梁浩中南民族大學(xué)

小區(qū)開放后對(duì)周圍道路通行能力的影響
——基于主成分綜合評(píng)價(jià)模型的探究分析

梁浩
中南民族大學(xué)

首先選取影響道路通行能力的六個(gè)相關(guān)因素：道路通行面積、路網(wǎng)密度、車流量等，作為綜合評(píng)價(jià)體系的評(píng)價(jià)指標(biāo)?；谥鞒煞址治龅姆椒?，建立主成分綜合評(píng)價(jià)模型，用以定性和定量探究小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行的能力的影響。通過運(yùn)用SPSS軟件和對(duì)比小區(qū)開放前后的綜合評(píng)價(jià)值，定量分析出小區(qū)開放的效果。根據(jù)小區(qū)的功能特征及道路結(jié)構(gòu)特征，將小區(qū)劃分為三類：商業(yè)型小區(qū)、辦公型小區(qū)、居住型小區(qū)，通過應(yīng)用所建模型，得出不同類型小區(qū)開放后所產(chǎn)生的效果。

道路通行能力；主成分綜合評(píng)價(jià)模型；SPSS

目前我國(guó)多數(shù)小區(qū)呈封閉式，相互之間的聯(lián)系較少，造成城市路網(wǎng)密度降低和破壞路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，增加了周圍道路交通壓力。通過查閱相關(guān)資料和收集相關(guān)數(shù)據(jù)，本文選取合適的指標(biāo)用以評(píng)價(jià)小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行能力的影響，進(jìn)而建立主成分綜合評(píng)價(jià)模型，定性和定量分析各類型小區(qū)開放后的效果。通過探究封閉式小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行能力的影響，為城市規(guī)劃和交通管理部門提供建設(shè)性意見。

一、模型準(zhǔn)備

封閉式小區(qū)開放后，會(huì)改變小區(qū)內(nèi)部及外部的道路結(jié)構(gòu)，例如出入口的連接方式、道路路網(wǎng)密度等，進(jìn)而會(huì)影響小區(qū)周邊區(qū)域的交通情況。在評(píng)價(jià)小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行能力的影響的過程中，會(huì)涉及到多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過主成分分析地方法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以有效的定量分析小區(qū)開放后的效果。

二、模型建立

通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，小區(qū)開放后路網(wǎng)密度會(huì)有相應(yīng)的提高，道路面積會(huì)隨著增加，為綜合評(píng)價(jià)小區(qū)開放后的效果，我們選取六個(gè)影響道路通行能力的相關(guān)因素[1]：道路通行面積、路網(wǎng)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(píng)價(jià)體系的指標(biāo)。道路通行面積：區(qū)域內(nèi)道路的面積，單位：平方公里；路網(wǎng)密度：在一定區(qū)域內(nèi)，建成區(qū)域內(nèi)的道路長(zhǎng)度和建成區(qū)域面積的比值，單位：公里/平方公里；行車速度：車輛在小區(qū)周邊區(qū)域行駛的速度，單位：公里/小時(shí)；車流量：每小時(shí)內(nèi)某條公路點(diǎn)上所通過的車輛數(shù)，單位：輛/小時(shí)；出入口連接方式：若出入口與支路相連則用數(shù)字1表示，若出入口直接與城市次干道相連則用數(shù)字2表示，若出入口直接與城市主干道相連則用數(shù)字3表示，若出入口直接與城市快速路相連則用數(shù)字4表示；路口飽和度：某一交通路口實(shí)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?yàn)橹鞒煞种凳菍⒏鱾€(gè)指標(biāo)的差異程度和相互關(guān)系作為出發(fā)點(diǎn)而得到的結(jié)果，它不但考慮了各指標(biāo)的變異程度,同時(shí)考慮了各指標(biāo)業(yè)績(jī)之間的關(guān)系,所以它歸納原始指標(biāo)值的信息能力最強(qiáng),最大水平地反映了客觀實(shí)際[2]。

基于主成分分析的方法，構(gòu)建主成分綜合評(píng)價(jià)模型，用以評(píng)價(jià)封閉小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行的影響。綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系如下圖所示：

1.對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理

假設(shè)進(jìn)行主成分分析[3]的指標(biāo)變量共有m個(gè)∶；一共有n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象，第i個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的第j個(gè)指標(biāo)的取值為?，F(xiàn)在需要將各指標(biāo)xij先轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)ij。

其中，，即xˉj,sj為第j個(gè)指標(biāo)的樣本均值和樣本標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)應(yīng)地，稱為標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)變量。

2.計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R

其中，rii=1,rij=rji，rij是第i個(gè)指標(biāo)與第j個(gè)指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。

