小區(qū)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(xué)

小區(qū)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(xué)

首先選取影響道路通行能力的六個相關(guān)因素：道路通行面積、路網(wǎng)密度、車流量等，作為綜合評價體系的評價指標?；谥鞒煞址治龅姆椒ǎ⒅鞒煞志C合評價模型，用以定性和定量探究小區(qū)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(qū)開放前后的綜合評價值，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；主成分綜合評價模型；SPSS

目前我國多數(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用以評價小區(qū)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(qū)開放后的效果。通過探究封閉式小區(qū)開放對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、模型準備

封閉式小區(qū)開放后，會改變小區(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，進而會影響小區(qū)周邊區(qū)域的交通情況。在評價小區(qū)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(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)密度會有相應(yīng)的提高，道路面積會隨著增加，為綜合評價小區(qū)開放后的效果，我們選取六個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價體系的指標。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；車流量：每小時內(nèi)某條公路點上所通過的車輛數(shù)，單位：輛/小時；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(guān)系作為出發(fā)點而得到的結(jié)果，它不但考慮了各指標的變異程度,同時考慮了各指標業(yè)績之間的關(guān)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(gòu)建主成分綜合評價模型，用以評價封閉小區(qū)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(shù)據(jù)進行標準化處理

假設(shè)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(xiàn)在需要將各指標xij先轉(zhuǎn)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(yīng)地，稱為標準化指標變量。

2.計算相關(guān)系數(shù)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(guān)系數(shù)。

3.計算特征值和特征向量

計算相關(guān)系數(shù)矩陣R的特征值λ1≥λ2≥...≥λm≥0，及對應(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(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(jù)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(gòu)建過程，并根據(jù)實地調(diào)研所獲取的問題信息和數(shù)據(jù)，對模型進行求解：

1.通過實地調(diào)研，獲得綜合評價指標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 評價體系中相關(guān)指標值

2.通過運用SPSS軟件對以上數(shù)據(jù)進行主成分分析，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(zhuǎn)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(qū)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(quán)重，構(gòu)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(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指標構(gòu)成的綜合指標評價體系來研究小區(qū)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(xiàn)道路通行能力，通過對比小區(qū)開放前后的綜合評價值，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，但是與此同時小區(qū)周邊道路交叉路口的增多可能會導(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)簡化圖

對于上述三種類型的小區(qū)，分別應(yīng)用主成分綜合評價模型探究小區(qū)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(qū)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(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)開放以后對道路交通流具有一定的促進作用。針對商業(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)流動人員的安全性，車速有所下降。對于辦公型小區(qū)和居住型小區(qū)，路網(wǎng)密度和道路面積率明顯增加，有效的促進了交通流的流動。綜上所述，居住型小區(qū)和辦公型小區(qū)開放后，效果會更好些。

五、結(jié)論

本文通過構(gòu)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(qū)開放后對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)計研究院，2006

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

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