車速度：車輛在小區周邊區域行駛的速度，單位：公里/小時；車流量：每小時內某條公路點上所通過的車輛數，單位：輛/小時；出入口連接方式：若出入口與支路相連則用數字1表示，若出入口直接與城市次干道相連則用數字2表示，若出入口直接與城市主干道相連則用數字3表示，若出入口直接與城市快速路相連則用數字4表示；路口飽和度：某一交通路口實際流量和該路口通行能力的比值。

在主成分分析的過程中，因為主成分值是將各個指標的差異程度和相互關系作為出發點而得到的結果，它不但考慮了各指標的變異程度,同時考慮了各指標業績之間的關系,所以它歸納原始指標值的信息能力最強,最大水平地反映了客觀實際[2]。

基于主成分分析的方法，構建主成分綜合評價模型，用以評價封閉小區開放后對周邊道路通行的影響。綜合評價指標體系如下圖所示：

1.對數據進行標準化處理

假設進行主成分分析[3]的指標變量共有m個∶；一共有n個評價對象，第i個評價對象的第j個指標的取值為。現在需要將各指標xij先轉化成標準化指標ij。

其中，，即xˉj,sj為第j個指標的樣本均值和樣本標準差。對應地，稱為標準化指標變量。

2.計算相關系數矩陣R

其中，rii=1,rij=rji，rij是第i個指標與第j個指標的相關系數。

3.計算特征值和特征向量

計算相關系數矩陣R的特征值λ1≥λ2≥...≥λm≥0，及對應的特征向量u1,u2,...,um，其中，uj=(u1j,u2j,...,unj)T,由特征向量組成m個新的指標變量。

在上式中，y1為第1主成分，y2為第2主成分，ym是第m主成分。

研發分為基礎研究和應用軟件開發，基礎研究為應用軟件開發提供技術支持。基礎研究為BIM模型建立提供條件，為模型輸入提供工具和手段，為可視化提供手段。應用研發利用基礎研究的成果在軟件中體現。

4.從所有主成分中選取p個主成分(p≤m)計算綜合評價值

（1）計算特征值λj的信息貢獻率和累積貢獻率，稱bj為主成分yj的信息貢獻率。

αp為主成分y1,y2,...yp的累積貢獻率，當αp接近于1時，則選擇前p個指標變量y1,y2,...yp作為p個主成分，代替原來m個指標變量，從而可對p個主成分進行分析。

（2）計算綜合得分。

其中bj為第j個主成分的信息貢獻率，根據綜合得分值就可進行評價。

三、模型求解

按照主成分綜合評價模型的構建過程，并根據實地調研所獲取的問題信息和數據，對模型進行求解：

1.通過實地調研，獲得綜合評價指標體系中道路通行面積率、路網密度、行車速度、車流量、出入口連接方式和路口飽和度的數據，相關數據如下表所示：

表1 評價體系中相關指標值

2.通過運用SPSS軟件對以上數據進行主成分分析，可得以下結果：

表4 三種類型小區開放前周邊道路通行能力綜合評價表

表2 各成分的特征值、方差貢獻率和累計貢獻率

通過上表可以看出前兩2個主成分的方差累積貢獻率為91.668%，即基本上保留了原來指標的信息，故由原來的6個指標可轉化為2個新的指標，這樣起到降維的作用，因此主成分分析效果較好。因此，選取前面兩個主成分進行綜合評價。

（3）成分矩陣

表3 成分矩陣

由此成分矩陣可知兩個主成分分別為：

因此通過合適指標得到評價小區開放對道路通行能力的兩個主成分即為上述所求，最終分別以兩個主成分的貢獻率為權重，構建主成分綜合評價模型：

Z=0.71123y1+0.20545y2

通過主成分綜合評價模型，可以得出以道路通行面積、路網密度、行車速度、車流量、出入口連接方式和路口飽和度六個指標構成的綜合指標評價體系來研究小區開放對周邊道路通行能力的影響效果較好。與此同時，模型中的綜合評價值可以體現道路通行能力，通過對比小區開放前后的綜合評價值，可以定量分析出小區開放的效果。

四、模型的應用

小區開放以后的效果，在一定程度上會受到小區本身的一些特征的影響，例如周邊道路結構、小區所處的地理位置和小區的面積大小等。封閉式小區開放后，雖然道路通行面積增大，但是與此同時小區周邊道路交叉路口的增多可能會導致交通流的滯留，從而影響車輛的通行速度。

根據小區的功能特征及道路結構特征，我們將小區劃分為三類：商業型小區、辦公型小區、居住型小區：

圖1 三種類型小區簡化圖

對于上述三種類型的小區，分別應用主成分綜合評價模型探究小區開放后對周邊道路通行能力的影響，最后得到三種類型小區開放后道路通行能力的綜合評價值，如表4所示。

圖2 三種類型小區開放前后周邊道路能力比較圖

從上述圖2、表4中可以看出，商業型小區、辦公型小區、居住型小區開放以后對道路交通流具有一定的促進作用。針對商業型小區，小區開放后由于車流量的增多，且考慮區域內流動人員的安全性，車速有所下降。對于辦公型小區和居住型小區，路網密度和道路面積率明顯增加，有效的促進了交通流的流動。綜上所述，居住型小區和辦公型小區開放后，效果會更好些。

五、結論

本文通過構建了主成分綜合評價模型，有效地保留原有指標的大部分信息，并且起到降維的作用，降低了評價小區開放后對周邊道路通行能力影響的難度。根據模型應用于不同的類型小區后的結果，可以發現小區開放后，在一定程度上增加了優化了路網結構，改善周邊道路的交通流，但具體的改善效果需要綜合考慮小區的類型及其特征。

[1]李家杰，鄭義.影響城市道路通行能力因素分析[J].上海市政工程設計研究院，2006

[2]李向朋.城市交通擁堵對策-封閉性小區開放研究[D].長沙理工大學,2014

梁浩，男，本科，中南民族大學數學與統計學學院，研究方向：信息與計算科學。