3.計(jì)算特征值和特征向量

計(jì)算相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ1≥λ2≥...≥λm≥0，及對(duì)應(yīng)的特征向量u1,u2,...,um，其中，uj=(u1j,u2j,...,unj)T,由特征向量組成m個(gè)新的指標(biāo)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(fā)分為基礎(chǔ)研究和應(yīng)用軟件開發(fā)，基礎(chǔ)研究為應(yīng)用軟件開發(fā)提供技術(shù)支持?；A(chǔ)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(yīng)用研發(fā)利用基礎(chǔ)研究的成果在軟件中體現(xiàn)。

4.從所有主成分中選取p個(gè)主成分(p≤m)計(jì)算綜合評(píng)價(jià)值

（1）計(jì)算特征值λj的信息貢獻(xiàn)率和累積貢獻(xiàn)率，稱bj為主成分yj的信息貢獻(xiàn)率。

αp為主成分y1,y2,...yp的累積貢獻(xiàn)率，當(dāng)αp接近于1時(shí)，則選擇前p個(gè)指標(biāo)變量y1,y2,...yp作為p個(gè)主成分，代替原來m個(gè)指標(biāo)變量，從而可對(duì)p個(gè)主成分進(jìn)行分析。

（2）計(jì)算綜合得分。

其中bj為第j個(gè)主成分的信息貢獻(xiàn)率，根據(jù)綜合得分值就可進(jìn)行評(píng)價(jià)。

三、模型求解

按照主成分綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建過程，并根據(jù)實(shí)地調(diào)研所獲取的問題信息和數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行求解：

1.通過實(shí)地調(diào)研，獲得綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中道路通行面積率、路網(wǎng)密度、行車速度、車流量、出入口連接方式和路口飽和度的數(shù)據(jù)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：

表1 評(píng)價(jià)體系中相關(guān)指標(biāo)值

2.通過運(yùn)用SPSS軟件對(duì)以上數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，可得以下結(jié)果：

表4 三種類型小區(qū)開放前周邊道路通行能力綜合評(píng)價(jià)表

表2 各成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率

通過上表可以看出前兩2個(gè)主成分的方差累積貢獻(xiàn)率為91.668%，即基本上保留了原來指標(biāo)的信息，故由原來的6個(gè)指標(biāo)可轉(zhuǎn)化為2個(gè)新的指標(biāo)，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(gè)主成分進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

（3）成分矩陣

表3 成分矩陣

由此成分矩陣可知兩個(gè)主成分分別為：

因此通過合適指標(biāo)得到評(píng)價(jià)小區(qū)開放對(duì)道路通行能力的兩個(gè)主成分即為上述所求，最終分別以兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合評(píng)價(jià)模型：

Z=0.71123y1+0.20545y2

通過主成分綜合評(píng)價(jià)模型，可以得出以道路通行面積、路網(wǎng)密度、行車速度、車流量、出入口連接方式和路口飽和度六個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)體系來研究小區(qū)開放對(duì)周邊道路通行能力的影響效果較好。與此同時(shí)，模型中的綜合評(píng)價(jià)值可以體現(xiàn)道路通行能力，通過對(duì)比小區(qū)開放前后的綜合評(píng)價(jià)值，可以定量分析出小區(qū)開放的效果。

四、模型的應(yīng)用

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

根據(jù)小區(qū)的功能特征及道路結(jié)構(gòu)特征，我們將小區(qū)劃分為三類：商業(yè)型小區(qū)、辦公型小區(qū)、居住型小區(qū)：

圖1 三種類型小區(qū)簡(jiǎn)化圖

對(duì)于上述三種類型的小區(qū)，分別應(yīng)用主成分綜合評(píng)價(jià)模型探究小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行能力的影響，最后得到三種類型小區(qū)開放后道路通行能力的綜合評(píng)價(jià)值，如表4所示。

圖2 三種類型小區(qū)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(yè)型小區(qū)、辦公型小區(qū)、居住型小區(qū)開放以后對(duì)道路交通流具有一定的促進(jìn)作用。針對(duì)商業(yè)型小區(qū)，小區(qū)開放后由于車流量的增多，且考慮區(qū)域內(nèi)流動(dòng)人員的安全性，車速有所下降。對(duì)于辦公型小區(qū)和居住型小區(qū)，路網(wǎng)密度和道路面積率明顯增加，有效的促進(jìn)了交通流的流動(dòng)。綜上所述，居住型小區(qū)和辦公型小區(qū)開放后，效果會(huì)更好些。

五、結(jié)論

本文通過構(gòu)建了主成分綜合評(píng)價(jià)模型，有效地保留原有指標(biāo)的大部分信息，并且起到降維的作用，降低了評(píng)價(jià)小區(qū)開放后對(duì)周邊道路通行能力影響的難度。根據(jù)模型應(yīng)用于不同的類型小區(qū)后的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)小區(qū)開放后，在一定程度上增加了優(yōu)化了路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，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(qū)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(shè)計(jì)研究院，2006

[2]李向朋.城市交通擁堵對(duì)策-封閉性小區(qū)開放研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué),2014

梁浩，男，本科，中南民族大學(xué)數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)學(xué)院，研究方向：信息與計(jì)算科學(xué)。