基于最優賦權法封閉小區開放對周邊道路通行影響研究

張鴻鵬 范嘉豪 王佳慧

摘要 分析封閉小區開放對周邊道路通行能力影響，處理外部車輛與小區居民的平衡問題，通過AHP和熵權法科學建立小區周邊道路通行評價模型，選取五個影響道路通行能力的主要指標，在獲取指標值后進行無量綱化和一致化處理，之后用元胞自動機進一步分析小區開放后的通行能力，最后對小區開放提出建議。

關鍵詞 最優賦權法;小區開放;道路通行能力

中圖分類號 TU984.12 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）03-0034-03

0 引言

近年來，隨著我國基礎設施建設力度不斷增大，機動車數量越來越多，交通事故和交通擁堵成為城市中越來越需要重視的較嚴峻的交通問題。封閉住宅小區開放，可以對城市道路結構進行改善，有效緩解交通壓力，與城市的可持續發展密切相關，對小區開放程度的研究成為重要課題。

1 研究基礎

封閉式小區為大多數傳統小區的設計理念，在規劃設計時有著嚴格的邊界比如圍墻，在一般情況下只允許該小區的居民和車輛進出，一些封閉小區在市中心地段或者交通流比較大的位置，提供道路給外界車輛與行人，在一定程度上增加城市內部交通道路面積，提高該區域的交通能力。對于外部道路使用者來說，道路開放意味著更多的路徑選擇，可以選擇最佳路徑，減少出行時間，緩解交通擁堵，降低交通事故，但是對于小區區民來說，小區的開放會不可避免帶來噪聲和治安管理問題，給居民的安全感和私密性帶來擔憂，各小區在內部設施、綠地等具體方面的開放程度不同。

封閉小區內部道路交通系統的邊界被打開[1]，由分隔作用轉變為聯系作用，使邊界的分隔作用減弱，形成不同種類人群的需求之間的矛盾，主要為外來人群與居民之間以及機動車與行人之間。首先，由于道路的開放，對居民的居住安全帶來隱患，并且來往車輛與行人產生的噪聲對居民的生活也會造成影響，其次，人流車流混雜，也會對區內老人和兒童的安全造成威脅，最后，外來車輛可能會侵占小區內部的停車位，造成停車位緊張，同時小區內部的公共服務設施的全面開放，居民原有的活動空間被侵占，會造成維護難度增加，管理難以追責，使區民的整體生活水平下降。當開放小區的街道路網與周圍地塊貫通，外來行人車輛與小區內部住戶利益與需求達到一個平衡時，則認為達到小區開放的最合適狀態。恰當把握小區開放程度，既不會給居民帶來很大不便，同時可以進一步緩解堵塞交通，從空間方面提出提升策略和改革措施，有利于促進城市的可持續性發展。

2 模型的建立

選擇合適的指標并用指標建立適當的模型，從科學的角度定量分析則可以確定小區開放對周邊道路通行的影響，最終對小區開放對周邊道路通行的影響程度進行評價。

選擇一典型小區進行分析[2]，將該小區周邊道路分為一級主路和二級主路，調查該小區周邊道路的相關數據，對調查數據進行一致化和無量綱化處理，運用AHP和熵權法建立小區周邊道路通行評價模型，求解小區開放前后車道的通行能力評價得分，并進行開放前后道路通行能力比較。

道路服務水平由道路飽和度提供，機動車影響因素為日平均交通量與日平均交通流量，非機動影響因素由非機動車摩擦因數與行人受阻因數兩個指標來判斷，從而建立封閉小區開放對周邊道路通行能力的效果評價模型，如表1。

2.1 評價指標的選擇

封閉小區周邊道路與小區門口距離分為兩類：一類為小區出口直接相鄰的道路，定義為一級主路，另一類為一級主路相交但未在小區附近的道路，稱為二級主路，如圖1。

對該封閉小區路況進行實際調查，得到開放前該小區周邊道路的交通情況，通過交通仿真模擬軟件VISSIM模擬交通系統獲得小區開放后的相關交通數據，對評價指標數據進行匯總得到相關數據，如表2。

由于數據存在極大型、極小型指標，在評價得分前需要對評價指標進行一致化處理，規定綜合分數越高越理想，統一化為極大型指標，之后由于各評價指標由于度量單位不同，再進行無量綱化處理，消除原始數據的單位誤差，最后進行歸一化處理，得到最終的評價指標數值，如表3。

2.2 指標權重確定

當指標體系建立之后，還需嚴謹客觀的選擇各指標的權重。在指標權重的確定方面，該文采用最優賦權法確定評價指標的權重。AHP主觀性偏強，熵權法在指標變動很小時，存在局限性，利用最優賦權法求解權重更為科學，最優賦權法即將AHP方法算出來的權重乘以一定的比例加上熵值法算出來的權重乘以一定的比例，通常是把AHP算出來的權重乘以0.4加上熵值法算出來的權重乘以0.6，得到最優賦權法的權重，通過反映交通通行能力水平進行計算。

2.2.1 AHP的建立

在層次分析法中[3]，目標層為小區開放對周邊道路通行能力的影響，準則層為服務水平，機動車影響因素和非機動車影響因素，方案層為一級主路與二級主路開放前后的得分。

對準則層和方案層進行評分，建立指標比較矩陣，求解各準則層權重N，并需進行一致性檢驗，通過一致性檢驗證明指標選擇科學。

一致性指標：

（1）

計算一致性比例：

（2）

最終得到N=[0.1? 0.4? 0.2? 0.2? 0.1]。

CI表示一致性指標，λmax表示判斷矩陣最大特征根，n表示矩陣階數，RI表示隨機一致性指標，CR表示一致性比例。

2.2.2 熵權法的建立

在熵權法中，設道路影響因素對應5個指標，且對應4種車道：

（3）

求各指標的信息熵：

（若pij=0，定義Eij=0）（4）

通過信息熵求各指標的權重：

（5）

Yij表示第i條車道的第j個指標值，pij表示第i條車道的第j個指標值的權重，Ej表示第j個指標的信息熵，wj表示第j個指標的權重。

利用熵權法所得各指標權重：

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

在建立AHP與熵權法的基礎上，利用最優賦權法確定權重：

N*=0.4N+0.6N^

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

最終評價指標為最優賦權法所得權重與處理后的指標值的乘積：

（6）

其中，w*i表示第i個指標的權重，xi表示歸一化后的第i個指標的量化分數，如表4。

通過數據發現，該封閉小區兩個門口開放后，一級主路的周邊通行能力水平提高了14.82%，二級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開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 基于元胞自動機的道路車輛通行模型的建立

動態分析車輛密度與通行速度，建立元胞自動機車輛模型進行分析，假設第n輛車的位置和速度分別用xn和vn。第n輛車和第n+1輛車之間的距離（l為車長）為dn=xn+1?xn?l，規定所有車輛的狀態按以下演化規則并行計算。

（1）加速過程速度：

（7）

（2）安全剎車速度：

（8）

（3）位置更新：

（9）

依據元胞自動機模型基本理論以及交通信息指數，輸入封閉小區的周邊以及小區內部道路參數和行駛車輛狀態（包括速度、位置相關信息），即可輸出車輛通行情況，該模型很好地模擬小區開放后的路況，為道路設計規劃提供方案。

3.2 基于Dijkstra的車輛通行距離模型的建立

封閉小區開放后會必然會縮短外部車輛通過的行駛距離，節省車輛行駛時間，緩解交通壓力，在求開放小區門口最短距離的路徑中，最短路徑求解是從該封閉小區一端門口到達另一端門口的最短路徑S1，再求出開放小區從小區一端到達小區另一端的支路之和S2，即可求出變化比值，由此分析小區開放對交通通行能力的影響。通過模擬發現，變化比值為1.75，說明開放封閉小區后通行效率提高了75%，距離的縮短有效降低了通行難度，提高交通服務指數。

4 模型評價

優點：

（1）科學合理地定義了評價指標，并且與指標有關的數據容易獲取。在獲得數據后，對其進行了一致化和無量綱化處理，克服了各類數據單位不統一的問題，使評價過程更為規范、客觀、統一。

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

（3）將受到小區開放影響的周邊道路分為一級、二級，不僅通過模型得到了小區開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遠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開放的效果，考慮問題全面。

缺點：

（1）在確定各指標之間的直接影響強度時存在一定的主觀性。

（2）在分析道路時，將道路統一簡化為雙向車道，會在一定程度上影響評價模型的精度。

5 交通通行建議

5.1 重新劃分道路等級

封閉小區開放后原道路需要承擔更多的交通職能，接受更大的外來車流，交通強度的增加，需要對道路等級進行調整，硬件設施進行完善，以內部小區居民需求和周邊道路車流狀況來進行調整，對于處于交通流密集的居民小區，既不要完全封閉，也不能完全開放，選擇適宜的道路進行開放，一定程度上限制外來車輛的進入。

5.2 設計內部慢行系統

對于進入小區內部的車輛嚴格約束車速和噪聲的產生，聲音不能高于影響居民生活的分貝，秉承以人為本的設計理念，構造慢行系統，根據不同街道類型設計不同寬度的人行道，將機動車與非機動車分離，避免機非混行，設計一定數量減速帶，從道路設施上將車速降低，保證居民和行人的舒適性和安全感，小區慢行系統的設計是開放小區的最有效的設計，得到居民的廣泛認同。

6 結論

通過最優賦權法—元胞自動機模型的封閉小區開放對周邊道路通行能力影響研究發現，開放小區可以優化城市交通系統，激活街道空間，提高土地的利用率，緩解交通擁堵，共享設施資源，與社會的發展相適應，但是小區的開放也會帶來很多弊端，小區居民與外來車輛之間的平衡是需要解決的問題，對開放式小區的可行性需要進一步研究。

參考文獻

[1]王一晴，陸明，邢軍，等.基于適宜性開放的住區空間改善策略研究——以哈爾濱市柏林四季小區為例[C]//面向高質量發展的空間治理——2021中國城市規劃年會論文集（19住房與社區規劃），2021：423-438.

[2]李恩增.多重視角下開放式住區規劃的必要性與可行性研究[D].杭州：浙江大學，2018.

[3]董艷瑩，宮久信，石越昌.基于AHP-FCE模型的小區開放對道路通行能力的影響研究[J].企業與管理，2020（1）：177.